Лекция 1 - - Сибирский федеральный университет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Кутумова О.Ю., Гончарова Т.М.
МЕДИКО–БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
курс лекций
Красноярск 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. Модуль 1 « Природа и человек. Системный подход»
Лекция 1(в двух частях). Взаимосвязь человека с внешней средой. Роль нервной системы и анализаторов человека в формировании естественной системы
безопасности человека.
2. Модуль 2 «Токсикология»
Лекция 2. Основные понятия токсикологии
3. Лекция 3. Промышленные яды и профессиональные отравления. Адаптация
и кумуляция к ядам.
4. Лекция 4 (в двух частях). Основы токсикокенетики и токсикодинамики.
Пути поступления, распределения и выведение ядов из организма. Отдаленные последствия влияния ядов на организм.
5. Лекция 5. Условия, влияющие на характер и силу токсичного действия.
6. Лекция 6. Элементы токсикометрии и критерии токсичности и опасности
промышленных ядов.
7. Лекция 7(в двух частях). Гигиеническая регламентация и стандартизация.
Принципы установления ПДК
8. Лекция 8. Расчетные методы определения ПДК вредных веществ в воздухе
рабочей зоны.
9. Модуль 3 «Гигиена труда»
Лекция 9 (в четырех частях) Медико – биологические особенности, обусловленные воздействием физических факторов на организм человека
Часть 1 Микроклимат и теплообмен человека с окружающей средой
Часть 2 Механические колебания
Часть 3 Электромагнитное, электрическое и магнитное поля. Электрический
ток
Часть 4 Лазерное и ионизирующее излучения
10. Лекция 10. (в двух частях) Гигиеническое нормирование физических факторов окружающей среды
Часть 1 Принципы гигиенического нормирования физических факторов окружающей среды
Часть 2 Нормирование физических факторов
2
Модуль 1 « Природа и человек. Системный подход»
Лекция 1(в двух частях). Взаимосвязь человека с внешней средой. Роль
нервной системы и анализаторов человека в формировании естественной системы безопасности человека
1.1. Здоровье человека и среда обитания
1.2. Общие принципы и механизмы адаптации.
1.3. Краткая характеристика нервной и сенсорных систем с точки зрения безопасности человека.
1.3.1. Основные свойства центральной нервной системы
1.3.2 Зрительный анализатор
1.3.3. Слуховой и вестибулярный анализатор
1.3.4. Тактильная, температурная и болевая чувствительность
1.5. Классификация условий труда и гигиеническое нормирование
1.6. Человек как элемент систем безопасности
1.1. Здоровье человека и среда обитания
Состояние здоровья населения чаще всего признается показателем конечного воздействия факторов окружающей среды, как негативным, так и позитивным.
Здоровье человека – по определению ВОЗ (Всемирной организации
здравоохранения, Устав, 1948г) – является состояние полного физического,
душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней или
физических дефектов. В материалах ВОЗ указывается, что в совокупном
влиянии на здоровье населения образу жизни отводиться 50%, среде обитания
– 20%, наследственности – 20%, качеству медико–санитарной помощи – 10%.
Однако эти данные носят ориентировочный характер. Худолей В.В. с соавторами указывает, что в ближайшие 30–40 лет здоровье населения России на
50–70% будет зависеть от качества среды обитания. Н.А. Агаджанян отмечает, что более 80%болезней обусловлено экологическим напряжением. Он указывает, что самое серьезное следствие загрязнения окружающей среды заключается в генетических последствиях. Уже сейчас известно более 2500 видов нарушений здоровья, локализованных на генном и хромосомном уровнях.
Психофизиологическое напряжение и стрессы – расцениваются в качестве ведущих факторов риска, отрицательно воздействующих на организм человека,
способствующих появлению неспецифических болезней в виде синдрома хронической усталости и полнейшей апатии. Таким образом, здоровье это синтетический показатель, который интегрирует и обобщает все многообразие сторон жизни человека.
3
На рисунке 1 показаны пути влияния факторов окружающей среды на
состояние здоровья.
Рис.1 Влияние факторов и условий окружающей среды на состояние здоровья
1.2. Общие принципы и механизмы адаптации
Начиная с момента рождения, организм попадает в совершенно новые
для себя условия и вынужден приспособить к ним деятельность всех своих
органов и систем. В дальнейшем, факторы действующие на организм, постоянно меняются что требует постоянных функциональных перестроек. Т.о.
процесс приспособления представляет собой уникальное явление. Под адаптацией понимают все виды врожденной и приобретенной приспособительной
деятельности, которые обеспечиваются определенными физиологическими
реакциями, проходящие на клеточном, органном , системном и организменном уровнях. Защитно–приспособительные реакции регулируются рефлекторным и гуморальным путем, а главная роль принадлежит высшей нервной
деятельности. К.А Анохин ввел в понятие системного подхода, объясняющего, каким образом, организм с помощью механизмов саморегуляции обеспечивает оптимальные жизненные функции в нормальных и экстремальных
условиях.
Работа целого организма складывается из совокупности деятельности
многих функциональных систем. Функциональная система включает в себя
рецепторные образования, которые оценивают величину регулируемого показателя. Она имеет центральный аппарат – структуры мозга, которые анализируют все многообразие поступающих сигналов и принимают решение. Кроме
того, в функциональной системе есть исполнительные механизмы – перифе-
4
рические органы, реализующие поступающие команды. В функциональной
системе существует обратная (афферентная )связь, которая информирует
центр об эффективности деятельности исполнительных механизмов и о достижении конечного результата. В саморегулирующихся функциональных системах, к которым относится организм, центральные и периферические органы динамически объединяются для достижения конечного приспособительного результата. Взаимодействуя по принципу иерархии функциональные системы обеспечивают слаженную работу всего организма, причем доминирует
та функциональная система, действие которой наиболее важно для организма
в данный момент.
Основными показателями постоянства внутренней среды организма –
гомеостаза, являются: температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости. Они поддерживаются сложными механизмами саморегуляции в которых участвует нервная, эндокринная и сенсорные системы. При отклонении параметров факторов окружающей среды от оптимальных уровней,
механизмы саморегуляции начинают функционировать с напряжением и в
процесс поддержания гомеостаза включаются механизмы адаптации. Т.о.
адаптация – это процесс приспособления организма к меняющимся условиям
природной, производственной и социальной среды. Она обеспечивает репродуктивность, работоспособность и максимальную продолжительность жизни
в неадекватных условиях среды. Если уровни воздействия факторов окружающей среды выходят за пределы адаптационных возможностей организма, то
включаются дополнительные компенсаторные механизмы, которые направлены на устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме.
Компенсаторные механизмы являются составной частью резервных сил организма.
Эффективность адаптации зависит от дозы воздействующего фактора и
индивидуальных особенностей организма. В свою очередь, доза воздействия
и переносимость зависят от наследственных особенностей и интенсивности
воздействия (продолжительности и силы). Если интенсивность воздействия
велика (стресс–синдром), она может стать причиной развития заболевания.
5
Рис.2 Общая схема функциональной системы (по П.К. Анохину)
1.3. Краткая характеристика нервной и сенсорных систем с точки
зрения безопасности человека.
Возникновение нервной ткани происходит в период эмбрионального
развития и связано с наружным зародышевым листком – эктодермой. Предполагается, что именно в наружном покрове древних хордовых появились первичные чувствительные клетки, с эволюцией которых связывается развитие
нервной системы. В развитии эктодерма делится на 2 части: невральную и
кожную. Невральная состоит из собственно нервных клеток и ганглиозных
пластинок. Из первой развивается центральная нервная система, из второй –
периферическая (спинномозговые ганглии, мозговые оболочки). Из другой
части в дальнейшем развиваются органы чувств (линза глаза, слуховой орган,
орган обоняния).
Нервная система представляет собой совокупность нервных клеток и
их отростков, дифференцированных в виде скоплений, образующих центральные и периферические нервные узлы или стволы, обеспечивающих связь всех
органов и систем. Нервная система является основным аппаратом, регулирующих взаимоотношения между организмом и постоянно меняющимися факторами внешней и внутренней среды, а также различными частями самого организма. Через нервную систему обеспечивается согласованное действие всех
органов и адаптация всего организма в целом к условиям его существования.
Функции и строение нервной системы
– Осуществляет взаимодействие организма с окружающей средой, обеспечивая приспособление организма к постоянно меняющимся условиям среды;
6
– Объединяет органы и системы тела в единое целое и согласует их деятельность;
– На высшем этапе развития нервная система осуществляет психическую деятельность на основе физиологических процессов ощущения, восприятия,
мышления.
Нервная система условно делится на две части: соматическую, управляющую мускулатурой скелета и некоторыми внутренними органами (язык,
гортань, глотка) и вегетативную – иннервирующую все мышцы и сосуды.
Кроме того, нервную систему делят на центральный и периферический отделы или системы. Под центральной нервной системой подразумевают головной и спинной мозг, под периферической – нервные корешки, узлы, сплетения, нервные окончания.
Структурной единицей нервной системы является нейрон или нервная
клетка. Нервные клетки имеют несколько коротких ветвящихся отростков –
дендритов, по которым импульсы поступают в тело клетки и один длинный
отросток – аксон, по которому импульсы идут от тела клетки. Местом передачи нервного возбуждения с одной нервной клетки на другую или с нервной
клетки на мышечную, называется синапсам. При возбуждении, под влиянием
нервного импульса в синапсах образуются химически активные вещества –
медиаторы (ацетилхолин, адреналин, норадреналин), которые способствуют
передачи нервного возбуждения.
Спинной и головной мозг это скопление нервных клеток вместе с короткими отростками. Нервы представляют собой скопление нервных волокон
(отростков), идущих от нервных клеток спинного и головного мозга. Нервы,
проводящие возбуждение от рабочих органов в головной или спинной мозг,
называются восходящими, центростремительными или чувствительными.
Нервы, проводящие возбуждение из центральной нервной системы к рабочим
органам называются нисходящими, центробежными или двигательными.
Чаще нервы бывают смешанными , в их составе имеются как чувствительные.
Так и двигательные волокна. Нервы заканчиваются рецепторами–окончаниями, обладающими избирательной чувствии–тельностью к воздействию
определенных факторов. Часть рецепторов предназначена для восприятия
факторов окружающей среды (экстерорецепторы), другая часть воспринимает
изменения внутренней среды (интерорецепторы). Рецепторы строго специализированы. Фоторецепторы, расположены в сетчатке глаза и воспринимают
электромагнитные волны видимого диапазона. Фонорецепторы уха воспринимают механические колебания воздуха. Тактильные рецепторы– воспринимают осязание. Рецепторы вестибулярного аппарата воспринимают изменения
положения головы и тела относительно вектора гравитации. Основными
свойствами нервных волокон являются возбудимость и проводимость. Проведение возбуждение возможно только в случае анатомической целостности
нервного волокна. Проведение возбуждения осуществляется строго изолированно по одному нервному волокну и не переходит на соседние. Скорость
7
проведения возбуждения по нервному волокну у человека варьирует от1 до
120 м/сек, и может распространяться в двух направлениях – центростремительном и центробежном.
Функции нервной системы осуществляются по механизму рефлекса. Рефлекс – это реакция организма на раздражение из внешней или внутренней
среды, осуществляемая посредством центральной нервной системы. В основе
рефлекса лежит связь нейронов, образующих рефлекторную дугу. Простая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов, один из которых связан с какой –
нибудь чувствительной поверхностью, например, кожей, другой с мышцей
или железой. Возбуждение движется к рефлекторному центру, где находится
соединение (синапс) обоих нейронов Здесь возбуждение переходит на другой
нейрон и идет к мышце. Часто в составе рефлекторной дуги имеется еще вставочный нейрон, который служит местом передачи возбуждения с чувствительного пути на двигательный. Несмотря на сложность строения в любой рефлекторной дуге выделяют три составные части:
– Рецептор связанный с чувствительным нейроном;
– Центральная нервная система, где осуществляется преобразование возбуждения в ответную реакцию и переключение его на двигательные волокна;
– Двигательный нейрон, осуществляющий ответную реакцию.
Основные свойства центральной нервной системы
1.Одностороннее проведение возбуждения
По одним нервам возбуждение передается в центральную нервную систему, а по другим – из центральной нервной системы. Эта способность центральной нервной системы проводить возбуждение только в одном направлении определяется свойствами синапсов.
2.Скорость проведения возбуждения
Любой рефлекс совершается в течение определенного времени: некоторые протекают быстрее, другие – медленнее. Время, которое протекает от начала раздражения рецепторов до начала ответа, называется временем рефлекса. Время рефлекса складывается из времени, которое, необходимо для, вызывания возбуждения в рецепторах и проведения возникшего импульса в центральную нервную систему, затем для прохождения возбуждения через центральную, нервную систему и для распространения по центробежным нервам,
далее для перехода на рабочий орган и, наконец, для скрытого периода возбуждения этого органа. Медленнее всего возбуждение проходит через центральную нервную систему, где происходит передача возбуждения с одного нейрона на другой. Поэтому принято говорить о центральной, или синоптической,
задержке.
3.Превращение ритма возбуждения
Центральная нервная система никогда не посылает по центробежным
волокнам на периферию к рабочему органу одну волну возбуждения; от нее
всегда поступает ряд следующих друг за другом импульсов. Ритм возбуждения, который посылается центральной нервной системой, в значительной
8
мере не зависит от частоты раздражений, которые наносятся рецепторам. На
любой ритм раздражения, даже на редкий, центральная нервная система все
равно ответит рядом импульсов. Ритм импульсов, поступающих из нервных
центров, колеблется от 50 до 200 в секунду. Этой особенностью центральной
нервной системы объясняется также то обстоятельство, что все мышечные сокращения в организме являются тетаническими в силу того, что мышца всегда получает ряд следующих друг за другом импульсов.
4.Суммация возбуждения в центральной нервной системе
Следующей особенностью центральной нервной системы, впервые
открытой И. М.Сеченовым, является ее способность суммировать поступающие возбуждения. Эта особенность заключается в том, что если нанести афферентному волокну одиночное подпороговое раздражение, то центральная
нервная система на такое раздражение не ответит и рефлекторной реакции не
наступит. Если же нанести быстро, несколько следующих друг за другом подпороговых раздражений, то центральная нервная система ответит возбуждением и наступит соответствующий рефлекторный акт.
5.Утомляемость центральной нервной системы
От нервного волокна, которое почти не утомляемо, нервный центр отличается большой утомляемостью. Более или менее длительное раздражение
центростремительного нерва приводит к постепенному уменьшению, а в
дальнейшем – к полному прекращению рефлекторного ответа. Н. Е. Введенский, раздражая центростремительный нерв, наблюдал ослабление и полное
прекращение рефлекторного ответа через10–40 секунд после начала раздражения. Перенося раздражение на соседний центростремительный нерв, он наблюдал появление рефлекса. Это наблюдение говорит, о том, что утомление
наступает именно в центральной нервной системе.
6.Изменение возбудимости центральной нервной системы
Особенностью центральной нервной системы является ее исключительно большая чувствительность к изменениям, наступающим в организме. В ответ на те или другие изменения меняется ее возбудимость. Малейшие изменения в газообмене и кровообращении сказывается на возбудимости нервных
клеток.
На возбудимость центральной нервной системы влияют некоторые яды,
действующие преимущественно на мозг. Исключительно сильнодействующим ядом является стрихнин, хотя в небольших дозах он иногда применяется
с лечебной целью.
На большие полушария головного мозга действуют яды, получившие
название наркотиков. К ним относятся хлороформ, эфир, алкоголь и др. Эти
яды вначале вызывают повышение, а затем резкое падение возбудимости
нервной системы и глубокий сон, при этом они не влияют на такие важные
центры, как центр дыхания, центр сердечной деятельности и др., угнетение
деятельности которых могло бы привести к гибели организма.
7.Торможение в центральной нервной системе
9
Если одновременно раздражаются две или несколько групп рецепторов,
то в центральную нервную систему поступают возбуждения с разных
участков, подвергающихся раздражению. В результате наступает торможение
рефлекса. Торможение многих рефлексов может наступить под влиянием головного мозга. Так, например, можно задержать мочеиспускание, моргание и
другие рефлексы.
Вся многообразная деятельность организма, все рефлекторные движения, меняющиеся и появляющиеся в разных сочетаниях, все тончайшие движения человека при трудовых процессах возможны только при наличии координирующей деятельности центральной нервной системы.
В каждый данный момент на организм падает множество разнообразных раздражений. Координирующая деятельность центральной нервной
системы заключается в том, что на эти раздражения организм отвечает таким
рефлекторным актом, который обеспечивает в данный момент уравновешивание организма с условиями его существования.
Информацию о внешней и внутренней среде организма человек получает с помощью сенсорных систем или анализаторов. Термин «анализатор» был
введен И.П. Павловым в 1909г. и обозначал системы чувствительных образований, воспринимающих и анализирующих различные внешние и внутренние
раздражители. В современной интерпретации сенсорные системы – это специализированные части нервной системы, включающие периферические рецепторы (органы чувств), отходящие от них нервные волокна (проводящие
пути) и клетки центральной нервной системы, сгруппированные вместе (сенсорные центры), где происходит обработка информации. Сенсорные органы
классифицируются следующим образом:
– Экстерорецепторы – воспринимающие раздражение из окружающей среды
(восприятие света, звука, тепла и холода и др.)
– Интерорецепторы – воспринимают раздражения, возникающие во внутренней среде организма (изменение водно–солевого обмена, газового состава
крови и др.)
– Проприорецепторы – возникают раздражение, возникающие вследствие изменения степени сокращения и расслабления мышц, т.е. обеспечивают положение тела в пространстве.
На рисунке 3 представлена схема возникновения субъективного ощущения в результате воздействия раздражителя.
10
Рис.3. Схема возникновения субъективного ощущения в результате воздействия раздражителя.
Основной характеристикой анализатора является чувствительность
рецептора, т.е. способность воспринимать раздражение. Стимул минимальной интенсивности – вызывает минимальное ощущение. Величина минимальной интенсивности, приводящая к минимальному ощущению называется порогом ощущения или абсолютным порогом чувствительности. Количественное определение соотношения между физической величиной стимула и
ощущением известно как закон Вебера – Фехнера, который выражается уравнением:
E= K log I / I 0 C
где Е – интенсивность ощущения; К и С – константы; I – интенсивность стимула; Io – его абсолютный порог.
Закон утверждает, что при линейном увеличении интенсивности ощущения (Е) интенсивность раздражителя(I) растет логарифмически.
Другой характеристикой анализатора является адаптируемость к условиям внешней среды (способность приспосабливаться к меняющимся условиям природной, производственной и социальной среды).
Еще одной важной характеристикой анализаторов является – тренируемость. Основными параметрами тренируемости анализаторов являются интенсивность, длительность и частота, которые вместе определяют объем тренировочной нагрузки.
Важнейшей функцией – ориентация человека во внешней среде является зрение. Зрительный анализатор позволяет получать информацию о предмете, его цвете, форме, величине, о том, находится предмет в покое или движении, несет потенциальную опасность или нет. Около 80% всей информации человек получает в результате реакции на визуальное раздражение.
Глаз имеет весьма сложное строение и состоит из нескольких частей.
Глазное яблоко имеет не совсем правильную шаровидную форму; в передней
части его имеется большая кривизна. Снаружи глазное яблоко покрыто белочной оболочкой, или склерой, которая кпереди становится прозрачной, более выпуклой и образует роговицу. Затем идет сосудистая оболочка, передняя
часть которой образует радужную оболочку. В середине радужной оболочки
имеется отверстие–зрачок. За радужной оболочкой находится совершенно
прозрачная двояковыпуклая линза, имеющая форму чечевицы – хрусталик.
Вся внутренняя полость глаза заполнена совершенно прозрачной желеобразной массой–стекловидным телом, обладают лучепреломляющей способностью. Самая внутренняя (третья) оболочка глаза получила название сетчатой
оболочки, или сетчатки. Она состоит из клеток, воспринимающих свет (пало-
11
чек и колбочек). Колбочки являются клетками, осуществляющими дневное и
цветное зрение, палочки же обеспечивают сумеречное, ночное зрение.
Визуальная информация ограничивается пределами, так называемого
поля зрения. Поле зрения – это пространство, обозреваемое человеком при
неподвижном состоянии глаз и головы. В пределах угла зрения 30–40 градусов условия для видения оптимальны. Именно в этом диапазоне следует размещать основные носители информации. Главной способностью человеческого глаза является способность приспосабливаться т.е. аккомодировать
(способность органа зрения приспосабливаться к световым условиям окружающей среды). Способность к приспособлению обеспечивается остротой зрения ( способность глаза различать наименьшие детали предмета), контрастной чувствительностью (способность глаза различать минимальную разность яркости предмета и его фона), скоростью узнавания (наименьшее время для различия деталей предмета)..
В диапазон воспринимаемого зрением спектра (длина волны 380–
780нм) происходит качественная оценка зрительного ощущения, обусловленного цветом. Ощущение цвета возникает когда спектр отклоняется от нейтрального и доминируют волны определенной длины. У людей с нарушениями данной функции развиваются: цветовая слепота (воспринимаются все цвета, как серые), дальтонизм (человек не различает, обычно красный и зеленый
цвет), «куриная слепота» (человек с наступлением темноты теряет зрение).
Глаз обеспечивает безопасность человека и сам снабжен естественной защитой. Рефлекторно закрывающиеся веки защищают сетчатку глаза от
сильного света, а роговицу от механического воздействия. Слезная жидкость
увлажняет глаз и смывает инородные частицы, убивает микробов, благодаря
наличию в ней лизоцима. Защитную функцию выполняют и ресницы. Однако
естественной защиты порой бывает недостаточно, поэтому в опасных для
глаз условиях необходимо применять искусственные средства защиты (очки,
маски, щитки, а также мази и кремы). Зрительное восприятие во многом зависит от освещения, поэтому важно формировать световой климат.
Мир наполнен звуками. Они доставляют человеку многочисленную информацию. Одни звуки приятны, другие отрицательно влияют на здоровье.
Человек оценивает звуки с помощью органа слуха.
Ухо человека состоит из трех основных частей: наружное ухо, среднее
ухо и внутреннее ухо. Звуковые волны через наружное ухо поступают на барабанную перепонку, колебания которой механическим путем через систему
слуховых косточек среднего уха передаются к внутреннему уху. Возбуждения
нервных окончаний слухового нерва доходит до коры головного мозга и вызывает восприятие звука. Колебания вызывающие слуховое восприятие лежит
в области 16–20 тыс. Гц. Границы восприятия могут сужаться или расширяться и это зависит от индивидуальных особенностей организма и возраста
людей.
12
Одна из особенностей слуховой сенсорной системы, имеющая прямое
отношение к безопасности организма – является способность распознавать
местонахождение источника звука без поворота головы. Это явление называется бинауральным эффектом. Основа такой способности заключается в
том, что звук достигает удаленного уха позже и с меньшей силой, а слуховая
сенсорная система способна выявить эту разницу на уровне 1дБ. Бинауральный слух имеет и другую функцию – анализ акустической информации в присутствии посторонних шумов.
Во внутреннем ухе человека находится не только орган слуха, но и орган равновесия, который обеспечивает поддержание тела в соответствующем положении в пространстве. Равновесие поддерживается рефлекторно,
без участия в нем сознания. Выделяют 2 вида рефлексов, обеспечивающих состояние равновесия: статические и статокинетические. Статические обеспечивают ориентацию тела в пространстве, их называют позные рефлексы. Статокинетические рефлексы – выражаются в движениях. Эволюционно статокинетическая устойчивость человека постепенно снижается. Это связано с возрастающей гиподинамией и гипокинезией (человек все меньше активно передвигается в пространстве).
Сильные раздражения вестибулярного аппарата часто вызывают неприятные ощущения: головокружение, тошноту и рвоту, потоотделение, тахикардию. Нарушения функции вестибулярного аппарата снижает работоспособность и следовательно снижает безопасность. Это особенно значимо для таких профессий как пилоты, водители, моряки.
Кожа является тем органом, который отделяет внутреннюю среду человека от внешней, надежно охраняя ее постоянство. Она предохраняет лежащие глубже ткани от повреждений, высыханий, физических, химических и
биологических воздействий. Снаружи кожа покрыта тонким слоем покровной
ткани – эпидермисом, состоящим из нескольких слоев клеток, постоянно обновляемых. За эпидермисом следует собственно кожа – дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы. Кожная чувствительность может быть разделена на четыре вида: ощущение болей, тепла, холода, прикосновения и давления. Каждое из этих ощущений возникает вследствие раздражений, которые воспринимаются специальными рецепторами, отличающимися друг от
друга своим строением и глубиной залегания в толще кожи.
Температурные колебания воспринимаются двумя видами рецепторов: одни из них возбуждаются холодом, другие – теплом. Общее количество
рецепторов, воспринимающих тепло и холод, составляет 280 000, из них 30
000 реагируют на тепло, а 250 000 – на холод. На 1 см2 кожи в среднем приходится 6 – 23 холодовых рецептора и 3 тепловых. Наиболее чувствительной
к колебаниям температуры является кожа живота, конечности менее чувствительны к теплу, чем туловище. Открытые части тела менее чувствительны к
холоду, чем прикрытые. Ощущение тепла тем выше, чем выше температура
тела (с 36 до 45 градусов). При температуре 45 градусов, чувство тепла сме-
13
няется чувством боли от горячего. Когда обширные участки тела охлаждаются до 30 градусов, возникает ощущение холода. При температуре кожи ниже
17 градусов возникает боль. Рецепторы, воспринимающие холод и тепло,
адаптируются, т.е. приспосабливаются, к температуре окружающей среды.
Чувство боли воспринимается специальными рецепторами. Эти рецепторы рассеяны по всему нашему телу в довольно значительном количестве.
На 1см2 кожи приходится около 100 таких рецепторов.
Чувство боли возникает в результате раздражения не только кожи, но и
ряда внутренних органов. Часто единственным сигналом, предупреждающим
о неблагополучии в состоянии того или другого внутреннего органа, является
боль. В отличии от других сенсорных систем боль дает мало сведений об
окружающем мире, а скорее сообщает о внешних или внутренних опасностях,
грозящих нашему телу. Если бы боль не предостерегала, человек часто бы наносил себе повреждения при самых обычных действиях. Т.о. боль является
сигналом опасности и мобилизует организм на борьбу за самосохранение, повышает его реактивность.
Под тактильной чувствительностью по существу понимают чувство прикосновения и давления. Кожа усеяна специальными рецепторами,
раздражение которых вызывает ощущение прикосновения и давления: имеется примерно 500 000 рецепторов, воспринимающих прикосновение и давление; в среднем на 1 см2 приходится около 25 рецепторов. Однако эти рецепторы неравномерно распределены на всей поверхности тела: на 1 см2 кожи голени имеется 9–10 рецепторов, а на 1 см2 кожи головы – 165–300 рецепторов.
Очень богата рецепторами кожа ладоней рук. Этим и объясняется, почему
при осмотре какого–либо предмета, когда нам надо выяснить форму, наличие
шероховатостей и т.д., мы поглаживаем предмет, т.е., касаемся его поверхности кожей нашей ладони. Тактильная чувствительность резко повышена на
участках тела, покрытых волосами в связи с тем, что волосы играют роль рычажков и усиливают передачу раздражения в несколько раз. Если в течение
длительного времени действовать давлением на поверхность кожи, то вскоре
человек перестает его ощущать, т.е. адаптируется. Процесс адаптации характерен для деятельности всех органов чувств.
1.4. Классификация условий труда и гигиеническое нормирование
Любой труд протекает в конкретной реальной среде. Поэтому широкое
распространение получило представление об условиях труда. Существуют
разные определения этого понятия, но чаще всего под условиями труда понимаются все факторы, от которых зависит работоспособность человека
и его здоровье. Этих факторов много. Для удобства их делят на четыре
основные группы.
1. Санитарно–гигиенические факторы: микроклимат (температура,
влажность воздуха, скорость движения воздушного потока), освещенность ра-
14
бочего места, уровень шума, интенсивность загрязнения воздуха пылевыми
частицами (запыленность), химическими компонентами (загазованность), наличие в зоне выполнения работы ультразвука, УВЧ, радиационных источников и т. п. Гигиена труда подробно рассматривает эту группу факторов и разрабатывает нормативы предельно допустимых уровней соответствующих показателей, а также разрабатывает комплекс мероприятий, направленных на
профилактику и борьбу с существующим неблагоприятным фактором внешней среды.
2. Психофизиологические факторы – это большая группа факторов,
включающая характер режима труда и отдыха, тяжесть и напряженность труда, рабочие позы, величину нагрузки на скелетную мускулатуру, на ЦНС, на
высшие отделы мозга, интенсивность загрузки мозга поступающей информацией, характер принятия решений, степень риска и т. д.
3. Социально–экономические факторы – это группа факторов, включающая социальную защищенность работающего, его заработную плату, покупательские способности, обеспеченность домами отдыха, детскими садами,
школами, длительность отпуска и т. д.
4. Эстетические факторы – интерьер рабочего помещения, форма, цвет
изделия, с которым приходится работать, форма, цвет, фасон рабочей одежды
и т. п.
В каждом виде трудового процесса есть элементы физического труда –
труда, при котором совершается мышечная нагрузка, и элементы умственного
труда. Соответственно всякий труд классифицируется по его тяжести (4–6
категорий или групп) и по напряженности (4–6 категорий или групп).
Тяжесть работы – это фактически физиологическая стоимость работы. Тяжесть работы характеризует мышечные усилия (нагрузку на скелетные мышцы). Ее величина определяется энергетическими затратами организма, мощностью внешней работы или величиной статического усилия, требуемого при выполнении данной работы, массой и расстоянием перемещения
поднимаемого или опускаемого груза, рабочей позой и характером рабочих
движений, а также степенью напряжения физиологических функций (судя по
данным частоты сердечных сокращений, проценту снижения выносливости,
степени утомления), плотности загруженности рабочего дня.
В нашей стране применяется классификация труда, предложенная
институтом гигиены труда АМН СССР. Она предусматривает деление труда
по тяжести на 4 группы или категории.
Таблица 1
Критерии и группы тяжести труда
Группы труда по тяжести
Критерий тяжести
Легкий I
Средний II
15
Тяжелый III
Очень
тяжелый IV
Мощность внеш- до 150
ней работы или
энерготраты организма,
ккал/час (ккал/мин)
Максимальная ве- до 5
личина
перемещаемого груза, кг
Рабочая поза
Стационарное
рабочее место,
свободная поза
150–200
(2,5–4,1)
250–360
(4,1–6)
больше
(больше 6)
6–15
16–40
больше 40
Стационарное рабочее место.
Вынужденные наклоны до 30° 50–
100 раз за смену,
или нахождение в
наклоненном положении до 30о
10–25% времени
Стационарное рабочее место. Вынужденные наклоны до 30° больше
300 раз за смену,
или нахождение в
наклоненной позе
до 30° более 50%
времени
Рабочий
уд/мин
80–100
Стационарное
рабочее место.
Вынужденные
наклоны до 30о
100–300 раз за
смену, или нахождение в наклоненном положении до 50% времени
100–120
пульс до 80
360
120–140
Нервная напряженность или просто – напряженность труда отражает
нагрузку на ЦНС, анализаторы, высшую нервную деятельность, психическую деятельность. Напряженность труда характеризуется объемом воспринимаемой информации и определяется степенью напряжения внимания,
плотностью поступающих сигналов, состоянием анализаторных систем, эмоциональным напряжением. По напряженности труд делят на 4 группы, или
категории: ненапряженный, малонапряженный, напряженный, очень напряженный.
Используя представленные в таблицах критерии, можно оценить любой
труд по тяжести и напряженности.
Таблица 2.
Критерии напряженности
Критерии и группы напряженности труда
Группы труда по напряженности
Ненапряженный Малонапряжен–
I
ный II
16
Напряжен–
ный III
Очень
напряженный
IV
Внимание:
а)число
производственно важных
объектов
одновременного наблюдения
б)длительность
сосредоточенного внимания, в % к раб. времени
в)плотность сообщений (сигналов в час)
Эмоциональное
напряжение
Сменность
Интеллектуальная
напряженность
Монотонность:
а) число элементов в
операции
б)
продолжительность
выполнения
повторяющихся операций, сек.
до 5
до 10
до 25
более 25
До 25
До 50
До 75
Более 75
До 75
До 175
До 300
Свыше 300
работа в условиях дефицита времени с
высокой
ответственностью
3 смены, с
ночной
личный риск, ответственнос–ти за
безопас–
ность других
45–21
20–2
работа по ин- работа по установдивидуальному ленному плану с
плану
возможной
корректировкой
в
процессе деятельности
утренняя,
2 смены,
7–8 час. без ночной
нерегулярная
сменность с ночной
работой
нет необходи- решение простых решение
творческая деямости
прини- альтернативных
сложных за- тельность
мать решение
задач по инструк- дач по алгоции
ритму
до 10
10–6
6–3
3–2
Более 100
100–46
Более привычно деление труда на физический и умственный. Ясно,
что при физическом труде нагрузка больше падает на мышечную активность,
а при умственном труде – на ЦНС, ВНД и психические функции мозга.
Существует также классификация труда, учитывающая характер работы:
1) труд, требующий значительной мышечной активности;
2) механизированные виды труда;
3) автоматизированные и полуавтоматизированные виды труда;
4) групповые (конвейерные) работы;
5) труд, связанный с дистанционным управлением (операторский труд);
6) формы интеллектуального труда, в том числе – управленческий труд, творческий труд, труд медицинских работников, труд учащихся и студентов.
17
Нормированием человечество занимается с момента своей осознанной
деятельности. Благодаря нормированию существует возможность прогнозирования последствий взаимодействия человека с окружающей средой, выбирать оптимальные варианты этих взаимоотношений и закреплять их в опыте.
Установление гигиенического регламента гарантирует безвредность факторов
внешней среды для здоровья. Нормирование – это определение количественных показателей факторов окружающей среды, характеризующие безопасные
уровни их влияния на здоровье человека. В зависимости от нормируемого
фактора окружающей среды различают: предельно допустимые концентрации
(ПДК), допустимые остаточные количества (ДОК), предельно допустимые
уровни (ПДУ), ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ), предельно допустимые выбросы (ПДВ), предельно допустимые сбросы (ПДС).
Нормативы являются составной частью санитарного законодательства и основой предупредительного и текущего санитарного надзора, а также служат
критерием эффективности оздоровительных и предупредительных мероприятий.
К основным принципам нормирования относится:
1. Гарантированность. Гигиенические нормативы должны гарантировать заданный уровень нормы организма в настоящее время и в будущем. Он реализуется в разработке предельно допустимых уровней (ПДУ) и концентраций
(ПДК).
2. Дифференцированность. В зависимости от ситуации для одного и того же
фактора могут устанавливаться несколько количественных значений или
уровней: оптимальный, допустимый, предельный, предельно допустимый,
предельно переносимый и уровень выживания.
3. Комплексность. Гигиеническое нормирование и гигиенические нормативы
должны предусматривать возможность одновременного действия нескольких
факторов среды как положительных, так и отрицательных. Величина норматива должна учитывать взаимное влияние этих факторов друг на друга и на
организм в целом.
4. Динамичность. Гигиенические нормативы подлежат периодическому
пересмотру с целью их уточнения и повышения способности к обеспечению
данного уровня здоровья.
5.Социально–биологическая сбалансированность. Гигиеническое нормирование должно быть таким, чтобы польза для здоровья от соблюдения
норматива (а) и польза от продукта производства (в), в своей сумме максимально превышали сумму ущерба здоровью, наносимого средой (с) и ущерба
здоровью (d), связанного с затратами на соблюдение норматива.
 ab −cd =max
Гигиеническое
несколько этапов:
нормирование
осуществляется
18
последовательно
в
Первый этап – разработка и обоснование гигиенических нормативов. На
этом этапе проводятся гигиенические, санитарно–химические, токсикологические, патоморфологические физиологические и клинико–функциональные
исследования.
На втором этапе – осуществляется контроль за соблюдением гигиенических нормативов.
Третий этап – включает мероприятия по коррекции влияния факторов
окружающей среды на организм. Часть мероприятий носит технический характер и связана с совершенствованием производства (безотходные технологии, автоматизация и механизация производственных процессов.
1.5. Человек как элемент систем безопасности
Человек в системах безопасности выполняет троякую роль:
– Является объектом защиты
– Выступает средством обеспечения безопасности
– Сам может быть источником опасности.
Для обеспечения безопасности человека необходимо учитывать следующие характеристики:
1. Антропометрическая. Предполагает учет размеров тела, возможности
обзора пространства, оптимального положения или позы в процессе работы.
Сложность заключается в том, что антропометрические показатели у людей
разные. Сиденье, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться
крайне неудобным для человека низкого или очень высокого. Для нивелирования антропометрических характеристик применяют метод моделирования –
использование объемных или плоских моделей человеческой фигуры при выполнении различных операций.
2. Биофизическая. Подразумевает создание такой окружающей среды,
которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физиологическое состояние человека. Эта характеристика напрямую связана с безопасностью. В таблице 3 приведены данные, которые необходимо учитывать
при проектировании производственных помещений.
Таблица 3.
Оптимальные ощущения человека в зависимости от микроклиматических параметров
Температура
Относительная
Состояние организма
влажность воздуха
21
40
Наиболее приятное состояние
75
Отсутствие неприятных ощущений
85
Хорошее спокойное состояние
91
Усталость, подавленное состояние
24
20
Отсутствие неприятных ощущений
65
Неприятные ощущения
19
30
80
100
50
65
81
90
Потребность в покое
Невозможность выполнения тяжелой работы
Нормальная работоспособность
Невозможность выполнения тяжелой работы
Повышение температуры тела
Опасность для здоровья
Биофизическая характеристика учитывает не только температуру и
влажность воздуха, но и освещенность, запыленность, шум и вибрацию.
3.Энергетическая. Предусматривает силовые и энергетические параметры человека. Для приведение в действие различных устройств (рычаги, кнопки, переключатели и т.д.) могут потребоваться либо большие либо малые усилия. И то и другое плохо. В первом случае человек будет быстрее уставать, во
втором – будет снижаться точность работы, т.к. человек не почувствует сопротивления рычагов. В этой характеристике наиболее значимым является
тренируемость организма, его различных сенсорных систем.
4. Информационная. Имеет особое значение в обеспечении системы
безопасности. В сложных системах человек обычно непосредственно не
управляет физическими процессами. Как правило, он удален от места выполнения этих процессов расстоянием. При этом он судит о нормальном ходе
процессов по показаниям приборов, экранов, мнемосхем, слышит сигналы,
свидетельствующие о ходе процесса. Все эти приборы называются средствами отображения информации (СОИ). С использование энергетических характеристик человек управляет процессами дистанционно.
5. Технико – эстетические. Заключается в обеспечении удовлетворенности человека общением с техникой, процессом труда, окружением рабочего
места.
6. Социально–психологическая. Связана с особенностями каждого человека и отдельной профессиональной группы, их реакцией в экстремальных
ситуациях.
Таким образом, в данной лекции были рассмотрены вопросы взаимосвязи человека с внешней средой, роль нервной системы и анализаторов человека в формировании естественной системы безопасности , а также классификация условий труда и характеристики обеспечивающие их безопасность.
Модуль 2 «Токсикология»
Лекция 2. Основные понятия токсикологии
2.1. Основные понятия промышленной токсикологии.
2.2. Основные этапы её развития.
2.3. Основные направления и разделы токсикологии.
2.4. Цель и задачи токсикологии.
2.5. Методы промышленной токсикологии.
20
2.1.Основные понятия токсикологии.
В индустриально развитых странах деятельность человека связана с
воздействием на него разнообразных факторов окружающей среды. Одним из
наиболее масштабных проявлений такого влияния в различных сферах жизнедеятельности и быта человека являются химические вещества в процессе их
производства и применения. На международном рынке ежегодно появляется
от 500 до 1000 новых химических соединений и смесей с широкой перспективой использования.
Ряд соединений обладают высокой токсичностью. Другие, менее токсичные соединения, представляют опасность для здоровья из–за высокой
устойчивости, распространённости в окружающей среде. Отдельные вещества вследствие физических и химических процессов способны превращаться
в более токсичные соединения. Возможность загрязнения химическими веществами окружающей среды, в том числе и воздуха рабочей зоны, всё более
возрастает. В этой связи возникает опасность проявления непосредственных
и отдаленных эффектов химического воздействия.
Профилактика профессиональных интоксикаций является одним из ведущих направлений в работе инженерно–технического персонала. Поэтому
подготовка инженера в современных условиях без включения вопросов по
промышленной токсикологии невозможна. Важная роль в этом принадлежит
промышленной токсикологии – раздел гигиены труда, изучающей действие
на организм химических факторов (вредных веществ) с целью создания безвредных и безопасных условий труда на производстве.
Токсикология – (от греч.toxicol–яд и logos– учение) –это наука, изучающая законы взаимодействия живого организма и яда. В роли последнего может оказаться фактически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушение жизненно важных функций
и создать опасность для жизни.
Токсикология – в современном её понимании – это наука о вредном
воздействии на человека, животных и растений химических соединений, поступающих из различных объектов окружающей среды (производственной,
коммунальной, бытовой, природной и пр.).
В народном хозяйстве промышленно развитых стран используются
несколько сотен тысяч разнообразных по строению и физико–химическим
свойствам химических веществ, с которыми контактируют работающие. Это
органические, неорганические и элементоорганические соединения.
Химические вещества, встречающиеся в процессе трудовой деятельности человека в промышленности в качестве исходных, промежуточных, побочных или конечных продуктов в форме газов, паров или жидкостей, а также пылей, дымов или туманов и оказывающие вредное действие на работающих людей в случае несоблюдения правил техники безопасности и гигиены
труда, являются промышленными ядами.
21
Яд – химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (реже – качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным
свойствам организма, и поэтому несовместимый с его жизнью.
Патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия
яда с организмом, называется интоксикацией или отравлением. В соответствии с принятой терминологией отравлением обычно называют только те
интоксикации, которые вызваны «экзогенными» ядами, поступающими в организм извне.
2.2. Основные этапы развития токсикологии
Возраст токсикологии как области медицинских знаний принято приравнивать к возрасту медицины – в Эберском папирусе (1500г. до н.э. Египет)
содержится информация о ядовитых растениях, многие из которых позже стали использоваться человеком в качестве лекарственных средств или орудия
убийства. Это аконит, соком которого древние китайцы впервые стали смачивать свои стрелы; опий, ставший первым лекарственным средством от боли и
снотворным; алкалоиды белладонны, придававшие особую прелесть женским
глазам и ставшие распространенным косметическим средством; гликозиды
дигиталиса, облегчающие страдания больным с сердечными заболеваниями.
Встреча человека с ядами состоялась в те далекие времена, когда наши
предки впервые столкнулись с ядовитыми животными и растениями. Действие ядов было покрыто тайной и объяснялось связью со злыми духами и
чёрной магией. Пользоваться ядами для охоты на животных с преступной, а
затем и с лечебной целью люди научились задолго до того, как поняли механизм действия ядовитых веществ. В греческой и римской мифологии можно
найти подробные описания приготовления и применения ядов. В качестве
ядов обычно использовались высокотоксичные вещества растительного
происхождения – алкалоиды и гликозиды (стрихнин, кураре, аконит, строфантин, белена, дурман, цикута и т.д.).
В мрачный период средневековья отравления были широко распространены как в политике, так и в частной жизни. Чаще всего использовали мышьяк, который составил целую «эпоху» в истории применения ядов в криминальных целях, стал причиной смерти многих тысяч жертв необузданных
страстей и коварных замыслов. В произведениях художественной литературы
разных стран и народов имеется множество примеров применения ядов
(«Гамлет», « Отелло», «Ромео и Джульетта» В. Шекспира, «Три мушкетёра»,
«Граф Монте–Кристо» А.Дюма, «Моцарт и Сальери» из «Маленьких трагедий» А.С. Пушкина, «Госпожа Бовари» Г.Флобера, «Воскресенье» Л.Н.Толстого и т.д.).
С развитием химии на рубеже XVIII–XIX вв. были открыты механизмы
биологического действия химических веществ и яды потеряли своё мистическое значение.
22
В древнеиндийских книгах («Аюрведа»,900г. до н.э) приводятся сведения о ядах и противоядиях. Древнегреческий учёный Гиппократ, основоположник практический медицины (400г. до н.э.) имел вполне определенное понятие о яде и отравлении как заболеваний, связанных с поступлением в организм ядовитых веществ. В сочинениях Аристотеля (384–322 до.н.э.), Галена
(около 130–200гг.) Авиценна (около 950–1037гг.), а затем Парацельса (1493–
1541гг.) и Рамацзини (1633–1714г.г.), когда изучение профессиональных
отравлений занимало видное место в ряду различных болезней, обсуждается
действие на организм человека многих растительных и животных ядов, некоторые из которых предлагаются в качестве лекарственных средств. Наиболее
выдающимся последователем этого направления был Парацельс, он заложил
основы современной токсикологии, доказав, что яд– химическое вещество с
определенной структурой, от которой зависит его токсичность, а от лекарственного вещества он отличается лишь величиной дозы. С тех пор основой
токсикологических исследований стал эксперимент.
Во второй половине 19 века в начале 20 столетия начинается изучение
действия вредных промышленных веществ на организм экспериментальных
животных. В 20–30х годах появляются монографии и руководства по промышленной и клинической токсикологии советских и зарубежных авторов.
Основоположниками промышленной токсикологии как науки в нашей
стране являются Н.В. Лазарев (1895–1973г.) и Н.С. Правдин (1882–1954), создавшие известные во всём мире школы токсикологов. Работами этих учёных
был создан фундамент промышленной токсикологии, сформулированы её
основные цели и задачи. Написанное Н.В. Лазаревым и изданное в 1938г.
«Руководство по промышленной токсикологии» не потеряло своей научной
значимости до наших дней, а его книга «Неэлектролиты»(1944) представляет
первую и до сих пор единственную биолого–физико–химическую систематику органических веществ.
Исследования Н.В. Лазаревым в 20–40–х годах прошлого столетия по
изучению связи между биологическим действием и химически строением веществ были положены в основу расчётных способов определения ПДК и экспрессных методов исследования токсичности различных веществ.
Н.В. Лазарев– редактор и один из авторов фундаментального трехтомного
справочника «Вредные вещества в промышленности», являющиеся настольной книгой для токсикологов, гигиенистов, санитарных врачей, химиков и
инженеров, причём не только в России, но и за рубежом.
Н.С. Правдин особое внимание уделял разработке научных основ гигиенического нормирования, гигиенической экспертизе промышленных ядов,
разработке и совершенствованию методов токсикологической оценки химических веществ, гигиенической стандартизации сырья и продуктов (1947).
Н.С. Правдин в своих статьях в 1933 г. впервые выдвинул понятие о порогах
действия яда, предложил понятие интегрального показателя порога действия,
а также понятие гигиенической значимости применяемого показателя. Пере-
23
численные проблемы нашли своё наиболее полное отражение в изданных им
«Руководство по токсикологии» и в монографии «Методика малой токсичности промышленных ядов», сыгравших ведущую роль в деле становления токсикологической науки.
Н.С. Правдиным впервые были рассмотрены некоторые понятия из области оценки опасности веществ (в частности, понятие «зоны токсического
действия») получившие дальнейшее развитие в наше время.
Идеи, высказанные Н.С. Правдиным и Н.В. Лазаревым, остаются актуальными до настоящего времени и являются постоянным стимулом для дальнейшего развития профилактической промышленной токсикологии.
В дореволюционной России токсикология носила преимущественно судебный (криминалистический) характер. В конце первой мировой войны она
пополнилась ещё одним направлением – военной токсикологией. И лишь после установления в России советской власти в середине двадцатых годов начинается развитие нового направления – профилактической (гигиенической)
токсикологии. В первые же годы советской власти были созданы все предпосылки, чтобы развитие промышленности и сельского хозяйства происходило без вреда для здоровья трудящихся.
В России существует сеть научно– исследовательских институтов, занимающихся изучением вопросов гигиены труда и разработкой профилактических мероприятий, в которых имеются отделы и лаборатории промышленной
токсикологии. Работы по токсикологической оценке новых веществ интенсивно ведутся также на гигиенических кафедрах, в токсикологических лабораториях учреждений санитарии и гигиенгы, в лабораториях различных ведомств. На основании экспериментальных и клинико–гигиенических исследований разрабатываются санитарные нормы и правила работы с вредными химическими продуктами, даются научно–обоснованные рекомендации по обеспечению безопасных условий труда.
2.3. Основные направления и разделы токсикологии.
В настоящее время в токсикологии чётко определились три основных
направления: теоретическое, профилактическое (гигиеническое) и клиническое.
Теоретическая токсикология решает проблемы выявления основных
законов взаимодействия организма и ядов, их токсикокинетику и токсикодинамику.
Профилактическая токсикология (гигиеническая) изучает проблемы
степени опасности и разрабатывает меры и способы предотвращения и защиты от токсического воздействия химических веществ в окружающей человека
среде. Поэтому она носит экологический характер и включает следующие
основные разделы: коммунальный, пищевой, промышленный, сельскохозяйственный и бытовой.
24
Клиническая токсикология – раздел токсикологии, исследующий заболевания химической этиологии, т.е. химические болезни человека, возникающие вследствие токсического влияния химических соединений окружающей его среды.
Основные направления и разделы токсикологии:
1.Теоретическая токсикология (экспериментальное моделирование).
– Токсикокинетика.
– Токсикодинамика.
2. Профилактическая (гигиеническая) токсикология.
– Коммунальная.
– Промышленная.
– Сельскохозяйственная.
– Пищевая.
– Бытовая и др.
Коммунальная токсикология включает в себя атмосферную, водную и
почвенную токсикологию.
3.Клиническая токсикология.
– Химические болезни: острые, хронические.
– Лекарственные болезни: острые, хронические.
– Токсикомания (клиническая, наркомания).
Учение о биологическом действии материалов, имплантируемые в организм человека (сосудистые протезы, искусственные клапаны сердца, суставы
и т.д.).
4. Специальные виды токсикологии.
– Военная.
– Авиационная.
– Космическая.
– Подводная.
– Судебная и др.
Однако, изложенным выше не исчерпывается содержание токсикологической науки. В настоящее время появляются новые её аспекты и направления, о которых нельзя не упомянуть.
Во–первых, необходимо указать на то, что современная токсикология
приобрела выраженный экологический характер. На этом основании и в
отечественной литературе и за рубежом появились специальные термины –
экологическая токсикология («экотоксикология»).
Во–вторых, необходимо напомнить, что раздел токсикологии, занимающейся изучением в теоретическом и практическом планах бластоногенных
реакций организма на контакт с химическими агентами, вследствие его
большой значимости для здравоохранения и для судеб человечества вообще,
стал формироваться в специальную область токсикологии – онкологическую
токсикологию (онкотоксикологию) Эту дисциплину следует, по–видимому,
отнести к профилактической токсикологии.
25
В–третьих, в литературе всё чаще поднимается вопрос о сравнительной
токсикологии, изучающей особенности реакций различных видов животного
мира на изменение химического состава окружающей среды. Роль сравнительной токсикологии возрастает особенно сильно в связи с необходимостью
получить теоретическое обоснование для переноса на человека данных, получаемых в процессе токсикологических исследований, проводимых на экспериментальных животных.
В–четвертых, экологические потребности человека поднимают со всей
остротой значимость исследования возрастных особенностей реакций человека на химические загрязнения окружающей среды. В связи с этим в настоящее время проходит период становления специальная область токсикологии –
возрастная токсикология.
Необходимо отметить неодинаковый уровень становления, зрелости
различных разделов токсикологии. Например, если промышленная токсикология как самостоятельная научная дисциплина достигла уже достаточного
расцвета и внесла весомый вклад, как в область теоретических изысканий, так
и в медицинскую практику, то научные токсикологические исследования химических загрязнений почвы лишь только начинаются. Токсикологическое
изучение полимерных материалов (строительного, пищевого, медицинского,
коммунального и другого назначения) также является относительно молодой
научной областью, поэтому в ней имеется ещё много неясного и неизвестного. То же самое можно сказать и в отношении бытовой токсикологии.
2.4. Цель и задачи промышленной токсикологии
Главная цель токсикологии заключается в предупреждении, распознавании и лечении заболеваний химической этиологии, предупреждении и
устранении отдаленных последствий вредного действия веществ у индивидуумов и их потомства.
Вредное вещество – вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными
методами как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Из данного определения следует, что все химические соединения потенциально являются вредными веществами. В роли последнего может оказаться
практически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно важных функций и создать
опасность для жизни. Токсичность вещества тем больше, чем меньше его количество (доза) вызывает расстройства жизнедеятельности организма.
Задачи токсикологии, впервые сформулированные Н.С. Правдиным
(1934), Н.В. Лазаревым (1938), заключаются:
26
– в установлении параметров токсичности и опасности, изучении характера
воздействия на организм лабораторных животных химических соединений и
разработке на этой основе гигиенических стандартов их содержащие в объектах среды обитания (ПДК, ОБУВ);
– в разработке гигиенических стандартов с учётом комплексного, сочетанного
и комбинированного воздействия, поскольку вредные химические вещества
могут поступать в организм человека и животных с вдыхаемым воздухом, пищей и водой одновременно;
– в изучении способности химических веществ вызывать изменения реактивности организма и обусловливать возможные отдаленные эффекты–канцерогенный, эмбриотоксический, тератогенный, мутагенный и др.;
– в исследовании токсикокинетики и токсикодинамики1, выявлении наиболее
чувствительных тестов для обнаружения пороговых доз и концентраций и
разработке на этой основе средств ранней диагностики, терапии и профилактики отравлений;
– в изучении зависимости биологической активности веществ от химической
структуры и физико–химических свойств для разработки экспрессных ( математических) методов токсикологической оценки новых химических веществ,
а также проведения на этой основе целенаправленного поиска и синтеза менее токсических и опасных соединений.
2.5. Методы промышленной токсикологии.
В результате воздействия химических веществ на организм проявляются как специфический, так и общетоксический эффекты. Используемые для
их выявления методы соответственно делятся на специфические и неспецифические, последние получили в промышленной токсикологии название интегральных. В основу интегральных методов положен принцип, сущность которого состоит в том, что независимо от точки приложения действия яда нарушение общего состояния организма проявляется в ряде неспецифических
функциональных сдвигов. Примером интегральных показателей может служить функциональное состояние центральной неровной и сердечно–сосудистой систем, которые, учитывая наличие прямых и обратных связей, будут изменяться при действии любого фактора, в любой точке организма, если это
воздействие имеет достаточную силу. В числе интегральных методов могут
быть названы такие, как метод условных рефлексов, определение двигательной активности, определение мышечной силы, потребление кислорода, вес
тела животных и др.
Специфические методы направлены на выявление действия, которое характерно, точнее говоря специфично для того или иного соединения или для
класса соединения. Нарушение кроветворения характерно, например, для хронического действия бензола, угнетение активности холинэстеразы – для
27
фосфорорганических соединений, паралитическое действие для ортоизомера
трикрезилфосфата.
Для выявления специфического действия могут привлекаться физиологические, клинические, биохимические, гистологические и другие методы,
позволяющие характеризовать функциональные, обменные или структурные
изменения, обусловленные действием яда. Совершенно очевидно, что деление методов на специфические и интегральные носит условный характер.
Для характеристики таких специфических эффектов, как раздражающий, сенсибилизирующий, гонадотропный, эмбриотропный, мутагенный,
бластоногенный используются специальные методические приёмы.
Основу токсикологических исследований составляет способ воздействия химических соединений на организм. Для решения этого вопроса разработаны классические методы постановки эксперимента на животных и введения химического вещества – перорально (через рот), ингаляционно (через дыхательные пути), накожно. Указанные пути поступления ядов, как известно,
являются наиболее значимыми в практике токсикологических исследований.
Взаимодействие яда с организмами изучается в двух аспектах: как влияет вещество на организм (токсикодинамика) и что происходит с веществом в
организме (токсикокинетика). Токсикокинетика изучает временные закономерности процессов поступления, распределения, метаболизма (превращения) и выделения путём определения концентрации самих веществ или их
метаболистов в биосферах организма (крови, плазме, моче, тканях, выдыхаемом воздухе) в различные периоды интоксикации. Промышленная токсикология решает широкий круг задач с привлечением знаний и методов исследования многих смежных естественных наук, особенно общей и органической
химии, биохимии, физиологии, профессиональной патологии, онкологии, иммунологии, генетики, эмбриологии, математики и т.д.
Основным её методическим приёмом служит эксперимент на животных, тщательно спланированный и технически хорошо оснащенный, для выявления наиболее тонких механизмов действия ядов на организменном, системном, органном, клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.
Из краткого обзора основных задач и проблем промышленной токсикологии ясно, что специалист, работающий в этой области, должен быть широко подготовлен, он обязан обладать знаниями и владеть методами многих
смежных наук, хорошо знать производство.
Лекция 3. Промышленные яды и профессиональные отравления.
Адаптация и кумуляция к ядам.
3.1. Промышленные яды и классификация вредных химических веществ.
3.2. Классификация отравления.
3.3. Острые и хронические профессиональные отравления.
3.4. Кумуляция и адаптация к воздействию химических соединений.
28
3.5. Привыкание к промышленным ядам и о компенсации организма.
3.1. Промышленные яды и классификация вредных химических веществ.
Широкое развитие химизации народного хозяйства обусловлено применение в промышленности и в сельском хозяйстве огромного количества химических веществ в виде сырья, вспомогательных, промежуточных, побочных продуктов и отходов производства.
Те химические вещества, которые, проникая в организм даже в относительно небольших количествах, вызывают в нём различные нарушения нормальной жизнедеятельности, называются промышленными ядами.
В роли последнего может оказаться любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно
важных функций и создать опасность для жизни. Вещество, вызывающее
отравление или смерть при попадании в организм в малом количестве
называется ядом.
Предполагая это универсальное свойство химических веществ, знаменитый врач Парацельс (1493–1541) считал, что «Всё есть яд и ничто не лишено ядовитости. Яд от лекарства отличается дозой». Многие химические вещества, принятые внутрь в оптимальной дозе, приводят к восстановлению нарушенных какой–либо болезнью функций организма и тем самым проявляются
лечебные свойства. Другие вещества меняются составной частью живого организма (белки, жиры, углеводы и т.д.), поэтому для проявления их токсических свойств нужны особые условия. Чаще токсическое влияние оказывают
чуждые живому организму вещества, которые получили название «ксенобиотики» (от греч.xenos– чужой). Некоторые вещества, находясь в определенном
количестве и состоянии в среде обитания или внутренней среде организма человека и животных, являются обязательным условием их существования,
например. Микроэлементы (серебро, кобальт, кадмий, литий и т.д.). Таким
образом, одно и тоже химическое вещество может быть ядом, лекарственным
и необходимым для жизни средством в зависимости от ряда условий, при которых оно встречается и взаимодействует с организмом.
Количество химических соединений, используемых в настоящее время
в народном хозяйстве и быту, настолько велико, а характер их биологического действия настолько разнообразен, что приходится применять несколько
видов классификации ядов. Они делятся на две группы: общие, основанные
на каком–либо общем принципе оценки, подходящим для всех без исключения химическим веществам, специальные, отражающие связь между отдельными физико–химическими или другими признаками веществ и проявлениями их токсичности
Таблица 4
29
Принципы классификации ядов.
II. Специальные
По типу развивающейся гипоксии
(патофизиологическая)
I.Общие
По химическим свойствам
(химические)
По цели применения
(практические)
По степени токсичности
( гигиенические)
По виду токсического действия
(токсикологические)
По механизму взаимодействия с ферментными
системами (патохимическая)
По характеру биологического последствия
отравлений
( биологическая)
По степени канцерогенной активности и т.д.
По «избирательной токсичности»
В основу существующих классификаций положены различные принципы, учитывающие агрегатное состояние вещества в воздушной сфере, химическое строение, пути проникновения, характер действия на организм, степень токсичности, опасности и другие признаки.
В первую очередь, токсиколог использует химическую систематику,
предусматривающую деление всех химических веществ на органические,
неорганические и элементо–органические. Исходя из принятой химической
номенклатуры, определяют класс и группу этих веществ.
По агрегатному состоянию в воздушной среде вредные вещества могут
быть классифицированы как газы, пары и аэрозоли, жидкие или твёрдые.
Наиболее частое применение находят классификации промышленных
ядов:
– по характеру воздействия на организм человека (общетоксическое, раздражающее, канцерогенное, мутагенное, влияющее на репродуктивную функцию);
– по пути проникновения в организм (действие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров);
– по химическим классам соединений (органические, неорганические, элементоорганические и др.);
– по степени токсичности (чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные, малотоксичные);
– по степени воздействия на организм (вещества чрезвычайно опасные, вещества высокоопасные, вещества умеренно опасные, вещества малоопасные).
Для клинической токсикологии наибольшее значение имеет токсикологическая классификация (таб.5), т.е. разделение химических веществ по характеру их токсического действия на организм. Она позволяет поставить первичный клинический диагноз отравления, разработать принципы профилактики и лечения токсического поражения и определить механизм его развития.
Дополнительно клиницисты используют классификацию ядов и по «избирательной токсичности», которая указывает на непосредственную опасность,
которая грозит определенному органу или системе организма как основному
месту токсического поражения (таб.2.3)
30
Гигиеническая классификация ядов.
Таблица 5
Клиническая классификация ядов
Степень
Путь поступления яда
токсичности
Ингаляционно
вещества
Cl50, мг/м3
ПДК, мг/м3
I.Чрезвычайно токсичные
< 1,0
< 1,0
II–III Высокотоксичные
1,0–10,0
< 10,0
IV–V Умереннотоксичные
11,0–40,0
< 100,0
VI–VIII Малотоксичные
< 40,0
> 100,0
Энтерально
ДL 5 0, мг/кг
< 15,0
15,0–150,0
151,0–1500,0
>1500
Таблица 6
Токсикологическая классификация ядов
Общий характер токсического воздействия
Характерные представители
Нервно–паралитическое действие (бронхоспазмы, удушье, судороги, параличи).
Кожно–резорбтивное действие (местные воспалительные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими явлениями).
Общетоксическое действие (гипоксия, судороги, кома, отёк мозга, параличи)
Удушающее действие (токсический отёк лёгкого)
Слезоточивость и раздражающее действие (наружных слизистых оболочек)
Психотропное действие ( нарушение психической активности–сознания)
Фосфорорганические инсектициды (хлорофос,
карбофос), никотин, БОВ (зарин и др.).
Дихлорэтан, гексахлоран, БОВ (иприт, люизит), уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть(сулема).
Синильная кислота и её производные, угарный
газ, алкоголь, БОВ.
Окислы азота (БОВ: фосген, дифосген)
Хлорпикрин, БОВ, пары крепких кислот и щелочей
Наркотики (кокаин, опий, атропин, БОВ)
Таблица 7
Классификация ядов по «избирательной токсичности»
Характер избирательной токсичности
Характерные представители
«Сердечные яды»
Кардиотоксическое действие нарушение ритма
и проводимости сердца, токсическая дистрофия миокарда
«Нервные яды»
Нейротоксическое действие–нарушение психической активности, токсическая кома, параличи.
«Печеночные яды»
Гепатотоксическое действие– токсическая
дистрофия печени.
31
Сердечные гликозиды (дигиталис, лантозид и
др.), растительные яды (аконит, заманиха, хинин и т.п.), животные яды; соли бария, калия.
Наркотические анальгетики, транквилизаторы,
снотворные средства, фосфороорганические
соединения, угарный газ, алкоголь и его суррогаты.
Дихлорэтан (хлорированные углеводороды;
ядовитые грибы (бледная поганка); фенолы и
альдегиды.
«Почечные яды»
Соединения тяжелых металлов, щавелевая
Нефротоксическое действие – токсическая не- кислота, этиленгликоль.
фропатия.
«Кровяные яды»
Гематоксическое действие – гемолиз, метгемоглобинемия
«Желудочно–кишечные яды»
Гастроэнтеротоксическое действие –токсический гастроэнтерит.
Анилин и его производные; нитриты, мышьяковистый водород.
Крепкие кислоты и щелочи; соединения тяжелых металлов и мышьяка
Токсическое действие ядовитых вещество многообразно, однако, установлен ряд общих закономерностей в отношении путей поступления их в организм, сорбции, распределения и превращения в организме, выделения из
организма, характера действия ядов в связи с их химической структурой и
физическими свойствами.
3.2.Классификация отравлений
Патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия
яда с организмом, называется интоксикацией или отравлением. В соответствии с принятой терминологией отравлением обычно называют только те
интоксикации, которые вызваны «экзогенными» ядами, поступающими в организм извне.
Классификация отравлений, как заболеваний химической этиологии,
имеет в своей основе три ведущих принципа: этиопатогенетический, клинический и нозологический (таб.7)
Таблица 7
Принципы классификаций отравлений
I. Этиопатогенетический
II. Клинический
По причине развития:
По особенностям клинического течения
Случайные
По тяжести заболевания
Преднамеренные
По наличию осложнений
Полицейцские
По исходу заболеваний и т.д.
По условиям (месту) развития:
III. Нозологический
Производственные,
По названиям отдельных ядов их групп или
Бытовые,
классов
Ятрогенные
По пути поступления яда
По происхождению ядов и т.д.
Случайные отравления развиваются независимо от воли пострадавшего: вследствие самолечения и передозировки лекарственных средств (например, обезболивающих или снотворных), в результате ошибочного приёма одного лекарства вместо другого, а также при несчастных случаях (взрыв, утеч-
32
ка ядовитого вещества) на химическом производстве, в лаборатории или быту
(например, при пожаре).
Преднамеренные отравления бывают связаны с осознанным применением токсического вещества с целью самоубийства (суицидальные отравления) или убийства (криминальные отравления).
«Полицейские отравления» связаны с применением ядов (например,
слезоточивого газа) для разгона демонстраций, а боевые – с применением
отравляющих веществ (БОВ) в качестве химического оружия.
Отравления различаются согласно конкретным условиям (место) их возникновения.
Производственные (профессиональные) отравления развиваются
вследствие воздействия промышленных ядов, непосредственно используемых
на данном предприятии или в лаборатории, при авариях или грубом нарушении техники безопасности при работе с вредными веществами.
Бытовые отравления, которые представляют наиболее многочисленную группу этой патологии, связаны с повседневной жизнью современного
человека и встречаются в быту при неправильном использовании или хранении многочисленных лекарственных средств, домашних химикалиев, а также
при неумеренном приёме алкоголя и его суррогатов. Существует ещё один
вид отравлений, которые часто называют ятрогенными, так как они возникают в медицинских учреждениях при ошибке медицинского персонала в дозировке, виде или способе введения лекарственных средств.
В медицинской практике широко используется классификация «экзогенных» отравлений соответственно пути поступления токсического вещества в организм, поскольку это во многом определяет меры первой помощи
при данной патологии. Среди бытовых отравлений широко распространены
пероральные, которые связаны с поступлением ядов через рот. К этой категории относится большая группа пищевых отравлений, когда яд попадает в организм вместе с пищей. Напротив, среди производственных отравлений
преобладают ингаляционные, поступающие при вдыхании токсичных веществ, находящихся в окружающем воздухе. Инъекционные отравления наблюдаются при парентеральном введении яда, например, при укусах змей и
насекомых.
Отравления лекарственными средствами соответственно получили наименование лекарственных(медикаментозных), промышленными ядами– промышленных, алкоголем– алкогольных и т.д.
Классификация отравлений по клиническому принципу предусматривает, прежде всего, учёт особенностей их клинического течения.
Острые отравления развиваются при одномоментном поступлении в
организм токсической дозы вещества и характеризуются острым началом и
выраженными специфическими симптомами. Острые отравления целесообразно рассматривать как «химическую травму», развивающуюся вследствие
попадания в организм токсической дозы чужеродного химического вещества.
33
Хронические отравления обусловлены длительным, часто прерывистым, поступлением ядов в малых (субтоксических) дозах.
3.3.Острые и хронические профессиональные отравления.
При неправильной, с гигиенической точки зрения, организации труда и
отсутствии специальных мер профилактики промышленные яды могут вызвать профессиональные отравления. По характеру возникновения и протекания профессиональные отравления делятся на острые и хронические.
Острым профессиональным отравлением называется заболевание,
возникающее после однократного воздействия вредного вещества на работающего. Острые отравления могут иметь место в случае аварий, значительных
нарушений технологического режима, правил техники безопасности и промсанитарии, когда содержание вредного вещества значительно – в десятки и
сотни раз превышает предельно допустимую концентрацию, принятую для
производственных помещений.
Острые профессиональные отравления возникают в течение короткого
времени, не более одной смены, часто мгновенно, при вдыхании больших
концентраций паров или газов промышленных ядов. Такое отравление может
либо окончиться быстрым выздоровлением, либо вызвать последующие стойкие нарушения здоровья, либо оказаться смертельным.
Не резко выраженные острые отравления обычно не сопровождаются
длительным нарушением здоровья; но серия повторных лёгких острых отравлений может привести к потере работоспособности на длительный срок. Такой результат часто рассматривают как хроническое отравление, хотя, строго
говоря, это не совсем правильно.
Хроническим отравлением называется заболевание, развивающееся
после систематического длительного воздействия малых концентраций или
доз вредного вещества, при этом симптомы отравления нарастают постепенно. Хронические отравления возникают либо вследствие постепенного накопления в организме самого яда (материальная кумуляция), либо, что встречается чаще вследствие суммирования изменений в организме, вызванных воздействием яда (функциональная кумуляция).
В производственных условиях одни яды могут вызвать и острые и хронические отравления (бензин, окись углерода, бензол), другие же только или
преимущественно острые отравления (синильная кислота) или хронические
отравления (свинец, марганец).
Наконец, промышленные яды, помимо острого и хронического отравлений, могут оказывать так называемое общее, неспецифическое действие–понижение общей неспецифической сопротивляемости к другим вредным воздействием, в частности к инфекциям.
Промежуточное место между острыми и хроническими отравлениями
занимают подострые отравления. По симптоматике они сходны с острыми
34
отравлениями, но возникают после длительного воздействия ядов – при воздействии их в меньших концентрациях.
3.4. Кумуляция и адаптация к воздействию химических соединений
При взаимодействии химических веществ с организмом проявляются
две взаимопротивоположные тенденции –повреждающее действие агента и
приспособительная реакция организма, выработанная в процессе эволюции в
ответ на непрерывно меняющийся состав окружающей среды.
В зависимости от степени агрессивности агента, его дозы и времени
воздействия преобладает либо повреждаются (кумуляция) либо защитная
(адаптация) тенденция.
Хроническое отравление тесно связано с кумуляцией в организме самого яда или вызванных им изменений. Слово «кумуляция» означает скопление. Кумуляция означает суммирование действия повторных доз ядов, когда
последующая доза поступает в организм раньше, чем заканчивается действие
предыдущей. В зависимости от того, накапливается ли при этом в организме
само вещество различают кумуляцию материальную (химическую) и функциональную.
Без функциональной кумуляции невозможно хроническое отравление.
Нередко имеет место функциональная и материальная кумуляция одновременно. В случае функциональной кумуляции конечный токсический эффект
зависит не от постепенного скопления небольших количеств яда, а от повторного действия его на определенные клетки организма.
Действие небольших количеств яда на клетки суммируется и в результате этого получается токсический эффект.
Примером ядов, вызывающих химические отравления в результате
только функциональной кумуляции, могут быть: хлорированные углеводороды, бензол, бензин, тринитротолуол и многие другие газы и пары, легко выделяющие из организма с выдыхаемым воздухом, т.е. обладающие малыми значениями коэффициента распределения вещества между кровью и воздухом.
Примером материальной кумуляции может служить фиксация некоторых тяжелых металлов и мышьяка SH– группами белков, оксида углерода и
цианидов металлом гемоглобина и некоторых ферментов.
Смешанным типом кумуляции обладают, например, фосфороорганические
соединения (ФОС).
Степень кумуляционных свойств вещества непосредственно влияет на
его гигиеническую регламентацию; чем выше кумулятивность, тем ниже предельно допустимая концентрация, предупреждающая хроническое отравление. Гигиеническая регламентация вредных веществ в зоне дыхания работающих в значительной степени опирается на оценку кумулятивных свойств яда.
Применительно к задачам гигиенического регламентирования разработана классификация (по степени выраженности) кумулятивных свойств хими-
35
ческих соединений: 1–я степень – сверхкумуляция (К=1); 2–я степень – выраженная кумуляция (К=от 1 до 3); 3–я степень – средняя кумуляция (К=3–5);
4–я степень – слабая кумуляция (К=5). Чем выше степень кумуляции при снижении величины ежедневно вводимых доз, тем опаснее вещество.
В настоящее время в связи с улучшением условий труда и снижением
концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны случаи с чётко выраженными симптомами хронической интоксикации становятся крайне редкими. Значительно чаще встречаются её стертые формы, которые являются результатами длительного воздействия промышленных ядов в малых дозах и
низких концентрациях. Возможно и развитие адаптации.
Адаптация к действию химических веществ – истинное приспособление организма к изменяющимся условиям окружающей среды (особенно химическим), которое происходит без необратимых нарушений данной биологической системы и без превышения нормальных (гомеостатических) способностей её реагирования. Свойство живого организма приспосабливаться к
сдвигам в условиях существования путем изменения процессов жизнедеятельности называется адаптируемостью.
Процессом адаптации обозначается процесс, возникающий при воздействии любого фактора в силу его количественной или качественной необычности и выражающийся в адекватных этому воздействию изменениях в различных системах и на разных структурных уровнях. Результат приспособительных процессов, обеспечивающий нормальное существование в измененных условиях, называется адаптацией.
Способность к адаптации присущая всему живому. Адаптация может
развиваться в течение очень разных периодов времени –от долей секунды до
десятков лет (например, адаптация органов чувств осуществляется очень быстро, генетические же сдвиги –крайне медленно).
Долгое время считалось, что адаптация возможна лишь к отдельным веществам и что она вообще не может развиваться по отношению к ядам, кумулирующим в организме. В настоящее время установлено, что адаптация в какой–то мере и на некоторый срок при соответствующих условиях возникает к
любому вредному веществу. Для развития адаптации к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрации (дозы) были достаточными
для вызова ответной приспособительной реакции, но чтобы они не были чрезмерными приводящими к быстрому и серьёзному повреждению организма.
Показатели адаптации к яду могут быть специфическими и неспецифическими. В экспериментах, например, специфическими признаками адаптации могут быть: повышение концентраций или доз, отсутствие гибели или
резкое уменьшение гибели животных. К неспецифическим признакам относятся: восстановление существенно измененных в начале опыта интегральных показателей интоксикации, нормализация реакций на экстремальные воздействия и улучшение ответов на различные функциональные пробы.
36
3.5. Привыкание к ядам и компенсация
Для обозначения приспособления организма к периодическому воздействию вредных веществ в условиях промышленного производства часто применяется термин «привыкание». Говоря о привыкании, обычно имеют в
виду понижение чувствительности организма к химическому агенту, происходящее под влиянием повторного длительного воздействия яда.
Привыкание может проявляться или ослаблением, или исчезновением
неблагоприятных симптомов, появившихся в начале контакта с вредным веществом. Применение термина «привыкание» в токсикологии подчеркивает
различие между адаптацией к условиям существования, встречающейся в
течение эволюционного процесса, и адаптацией к факторам, чаще всего вызванным деятельностью человека.
Явления привыкания к ядам известны очень давно. Известно, например,
привыкание к мышьяку, к наркотикам – морфию, кокаину алкоголю, к раздражающим газам и др.
Хорошо известно о развитии привыкания при длительном применении
некоторых лекарственных веществ. Лекарства перестают действовать. Механизмы этого феномена пока не вполне ясны. Механизм привыкания к различным ядам, по–видимому различен. Привыкание к мышьяку отмечено лишь в
том случае, если он поступает через желудочно–кишечный тракт и объясняется ухудшением всасывания мышьяка в желудке и кишечнике. Привыкание к
алкоголю объясняется ускорением его окисления в организме.
В производственных условиях привыкание в ответ на продолжающее
воздействие ядов является определенной формой хронического отравления,
но без выраженной симптоматики. Достигается привыкания значительным
напряжением компенсаторных функций организма и их механизмов. Компенсация квалифицируется как временно скрытая патология, которая со временем может обнаружиться в виде явных патологических изменений, т.е. декомпенсации. Организм частично сохраняет способность приспосабливаться
к меняющимся условиям среды, однако, при нарушении жизнедеятельности,
во время болезни, компенсация проявляется не в полной мере, механизмы её
не совершенны, и она достигается за счёт нарушения гомеостаза. При срыве
возможен переход в явно выраженную форму хронического отравления. Следовательно, привыкания к ядам должно расцениваться как биологически отрицательное явление.
Лекция 4 (в двух частях). Основы токсикокенетики и токсикодинамики. Пути поступления, распределения и выведение ядов из организма.
Отдаленные последствия влияния ядов на организм.
4.1. Пути поступления ядов в организм.
4.2. Распределение ядов в организме .
37
4.3. Превращение вредных веществ в организме .
4.4. Выделение ядов из организма.
4.5. Проявление действия химических веществ, отдаленные последствия
влияния ядов на организм
4.1. Пути поступления ядов в организм.
Производственные яды могут поступать в организм через дыхательные
пути, желудочно–кишечный тракт, кожу, а так же через слизистые оболочки
глаз. Через дыхательные пути яды проникают в организм в виде газов, паров,
аэрозолей, а так же паро–газо–аэрозольных смесей. Попадание ядов через желудочно–кишечный тракт возможно при заглатывании со слизью из носоглотки, а так же в результате наблюдения правил личной гигиены с пищей и
питьевой водой. Через кожу проникают в основном вещества, хорошо растворимые в жирах и воде, в частности органические растворители, а так же соли
некоторых металлов, например, ртути, свинца и др.
Дыхательный путь поступления ядов в организм.
Всасывание ядовитых соединений через слизистые оболочки дыхательной системы является основным и наиболее быстрым и опасным путем поступления их в организм. Это объясняется очень большой поверхностью легочных альвеол (100–120 м2), намного превышающей площадь всасывания
поверхности пищеварительного канала кожи, и постоянным током крови по
легочным капиллярам, что способствует проникновению веществ из альвеол
в кровь, которая транспортирует поступивший яд по всему организму .
Установлена определенная закономерность поступления ядов через легкие для двух больших групп химических соединений.
Первую группу составляют так называемые нереагирующие пары и
газы, к которым относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного ряда и их производные. Названы эти яды нереагирующими потому, что
вследствие своей малой химической активности они в организме или не изменяются (таких мало), или их превращение происходит медленнее, чем накопление в крови ( таких большинство).
Вторую группу составляют реагирующие газы. К ним относятся такие
яды, как аммиак, сернистый газ, окислы азота и др. Эти газы легко растворяются в жидкостях организма или претерпевают другие изменения.
Нереагирующие газы и пары поступают в кровь через легкие на основе
закона диффузии, т.е. вследствие разницы парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и в крови.
Вначале насыщение крови газами или парами вследствие большой разницы парциального давления происходит быстро, затем замедляется и, наконец, когда парциальное давление газов или паров в альвеолярном воздухе и в
крови уравнивается, насыщение крови газами или парами прекращается. После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорб-
38
ция газов и паров и удаление их через легкие. Десорбция так же происходит
на основе законов диффузии.
Установленная закономерность позволяет сделать практический вывод.
Если при постоянной концентрации газов или паров в воздухе в течение короткого времени не наступило острое отравление, то в дальнейшем оно не наступит, так как практически при вдыхании, например, наркотиков состояние
равновесия концентрации в крови и в альвеолярном воздухе устанавливается
мгновенно. Удаление пострадавшего из загрязненной атмосферы диктует
необходимость дать возможность десорбироваться газам и парам .
Предельное содержание яда в крови зависит от его физико–химических
свойств, из которых наибольшее значение имеет коэффициент распределения
(К), который представляет собой отношение концентрации паров артериальной крови к концентрации их в альвеолярном воздухе:
К = концентрация в артериальной крови / Концентрация в альвеолярном воздухе
Чем ниже коэффициент распределения, тем быстрее достигается равновесие и насыщается кровь. И чем выше значение этого коэффициента, тем
больше вещества из воздуха поступает в кровь. Значение коэффициента распределения складывается так же и на скорости, с которой устанавливается
равновесие между содержанием вещества в воздухе и крови.
Коэффициент распределения является для каждого из нереагирующих
газов (паров) величиной постоянной и характерной. Зная коэффициент распределения для каждого вещества, можно предусмотреть опасность быстрого
и даже смертельного отравления. Пары бензина, например (К=2,1), при
больших концентрациях способны вызвать мгновенное острое или смертельное отравление, а пары ацетона (К=400) не могут вызвать мгновенного, тем
более, смертельного отравления. Это понятно, так как пары бензина насыщают кровь очень быстро, пары ацетона – медленно, и при вдыхании последних
по появляющимся симптомам можно предупредить возможное отравление,
удалив человека из загрязненной атмосферы.
Использование коэффициента распределения в крови в практике облегчается тем, что коэффициент растворимости, т.е. распределения в воде имеет
примерно такой же порядок величин. Если вещества хорошо растворимы в
воде, то они хорошо растворимы и в крови.
Иная закономерность имеется в отношении сорбции при вдыхании реагирующих газов, т.е. таких, которые в организме быстро вступают в реакцию.
При вдыхании этих газов насыщение никогда не наступает. Сорбция идет с
постоянной скоростью, процент сорбированного газа находиться в прямой зависимости от объема дыхания. Вследствие этого опасность острого отравления тем больше, чем более длительное время находиться человек в загрязненной атмосфере.
39
Эта закономерность присуща всем реагирующим газам, различия могут
быть лишь в месте сорбции. Некоторые из них, как, например, хлористый водород, аммиак, сернистый газ, хорошо растворимые в воде, сорбируются в
верхних дыхательных путях. Другие же, например, хлор, окислы азота, хуже
растворяются в воде, проникают в альвеолы и в основном там сорбируются.
Сорбция химических веществ в виде пыли различной дисперсности
происходит так же, как любой нетоксической пыли. Опасность отравления
при вдыхании пыли химических веществ зависит от степени их растворимости. Вещества хорошо растворимые в воде или жирах, всасываются уже в
верхних дыхательных путях и даже в полости носа. В альвеолы проникают
частицы диаметром, не превышающим 1–2 мкм. Часть их инкапсулируется,
захватывается микрофагами и в таком виде может разноситься током лимфы.
Опасность отравления пылевидными веществами не меньше чем паро–газообразными.
С увеличением объема легочного дыхания и скорости кровотока сорбция происходит быстрее. От сюда можно сделать вывод , что при выполнении
физической работы или пребывание в условиях высокой температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление может наступить быстрее.
Ингаляционный путь поступления близок к внутреннему введению, поскольку в этом случае вещества минуют защитный барьер печени.
Поступление ядов через желудочно–кишечный тракт.
В производственных условиях этот путь поступления ядов в организм
сравнительно редок. В полость рта яды чаще всего попадают с загрязнением
рук. Классическим примером такого пути поступления яда в организм может
служить свинец. Это мягкий металл, он легко стирается, загрязняет руки , не
отмывается водой и при еде курении может попасть в полость рта. Таким же
образом могут попасть в организм кристаллические нитропроизводные бензола и его гомологов, например, тринитротолуол и др. Значительно реже возможность заглатывание ядовитых веществ.
В желудочно–кишечном тракте сравнительно с легкими условия всасывания ядов затруднены. Это объясняется тем, что желудочно–кишечный тракт
имеет относительно небольшую поверхность; кроме того, здесь появляется
изобретательный характер всасывания – легко всасываются вещества, хорошо
растворимые в липидах.
Наряду с тем кислая среда желудочного сока может изменить химические вещества в неблагоприятную для организма сторону. Так, соединения
свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке
и поэтому легко всасываются.
Всасывание ядов, главным образом, происходит в тонких кишечниках и
лишь в небольшой степени в желудке. Большая часть ядовитых веществ, всосавшихся через желудочно–кишечную стенку, поступает через систему во-
40
ротной вены в печень, где она задерживается и обезвреживается. Резорбция
яда из желудка в значительной степени зависит от реакции желудочного сока,
образование слизи, характера пищи, а так же кровоснабжения слизистой оболочки желудка. На резорбцию ядов в тонком кишечнике существенно влияют
изменения реакции среды, ферменты, свойства соединения.
Липидорастворимые вещества хорошо всасываются путем диффузии.
Сильные кислоты и основания всасываются медленнее, образуя комплексы с
кишечной слизью. Вещества, близкие по строению к природным соединениям, всасываются через слизистую оболочку, путем активного транспорта, т.е.
как питательные вещества.
Поступления ядов через кожу.
Через неповрежденную кожу ( эпидермис, потовые и сальные железы)
могут проникать химические вещества, которые хорошо растворяются в жирах и липидах, т.е. неэлектролиты (углеводороды ароматического ряда, их
производные, металлоорганические соединения и др.). Электролиты, т.е. вещества, которые диссоциируют ионы, через кожу не проникают.
Количество ядовитых веществ, которое может проникнуть через кожу, находиться в прямой зависимости от их растворимости в воде, величины поверхностей соприкосновения с кожей и скорости кровотока с ней. Последним объясняется то обстоятельство, что при работе в условиях высокой температуры
воздуха, когда кровообращение в коже значительно увеличивается, количество отравлений через кожу этими продуктами увеличивается. Вещества с малым коэффициентом распределения, например, бензин, не способны вызвать
отравления, так как быстро удаляются из организма через легкие , вследствие
чего необходимая концентрация в крови не накапливается .
Большое значение при поступлении ядов через кожу имеет консистенция и летучесть вещества. Жидкие органические вещества, с большей летучестью, испаряются быстро с поверхности кожи и не попадают в организм. Однако, летучие вещества при известных условиях, могут вызвать отравления
через кожу , например , если они входят в состав мазей , паст, клеев, задерживающихся длительное время на коже.
Твердые и кристаллические органические вещества всасываются через кожу
медленно и могут вызвать отравление. Наибольшую опасность в этом отношении представляют летучие вещества маслянистой консистенции, например,
анилин, нитробензол и др. Они хорошо проникают через кожу и длительно
задерживаются на ней. Повреждения кожи, безусловно, способствуют проникновению токсических веществ в организм.
4.2 Распределение ядов в организме
Распределение веществ между кровью и тканями подчиняются законам
свободной диффузии и активного транспорта через мембраны. Вещества,
41
растворимые в липоидах, проникают во все органы и ткани , накапливаясь
преимущественно в тканях, богатых липоидами ( костный мозг, семенники,
сальники). При голодании, стрессовых ситуациях возможно обратное поступление ядов в кровь.
Многие вещества, в частности, вступающие во взаимодействие с белками, распределяются в организме равномерно. В отдельных случаях яды накапливаются в определенных органах избирательно (йод – в щитовидной железе, свинец и стронции – в костях и т.д.).
По распределению в тканях и прониканию в клетки химические вещества можно распределить на две основные группы: неэлектролиты и электролиты.
Неэлектролиты, растворяющиеся в жирах и липидах, подчиняются закону Овертона и Майера, согласно которому вещество тем скорее и тем в
большем количестве проникает в клетку, чем больше его растворимость в жирах. Иначе говоря, чем больше коэффициент (К) распределения между жирами и водой.
К = растворимость в масле / растворимость в воде
Это объясняется тем, что оболочка клеток содержит много липоидов.
Для данной группы химических веществ барьеров в организме не существует.
Однако, распределение неэлектролитов в организме при динамическом
поступлении их определяется в основном кровоснабжения органов и тканей.
Это подтверждается следующими примерами.
Мозг, содержащий много липидов и имеющий богатую кровеносную
систему, насыщается этиловым эфиром очень быстро, в то время как другие
ткани, содержащие много жира, но с плохим кровоснабжением насыщаются
эфиром очень медленно.
Удаление неэлектролитов из тканей так же в основном зависит от кровоснабжения: после прекращения поступления яда в организм быстрее всего
освобождаются органы и ткани, богатые кровеносными сосудами. Из мозга,
например, удаление анилина происходит значительно быстрее , чем из околопочечного жира. В конечном же итоге неэлектролиты после прекращения поступления их в организм распределяются во всех тканях равномерно.
Способность электролитов проникать в клетки резко ограничена и, как
полагают, зависит от заряда ее поверхностного слоя. Если поверхность клетки заряжена отрицательно, она не пропускает анионов, а при положительном
заряде клетки она не пропускает катионов. Распределение электролитов в тканях очень неравномерно. Наибольшее количество свинца, например, накапливается в костях, затем в печени, почках, мышцах, а через 16 дней после прекращения его поступления в организм весь свинец переходит в кости. Фтор
накапливается в костях, зубах и небольшом количестве в печени и коже. Марганец в основном откладывается в печени и в небольших количествах в ко-
42
стях и в сердце, еще меньше в мозгу, почках и др. Ртуть в основном откладывается в выделительных органах – в почках и толстом кишечнике.
К особенностям распределения в организме электролитов относятся,
прежде всего, их способность быстро удалятся из крови и, накапливаясь в
отдельных органах и образовывать в организме депо. Для свинца, бария, бериллия, урана депо образуется в костях, для ртути – в выделительных органах, для марганца, хрома, кобальта, ванадия, калия, цинка, серебра – наибольшее накопление в печени и почках .
4.3. Превращение вредных веществ в организме.
Поступившие в организм яды подвергаются разнообразным превращениям. Почти все органические вещества подвергаются превращениям путем
различных химических реакций: окисления, восстановления, гидролиза, синтетических реакций, метилирования, ацетилирования, в результате чего образуются менее токсичные водорастворимые вещества, выделяемые из организма мочой.
Результатом превращения ядов в организме большей частью является
их обезвреживание. Вновь образующиеся продукты менее токсичны или из–
за большей полярности (следовательно, меньшей силы действия, меньшей
способности принимать в клетку), или из–за большей растворимости (следовательно, быстрого выведения из организма почками).
Однако, имеется исключение из того общего правила, когда в результате превращений образуются более токсические вещества. Например, метиловый спирт окисляется до формальдегида и муравьиной кислоты; метилацетат
гидролизуется и расщепляется на метиловый спирт и уксусную кислоту.
Метаболизм (биотрансформация) чужеродных соединений (ксенобиотиков) осуществляется теми же путями, которыми метабилизируется естественные для организма вещества. Попадая в организм, несмотря на то, что появляются новые классы химических соединений, с которыми организм ранее
никогда не сталкивался, вещества включаются в уже сформированные биохимические реакции, выработанные в процессе филогенеза. Процессы биотрансформации направлены в основном на обезвреживание (детоксикацию)
ядов и являющейся одним из защитных приспособительных механизмов,
уравновешивающих взаимоотнощения организма с окружающей средой.
Типичные пути метаболического обезвреживания основных классов химических веществ представленных в таб. 8.
Таблица 8
Пути метаболического обезвреживания основных классов химических веществ.
43
Класс соединений
Тип реакции метаболического образования
– Ациклические, ароматические соединения, – Окисление;
спирты, амины, нитросоедигнения, азотсодержащие соединения;
– Восстановление (с участием микросо– Сложные эфиры, амиды, фосфорорганиче- нальных ферментов);
ские соединения, алифатические углеводороды;
– Фенолы, галогены, эпоксиды, ароматиче- – Гидролиз (с участием ферментов);
ские амины, насыщенные жизненные кисло- –Коньюгация (глюкуроновой, серной и
другими кислотами);
–Специфическая и неспецифическая фик–Яды– антигены, металлы – барий, свинец,та- сация с антителами, белками, жировой
тканью, костью
лий;
ты;
Продуты этих метаболических превращений, затем могут подвергаться:
а) выделению без дальнейших изменений;
б) метаболизму посредством нормальных процессов межуточного обмена;
Рис. 3.Схема превращений вредных веществ в организме в самом общем виде
представлена в схеме
Основным органом, метаболизирующим вредные химические вещества,
является печень, хотя способность к детоксикации свойственна так же почкам, стенками желудка и кишечника, легкими и другими органами и тканями.
Существенную роль в обезвреживании ядов играет нервная система.
При изучении обезвреженного метаболизмом вещества следует учитывать зависимость его интенсивности от уровня интоксикации. На относительно низкий уровень воздействия химических веществ, активность метаболизма
снижается.
Знание процессов превращения ядов в организме дает возможность
вмешательства в эти процессы с целью ускорения их обезвреживания.
44
4.4. Выделение ядов из организма.
Токсичные вещества выделяются через легкие, почки, желудочно–кишечный тракт, кожу. При этом яды могут выделяться несколькими путями
одновременно.
Скорость выведения вредных веществ обычно наибольшая в первые
дни и недели после поступления их в организм, а в дальнейшем она замедляется. Для характеристики ее может быть использован биологический период
полувыведения – время, необходимое для уменьшения в организме или
отдельных органах концентрации вещества на 50%.
Выделение через легкие.
Многие летучие неэлектролиты выделяются из организма в неизменном
виде с выдыхаемым воздухом. Скорость выделения зависит от коэффициента
растворимости в крови ( коэффициент распределения): чем меньше коэффициент распределения, тем быстрее выделяется вещество.
Через легкие выделяются летучие вещества, не изменяющиеся или
медленно изменяющиеся в организме. Так, например, через легкие быстро
выделяются бензин, бензол, хлороформ, этиловый эфир. Медленно выделяются спирты, ацетон, сложные эфиры. Более медленно выделяются вредные
вещества, депонированные в жировой ткани. Через легкие могут так же выделятся летучие метаболиты, образующиеся при биотранформации яда. Такими
конечными метаболитами могут быть вода и углекислота.
Выделение через почки.
Выделение ядов через почки осуществляется путем пассивной фильтрации и активным транспортом. Через почки выделяются хорошо растворимые
в воде вещества и продукты превращения ядов в организме. Почками быстро
выделяются металлы, циркулирующие в виде ионов и в молекулярно – дисперсном состоянии. К ним следует отнести литий, цезий, рубидий. Хорошо
экскретируются с мочой соли двухвалентных металлов (Ве,Сd,Сu). Комплексообразование способствует выделению металлов. Металлы могут выделяться не только в свободном, но ив связном виде. Так, например, свинец и марганец экскретируются как в ионной форме, так и в виде органических комплексов.
Выделение через желудочно – кишечный тракт.
Выделение промышленных ядов начинается уже во рту со слюной . В
слюне обнаруживаются некоторые неэлектролиты и плохо растворимые в
воде вещества ( свинец, ртуть, марганец, сурьма и др.).
Ядовитые вещества, поступающие в организм , попадают в печень. Из печени
с желчью их метаболиты транспортируются в кишечник и выделяются из организма. Металлы выделяются так же через желудочно – кишечный тракт.
Они задерживаются в печени и с желчью выделяются в кишечник. В процессе
выделения через желудочно – кишечный тракт имеет значение форма, в кото-
45
рой металл накапливается в депо. Металлы длительно сохраняются в печени
и полностью выделяются с калом.
Выделение прочими путями.
Промышленные яды могут выделяться из организма так же с грудным
молоком и через кожу с потом. С грудным молоком кормящих женщин выделяется хлорированные углеводороды , главным образом инсектициды ( ДДТ,
гексахлоран и др.), ртуть, селен, мышьяк и др.
Через кожу выделяется из организма многие неэлектролиты: этиловый спирт,
ацетон, фенол, фторированные углеводороды и др. Известно, что содержание
в поте сероуглерода превышает его концентрацию в три раза.
Пути проникновения ядов в организм, основные направления их возможного перемещения в организме, пути по которым эти вещества или их метаболиты выделяются из организма можно представить следующей схемой:
Рис.4. Пути поступления и выделения ядов из организма
4.5. Проявление действия химических веществ.
Проявления действия химических веществ могут быть разнообразными.
Интоксикация может протекать в виде различных патологических состояний
– воспаления , дистрофии, лихорадки, аллергии, нарушений в развитии плода,
повреждений наследственного аппарата клетки
Вредные вещества могут оказывать на организм специфическое действие, которое проявляется не в период воздействия и не по его окончании, а
в периоды жизни, отделенные от периода химической экспозиции многими
годами и даже десятилетиями. Проявление этих эффектов возможно и в последующих поколениях.
Возможность отдаленных последствий химических веществ является
важной гигиенической проблемой, поскольку на современном этапе необходимо найти пути профилактики с тем, чтобы не допустить неблагоприятные
последствия для последующих поколений.
Под термином «отдаленный эффект» следует понимать развитие патологических процессов и состояний у индивидуумов, имевших контакт с химическими загрязнениями среды обитания в отдаленные сроки их жизни, также
в течение жизни нескольких поколений их потомства. К нему относят гонадо-
46
тропное, эмбриотоксическое, канцерогенное, мутагенное, тератогенное действия, а также ускорение процесса старения сердечно– сосудистой системы
под влиянием химических соединений.
В основе отдаленных эффектов лежат изменения наиболее тонких структур и механизмов обменных процессов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Отдаленные эффекты проявляются поражением генетического аппарата, нарушением процессов регенерации, воспроизводимости
потомства, особым состоянием иммунитета. Как известно, отдаленными эти
эффекты называются потому, что время их проявления может быть связано не
только и не столько с самим объектом, подвергающимся воздействию того
или иного фактора, сколько с его потомством в разных поколениях.
В настоящее время описано свыше 1500 нозологических форм наследственных болезней, развивающихся у многих миллионов людей на земном
шаре. Известно, что на 1000 новорожденных 7 имеют цитогенетический дефект, 15% всех беременностей заканчиваются абортами 30% всех спонтанных
абортов обусловлены хромосомными аберрациями (отклонениями). Общая
частота наследственных болезней составляет 2–4% общей патологии, но некоторые из этих болезней встречаются значительно чаще (Н.Ф.
Измеров,1984;Е.И. Гончарук, 1991)
Гонадотоксическое действие химических факторов окружающей среды
проявляется в нарушении овариально–менструальной функции, появлении
выкидышей, ослаблении половой потенции и бесплодия у мужчин и женщин
и т.д. Веществами, оказывающими выраженное гонадотоксическое действие
являются бензол и его гомологи, хлорорганические соединения, хлоропрен,
капролакта, фенол.
По укоренившемуся мнению, ответственность за бесплодия брака ранее
возлагались почти исключительно на женщину. Однако, сейчас уже известно,
что в значительном числе случаев «виновником» бесплодия брака может быть
мужчина. Причиной этого является высокая чувствительность мужских половых желез к различным повреждающим фактором, и в частности к химическим, воздействующим на человека в процессе его трудовой деятельности.
Так, доказано нарушение функции гонад при воздействии бензола и его
гомологов, хлорорганических соединений, марганца, борной кислоты, фенола, свинца и др.
Имеются также данные о нарушении менструальной функции и функции
яичников у женщин, работающих в производстве изопренового каучука, стирола, капролактама, при работе с соединениями марганца.
Гонадотропное действие проявляется нарушением сперматогенеза у
мужчин и овогенеза у женщин.
При изучении гонадотропного действия в промышленной токсикологии
используется методы, изложенные в методических рекомендациях Минздрава
«Методы экспериментального исследования по установлению порогов дей-
47
ствия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования».
Важное значение в проблеме отдаленных последствий имеют нарушения
эмбрионального развития, проявляющиеся в эмбриотоксическом и тератогенном действий. Их трудно дифференцировать один от другого. Тем не менее, в последнее время различают эмбриотоксическое действие, выражающееся гибелью эмбриона.
Эмбриотоксическое действие проявляется сниженим массы и размеров
эмбрионов, торможением развития плода на ранних стадиях эмбриогенеза.
Тератогенное действие характеризуюется вне и внутренними аномалиями
развития, а также функциональными биохимическими и другими нарушениями функции органов и систем в периоды развития плода.
К веществам, обладающим тератогенным и эмбриотоксическим действием, относятся разнообразные соединения, используемые в промышленности,
сельском хозяйстве, в быту, и фармацевтические препараты (противосудорожные, антибиотики, гормоны: кортизон и его производные, стероиды,
эстрогены, хлоропреновый латекс, формальдегидные смолы, кадмий, органическая ртуть, свинец и т.д.)
Следует заметить, что уровень врожденных пороков развития (ВПР) среди новорожденных в развитых странах остается до сих пор высоким (2– 7%),
врожденные дефекты у 10% дебрей обусловлены хромосомными нарушениями, у 20% другими генетическими дефектами и у 70% влиянием различных
факторов окружающей среды, в ряде случаев совместно с генетическими факторами (цит. Е.И. Гончарук, 1991г.)
При изучении эмбриотропного действия химических веществ в эксперименте большое значение имеет продолжительность воздействия яда, срока беременности, уровни воздействия, вид экспериментальных животных.
Для промышленной токсикологии, учитывая реальные условия воздействия яда на производстве, практический интерес представляет чувствительность эмбриона в течение всей беременности, в первые 3 месяца беременности и в отдельные дни беременности (в период органогенеза), Чувствительность эмбриона особенно велика на ранних стадиях развития. Химические вещества в дозах, не вызывающих токсический эффект у матери, могут повредить плод. Установлено 2 критических периода развития эмбриона. С очень
высокой чувствительностью к внешним воздействиям – период, предшествующий имплантации, и период плацентации . 1 период приходится на первые 3
недели развития, 2–й на 4–7 неделю, когда происходит формирование плаценты.
Эмбриотоксический эффект в значительной степени определяется состоянием плаценты. Изменения проницаемости плаценты зависит от общего состояния организма и от срока беременности, а так же от химического строения и свойств, проникающих в организм матери химических соединений.
Например, никотин делает плаценту проницаемой даже для веществ, которые
48
в обычных условиях через нее не проходят. Поэтому дозы химических соединений, недостаточные чтобы вызвать токсический эффект у некурящей матери, у курящей – проникая через плаценту, могут оказывать неблагоприятное
влияние на плод.
Беременность как нагрузка может изменять устойчивость организма к
воздействию различных факторов, в том числе и химических, в сторону снижения его резистентности, что также может являться причиной нарушения
развития плода, вплоть до его гибели .
Под мутагенным действием химических веществ следует понимать изменения наследственных свойств организма, проявляющиеся у его потомков.
Наследственные изменения генетического материала–мутации, могут
приводить к спонтанным абортам, мертворождениям, врожденными пороками развития, увеличений частоты наследственных заболеваний, развитию
канцерогенеза, нарушением эмбрионального развития и старению.
Следствием мутагенных эффектов химических соединений в зародышевых клетках являются образование генетически неполноценных гамет, приводящие к гибели эмбриона, плода, рождению ослабленных детей с пороками
развития, наследственными болезнями или воспроизведение мутации из поколения в поколение .
Мутации, связанные с изменением числа хромосом, относят к геномным,
а с изменением структуры хромосом – хромосомным .
По данным литературы к потенциально опасным мутагенам в окружающей среде относятся 3 группы веществ: естественные неорганические (оксиды азота, нитриты, нитраты, свинец, радиоактивные материалы и пр.) и органические соединения (алкалоиды, гормоны и пр.), переработанные природные вещества (продукты нефти, сжигание угля и пр.), химические вещества,
не встречающиеся в природе (пестициды, пищевые добавки, лекарственные
средства и пр.).
Наиболее активными являются карбонил никеля, формальдегид, ртуть,
алкил свинца. Распространенными потенциальными мутагенами являются,,
некоторое пестициды, пищевые красители, добавки к пластмассам, бумаге,
каучуку и детергенты, а также озон, оксиды азота и серы, углекислый газ, соединения углерода, полициклические ароматические углеводороды, образующиеся в воздухе при фотохимических реакциях. Потенциальными они названы потому, что для проявления мутагенности требуется биотрансформация
их в окружающей среде или трансформация в организм под влиянием ферментов.
Степень наносимого мутациями вреда в значительной мере определяется
видом мутации (генная, хромосомная или геномная). Две первые – изменение
структуры генов и хромосом, третья – изменения числа хромосом. Хромосомное мутанты могут иногда не изменяться наследственной информации, если
структура гена окажется ненарушенной. Но при этом могут изменяться лока-
49
лизация гена, его «соседство» с другими генами, их взаимоотношения и отсюда – фенотипические проявления.
Геномные мутации приводят к изменению количества генетической информации. Большинство мутации вредны. Загрязнение окружающей среды
мутагенными факторами при отсутствии соответствующего контроля и регламентации угрожает человечеству генетической катастрофой.
В основе явлений канцерогенеза и тератогенеза в конечном счете лежат
мутации. В основе этих влияний лежит повреждение генетического материала, т.е. образование генных, хромосомных и геномных мутаций. В случае их
возникновения и закрепления в соматических клетках они могут привести к
опухолевому росту, преждевременному старению. Изменение наследственной
информации, заключенной в геноме половых клеток, может передаваться по
наследству и проявляться у последующих поколений в вид наследственных
болезней с наследственной предрасположенностью.
Своеобразие среды, окружающей современного человека, заключается в
накоплении факторов, увеличивающих возможность возникновение мутации.
В настоящее время для подавляющего большинства населения опасность
бластомогенного воздействия стала очевидной реальностью.
Известно, что ежегодно предприятия горнорудной, каменноугольной,
нефтехимической и других отраслей промышленности добывают из недр земли миллиарды тонн руды, нефти, газа. Последующая их переработка сопровождается выбросом в атмосферу 200 мл.т. оксида углевода, около 140 мил.т.
оксида серы и т.д. Только от энергетических установок в окружающую среду
поступает свыше 70 мил.т. неочищенных токсических газов, а на полях разбрасывается около 90 мил.т. пестицидов, многие из которых обладает бластомогенным действием.
В настоящее время известно около двадцати химических веществ,
способных вызвать злокачественные новообразование у человека и несколько
сот соединений, канцерогенных для животных. Бластомогенный эффект химических соединений характеризуется способностью вызвать у человека доброкачественной или злокачественной опухолей. Наиболее распространенными бластомогенами в окружающей среде являются полициклические ароматические углеводороды, а индикатором загрязнения служит бенз (а) пирен. К
числу профессиональных бластомогенных веществ также относят: продукты
перегонки и фракционирование каменного угля, в том числе деготь, мел,
креозот, антраценовое масло и др.; продукты перегонки и фракционирование
древесного угля, нефти, деготь, неочищенный воск, ароматические амины,
нитро– и азот– соединения; отдельные продукты обработки хромовой и никелевой руд; неорганические соединения мышьяка; асбест; изопропиленовое
масло; отдельные соединения бериллия.
Известно несколько классификаций бластомогенных веществ, которые
учитывают как их химическую структуру, механизм действия, так и происхо-
50
ждения. Все бластомагены по реальной опасности для человека подразделяются на 4 класса:
I. Вещества, бластомагенная активность которых доказана как в опытах
на животных, так и при исследованиях на людях ( бензидин, бена(а) пирен и
др.)
П. Вещества, вызывающие развитие злокачественных образований у различных видов животных (80–100% случаев) в короткие сроки (4–6 месяцев)
при разных путях введения, сильные канцерогены (нитрозоамины, поликциклические ароматические углеводороды и др.)
III. Вещества, бластомагенность которых установлена в экспериментах
на животных, но в сравнительно небольшом количестве случаев (20– 30%) и в
более поздние сроки к концу их жизни. Это слабые канцерогены (циклогексиламин).
IV. Вещества сомнительные в канцерогенном отношении, т.е. по их изучению недостаточно экспериментальных данных или они противоречивы.
Некоторые канцерогены эффективны в очень низких, даже однократных
дозах и реагируют с ДНК, вызывая изменения генетической информации, которая не сопровождается структурными изменениями хромосом.
Большинство химических канцерогенов являются проканцерогенами,
превращающимися в организме вначале в промежуточные продукты, а затем
в собственно канцерогены. Этот процесс происходит без участия или с участием клеточных ферментов. Причем бластомогенное действие химических
веществ проявляется как при постоянном, так и при периодическом контакте
с ним, а также спустя длительное время после прекращения контакта.
Поскольку влияние химических веществ окружающей среды является
определяющим фактором в экологии многих форм рака у человека, необходимы конкретные мероприятия по ограничению контакта с ними населения. Существует точка зрения, согласно которой нормировать можно лишь условные
канцерогены (четырех–хлористый углерод, тиоурациловые препараты, циказин, и др.) Присутствие химических веществ, в отношении которых канцерогенная активность доказана (истинные канцерогены), в атмосферном воздухе,
воде водоемов и других объектах окружающей среды не допускается.
К мероприятиям по снижению опасности применения канцерогенных,
мутагенных и эмбриотропных веществ следует отнести изъятие их из практики, прекращение производства и замену соединениями, не вызывающими
отдаленных последствий.
В случае невозможности выполнения таких мер необходимо применение
комплекса мероприятий для максимального снижения концентрации указанных веществ, а также ограничение контакта человека с опасными химическими веществами в первую очередь обладающими свойствами вызывать отдаленные последствия.
Лекция 5. Условия, влияющие на характер и силу токсичного действия.
51
5.1 Химическая структура и характер действия ядов.
5.2 Видовые различия и чувствительность к ядам.
5.3 Влияние пола и возраста.
5.4 Интермитирующее воздействие вредных веществ.
5.5 Комбинированное действие промышленных ядов.
5.6 Сочетанное воздействие химических и физических факторов производственной среды.
Токсичность – это мера несовместимости вредного вещества с жизнью.
Степень токсичного эффекта зависит от строения и физико–химических
свойств яда; количества попавшего в организм вещества; от биологических
особенностей вида, пола, возраста и индивидуальной чувствительности организма; факторов внешней среды (температура, атмосферное давление и др.)
5.1 Химическая структура и характер действия ядов.
Токсическое действие органических соединений в определенной степени зависит от их строения и свойств.
Известно, что разветвление цепи углеродных атомов ослабляет неэлектролитное действие. Соединения с нормальной углеродной цепью оказывают
более выраженный токсический эффект по сравнению со своими разветвленными изомерами. Так, пропиловый и бутиловый спирты более сильные наркотики, чем соответствующие изопропиловый и изобутиловый, октан сильнее
изооктана. Циклические углеводороды, обладающие одной длинной боковой
цепью, оказываются более токсичными, чем их изомеры, обладающие двумя
или несколькими боковыми цепочками. Например, пары диметилциклогексана действуют слабее, чем пары этилциклогексана.
Замыкание цепи углеродных атомов ведет к увеличению силы действия углеводородов при их ингаляционном поступлении. Пары циклопропана, циклопентана, циклогексана и их гомологов действуют сильнее, чем пары соответствующих метановых углеводородов, пропана, пентана, гаксана. Переход от
полиметиленового кольца к ароматическому ведет к увеличению силы неэлектролитного действия при ингаляционном пути поступления: пары бензола и толуола действуют соответственно сильнее паров циклогексана и метилциклогексана.
При введении в молекулу гидроксильной группы увеличивается растворимость и ослабляется сила действия соединения: спирты менее токсичны,
чем соответствующие углеводороды.
Введение галогена в молекулу органического соединения почти всегда
сопровождается усилением токсичности и появлением новых токсических эффектов, характерных для специфически действующих ядов. Существенное
значение в токсичности имеет место присоединения галогена – атом галогена,
52
находящийся в открытой цепи, гораздо более активен, чем связанный с углеродом циклической и ароматической молекулы.
Введение в молекулу нитро – (NO2), нитрозо – (NO) или аминогруппы (NН2)
резко изменяет токсические свойства соединения. Для алкилэфиров азотной и
азотистой кислот, где группы NO2 и NO связаны с кислородом, типично сосудорасширяющее гипотензивное действие (этилнитрит, амилнитрит, этилнитрат, нитроглицерин). Для нитрозосоединений жирного и ароматического
ряда, где нитро – или нитрозогруппа связана с углеродом, а также для ароматических аминов характерно действие на ЦНС и метгемоглобинобразование.
Особенно высока токсичность нитро – и амино– производных ароматических
углеводородов (нитробензол, анилин, толуидины, ксилидины). Прямой зависимости между силой действия и количеством нитро – и аминогрупп нет. По
всей вероятности, общий характер токсического действия амино – и нитросоединений зависят от сходства их судьбы в организме. Введение в молекулу
химического соединения кратных связей (ненасыщенность соединения) приводит к усилению его способности к химическим реакциям и, следовательно,
к повышению токсичности.
Более высокой химической активностью обусловлены и раздражающие
свойства ненасыщенных соединений, таких как акролеин, дивинил, дивинилацетилен, стирол, винилацетат и многих других.
Резко меняется действие вещества при введении в молекулу углеводорода атома хлора. С увеличением числа атомов хлора в гомологическом ряду
возрастает наркотическое действие, например от метана (СН4) к хлористому
метилу (СН3CL), хлористому метилену (СНCL2), хлороформу (СНCL3). Хлорзамещенные углеводороды жирного ряда очень токсичны, они вызывают жировое перерождение паренхиматозных органов. Такого же характера токсичностью обладает хлорзамещенный спирты. (хлоргидрины), хлорзамещенные
простые эфиры (дихлорэтиловый, дихлоризопропиловый), хлорпроизводные
бензола (хлорбензол, дихлорбензол, трихлорбензол и др.). Эти же соединения
вызывают значительные поражения нервной системы и обладают сильным
раздражающим действием.
Опасность отравления в значительной степени зависит от физических
свойств вещества: летучести, агрегатного состояния, растворимости и др.
Выше было указано, что наркотическое действие углеводородов в гомологическом ряду возрастает с увеличением числа углеводородных атомов.
Так как при этом параллельно увеличивается молекулярный вес, повышается
точка кипения, снижается летучесть веществ, то в результате при прочих равных условиях уменьшается опасность отравления ими через дыхательные
пути и увеличивается опасность отравления через кожу.
Большое значение в отношении опасности отравления имеет агрегатное
состояние. Твердые органические вещества проникают через кожу медленно
и также медленно могут вызывать отравление. Из неэлектролитов, растворяющихся в жиролипидах, наиболее опасны в отношении отравления при по-
53
ступлении через кожу те, которые имеют маслянистую или кашицеобразную
консистенцию.
Для химических веществ, находящихся в воздухе в виде пыли, большое
значение имеет дисперсность, с её увеличением ускоряется сорбция и проявляется более быстрое действие яда.
Большое значение имеет также растворимость твердых веществ в воде и
в жидкостях организма: чем выше растворимость, тем больше опасность в отношении отравления: например, сернистый свинец плохо растворим и поэтому менее ядовит, чем другие соединения свинца, мышьяк и его сернистые соединения нерастворимы в воде и поэтому не ядовиты, окислы же мышьяка
растворимы и очень ядовиты.
5.2 Видовые различия и чувствительность к ядам.
О различной видовой чувствительности к ядам известно давно. Знания
особенностей возникновения, развития и протекания интоксикации у животных различных видов очень важно для токсикологов потому, что данные о
токсичности тех или иных вредных веществ, получаемые в экспериментальных условиях в опытах на животных, чаще всего экстраполируются на человека. В ряде случаев различия в чувствительности человека и животных к
ядам обусловлены особенностями метаболизма, различиями в продолжительности жизни, массах тела и др.
Индивидуальная чувствительность к ядам выражена довольно значительно и зависит от особенностей течения биохимических процессов у
разных лиц (так называемая биохимическая индивидуальность). Как указывалось выше, в превращении ядов непосредственное участие принимает
большая группа ферментов. Активность этих ферментных систем различна у
разных лиц. Индивидуальная чувствительность определяется и состоянием
здоровья. Например, лица с заболеваниями крови более чувствительны к действию кроветворных ядов, с нарушениями со стороны нервной системы – к
действию нейротропных ядов, с заболеваниями лёгких – к действию раздражающих веществ и пылей. Снижению сопротивляемости способствует хронические инфекции.
На чувствительность организма к ядам оказывает влияние и характер
труда. При тяжелой физической работе усиливаются процессы дыхания и
кровообращения, что ведет к ускоренному поступлению яда в организм.
5.3 Влияние пола и возраста.
Влияние пола к формированию токсического эффекта не является однозначным. К некоторым ядам более чувствительны женщины, к другим – мужчины. Это в первую очередь обусловлено специфическими признаками поражения (влияние на гонады мужчин или женщин, эмбриотоксическое дей-
54
ствие). Отличается большая чувствительность женского организма к действию некоторых органических растворителей, например, бензола.
Установлено, что во время беременности опасность отравления повышается и отмечается более тяжелое её течение. Некоторые яды, например, соединения
бора, марганца, обладают избирательной токсичностью в отношении гонад
мужского организма.
Влияние возраста на проявление токсического эффекта при воздействии
на организм различных ядов не является одинаковым. Одни яды оказываются
более токсичными для молодых, другие – для старых; токсический эффект
третьих не зависит от возраста.
Реакция сформировавшегося (взрослого) организма на воздействие химических веществ определяется в основном характером яда, режимом воздействия и состоянием организма в данное время. Кроме того, важна еще и степень функциональной готовности различных органов и систем, в первую очередь, регуляторных, т. е. способность к поддержанию гомеостаза.
В период полового созревания гомеостатические возможности еще
недостаточны, а регуляторные механизмы отличаются мобильностью. Молодой, еще не сформировавшийся организм не обладает нужным уровнем функциональной готовности к действию многих факторов внешней среды, что
предопределяет его большую уязвимость. Известно, что в подростковом возрасте отмечается в большинстве случаев повышенная, примерно в 2 – 10 раз
большая, чем у взрослых чувствительность к воздействию токсических промышленных веществ (В. А. Доскин, 1969). В экспериментах показано, что
даже в тех случаях, когда молодые особи менее, чем взрослые, чувствительны
к воздействию химического фактора, привыкание у молодых все равно развивается с большим трудом, чем у взрослых.
В пожилом возрасте вновь ухудшается адаптационная способность. У
старых людей отмечаются значительные нарушения компенсаторно–приспособительных процессов, регенеративной способности тканей, возможностей мобилизации резервов при стрессе, иммунологических реакций. Однако,
снижение адаптационных возможностей с наступлением старости происходит
постепенно и тем медленнее, чем выше был уровень развития приспособительных механизмов в течение предыдущих лет жизни.
5.4 Интермиттирующее воздействие вредных веществ.
На производстве, как правило, не бывает постоянных концентраций
вредных веществ в воздухе рабочей зоны в течении всего рабочего дня. Они
либо постепенно увеличиваются, снижаясь за обеденный перерыв, и вновь
увеличиваются к концу рабочего дня, либо оказываются колеблющимися в зависимости от хода технологических процессов. Концентрация воздействующих веществ может колебаться от 0 до превышающих предельно допусти-
55
мые, т. е. в таких случаях имеет место интермиттирующее воздействие вредных веществ.
Слово «интермиттирующее», в точном смысле подразумевающее
«прерывистое», используется в токсикологии для обозначения действия концентраций вредного вещества, колеблющихся во времени.
Из физиологии известно, что максимальный эффект наблюдается в начале и в конце воздействия раздражителя. Переход от одного состояния к
другому требует приспособления, а потому частые и резкие колебания раздражителя ведут к более сильному воздействию его на организм, однако, эффект усиления зависит и от других причин. Например, прерывистая затравка
парами хлороформа вызывает более существенные сдвиги безусловного двигательного рефлекса, чем вдыхание воздуха с постоянной концентрацией этого яда. Вместе с тем, подобные же опыты с этанолом не обнаруживают четких различий при двух режимах воздействия. Главную роль при интермиттирующем действии ядов играет сам факт колебаний концентраций в крови, а
не накопление вещества. Расчет накопления чужеродного, медленно метаболизирующего вещества в организме при различной частоте перерывов экспозиции показывает, что при одной и той же концентрации в воздухе в организме накапливается тем больше вещества, чем больше суммарная экспозиция.
Даже очень частые перерывы при одной и той же суммарной экспозиции не
могут создать различия в накоплении больше чем в два раза по сравнению с
непрерывной экспозицией, следовательно, накопление вещества при одинаковой концентрации мало зависит от режима частоты смен экспозиций и перерывов, если суммарная экспозиция одинакова. В конечном итоге колебания
интенсивностей химического фактора, как на высоком, так и на низком уровне воздействия ведут к нарушению процессов адаптации.
5.5 Комбинированное действие промышленных ядов.
Человек в различных условиях современного промышленного производства все чаще подвергается воздействиям сложного комплекса неблагоприятных факторов.
Комбинированное действие вредных веществ – это одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути
поступления. Различают насколько видов комбинированного действия ядов.
1. Аддитивное действие – феномен суммированных эффектов, индуцированных комбинированным воздействием. При этом суммарный эффект смеси
равен сумме эффектов действующих компонентов.
2. Потенцированное действие (синергизм) – усиление эффекта, действие
больше, чем суммация.
3. Антогонистическое действие – эффект комбинированного воздействия,
менее ожидаемого при простой суммации.
56
4. Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от
изолированного действия каждого яда. Преобладает эффект наиболее токсического вещества.
Примером аддитивного действия является наркотическое действие смеси углеводородов. Часто встречаются комбинации веществ с независимым
действием (бензол и раздражающие газы, смесь взрывных газов и пылей в
рудниках и т. п.). Потенцирование отмечено при совместном действии сернистого ангидрида и хлора, алкоголь повышает опасность отравлений анилином, ртутью, цианамидом кальция и другими производственными ядами.
Для гигиенической оценки воздушной среды при условии аддитивного
действия ядов существуют формула:
C1
C2
C3
Cn


. ..
≤1
ПДК 1 ПДК 2 ПДК 3
ПДК n
где С1, С2, …Сn – концентрации каждого вещества в воздухе;
ПДК1, ПДК2 ,… ПДКn – установленные для них НОК.
Наряду с комбинированным действием ядов возможно и комплексное
воздействие веществ.
Комплексным принято называть такое воздействие, когда яды поступают в организм одновременно, но разными путями (через дыхательные пути с
вдыхаемым воздухом, через желудок с пищей и водой, через кожные покровы). В связи с нарастающим загрязнением вредными веществами окружающего человека среды, значение этого пути поступления ядов возрастает.
5.6 Сочетанное воздействие химических и физических факторов
производственной среды.
Воздействие токсических веществ на организм человека в условиях
производства не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов, таких, как высокая и низкая температура, повышенная, а
иногда и пониженная влажность, вибрация и шум, различного рода излучения
и др. При сочетанном воздействии вредных веществ с другими факторами эффект может оказаться более значительным, чем при изолированном воздействии того или иного фактора.
Температурный фактор.
При одновременном воздействии вредных веществ и высокой температуры возможно усиление токсического эффекта.
Выраженность токсического эффекта при сочетанном воздействии с повышенной температурой может зависеть от многих причин: от степени повышения температуры, пути поступления яда в организм, концентрации или дозы
яда. К одной из основных причин следует отнести изменение функционально-
57
го состояния организма, нарушение терморегуляции, потери воды при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение многих биохимических процессов. Учащение дыхания и усиление кровообращения ведут
к увеличения поступления ядов в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических
веществ через кожу и дыхательные пути. Высокая температура воздуха увеличивает летучесть ядов и повышает их концентрации в воздухе рабочей
зоны.
Усиление токсического действия при повышенной температуре воздуха
отмечено в отношении многих летучих ядов: наркотиков, паров бензина, оксидов азота, паров ртути, оксида углерода, хлорофоса и др. Понижение температуры в большинстве случаев ведет также к усилению токсического эффекта. Так, при пониженной температуре увеличивается токсичность оксида
углерода, бензина, бензола, сероуглерода и др.
Повышенная влажность воздуха.
При повышенной влажности воздуха может увеличиваться опасность
отравления, в особенности раздражающими газами. Причина, по–видимому, в
усилении процессов гидролиза, повышении задержки ядов на поверхности
слизистых оболочек, изменении агрегатного состояния ядов. Растворение газов и образование мельчайших капелек кислот и щелочей способствует возрастанию раздражающего действия.
Изменение барометрического давления.
Возрастание токсического эффекта зарегистрировано как при повышенном, так и при пониженном барометрическом давлении. При повышенном
давлении возрастание токсического действия происходит по двум причинам:
во–первых, вследствие усиленного поступления яда, обусловленного ростом
парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным
переходом их в кровь; во–вторых, вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь дыхания, кровообращения, состояния
ЦНС и анализаторов.
При пониженном давлении первая причина отсутствует, но усиливается
влияние второй. Например, при пониженном давлении до 500 – 600 мм рт. ст.
токсическое действие оксида углерода возрастает в результате того, что влияние яда усиливает отрицательные последствия гипоксии.
Шум и вибрация.
Производственный шум может усиливать токсический эффект. Это доказано для оксида углерода, стирола, крекинг – газа, нефтяных газов, аэрозоля, борной кислоты.
Промышленная вибрация аналогично шуму также может усиливать
токсическое действие ядов. Например, пыль кобальта, кремниевые пыли, дихлорэтан, оксид углерода, эпоксидные смолы оказывают более выраженные
действия при сочетании действия с вибрацией по сравнению с воздействием
чистых ядов.
58
Лучистая энергия.
УФ – облучение может понижать чувствительность белых мышей к этиловому спирту вследствие усиления окислительных процессов в организме и
более быстрого обезвреживания яда. Известно об уменьшении токсического
эффекта оксида углерода при УФ – облучении. Причина этого – ускорение
диссоциации карбоксигемоглобина и более быстрое выведение оксида углерода из организма.
Физическая нагрузка.
Работающий человек соприкасается с промышленными ядами, как правило, выполняя одновременно большую или меньшую физическую работу.
Физическая нагрузка, оказывающая мощное и разностороннее влияние на все
органы и системы организма, не может не отразиться на условиях резорбции,
распределения, превращения и выделения ядов, а в конечном итоге – на течение интоксикации.
Динамические физические нагрузки активизируют основные вегетативные системы жизнеобеспечения – дыхания и кровообращения, усиливают активность нервно–эндокринной системы, а также многие ферментативные процессы. Увеличение легочной вентиляции приводит к возрастанию общей
дозы газообразных веществ и паров, проникающих в организм через дыхательные пути. В связи с этим увеличивается опасность отравления наркотиками, раздражающими парами и газами, токсическими пылями. Более быстрому
распределению яда в организме способствует увеличение скорости кровотока
и минутного объема сердца. Повышение функциональной активности печени,
желез внутренней секреции, нервной системы и увеличение кровоснабжения
в интенсивно работающих органах может сделать их более «доступными» к
действию яда.
Усиление токсичности при физических нагрузках отмечается при воздействии паров хлористого водорода, четыреххлористого углерода, некоторых веществ антихолинэстеразного действия, свинца, оксида углерода. Работа может влиять не только на «силу» действия яда, но и на локализацию повреждения – порезы и параличи при ртутной и свинцовой интоксикации развиваются в первую очередь на интенсивно работающей руке.
Лекция 6. Элементы токсикометрии и критерии токсичности и опасности промышленных ядов.
6.1 Токсикометрия, понятия, определения.
6.2 Оценка токсичности и опасности вредных веществ.
6.3 Параметры токсичности и опасности промышленных ядов.
6.4 Клиническая токсикометрия.
6.1 Токсикометрия.
59
Изучение любого вредного вещества предусматривает установление количественных показателей токсичности и опасности его, то есть показателей
токсикометрии. В дословном переводе термин «токсикометрия» означает измерение токсичности.
Токсикометрия – это совокупность методов и приемов исследований
для количественной оценки токсичности и опасности ядов.
Токсический эффект при действии разных доз и концентраций вредных веществ сможет проявиться в виде нарушений отдельных или многих функций
или деятельности всего организма, вплоть до его гибели.
Токсикометрия химических соединений включает большой диапазон
исследований и оценок, среди которых обязательным являются установление
смертельных и пороговых эффектов в остром опыте, выявление и количественная характеристика кумулятивных свойств, изучение кожно–раздражающего, кожно–резорбтивного, сенсибилизирующего действия, хронического
воздействия на организм с целью установления порогов вредного действия.
Особое значение приобретает исследование таких отдаленных эффектов, как бластомогенного, мутогенного влияния на репродуктивную функцию
и сердечно–сосудистую систему, а также токсикокинетических и метаболических критериев оценки.
Токсикометрия предусматривает определение в эксперименте целого
ряда параметров (показателей), характеризующих токсичность вещества на
разных уровнях воздействия и опасность возникновения отравления в тех или
иных условиях воздействия яда.
6.2 Оценка токсичности и опасности вредных веществ.
На практике установления параметров токсичности и опасности химических соединений осуществляется моделированием интоксикаций в острых,
подострых и хронических экспериментах на лабораторных животных (обычно крысах, мышах, кроликах и морских свинках).
Введение веществ в желудок возможно естественным путем с пищей,
питьевой водой, в виде растворов, эмульсий, взвесей, в чистом виде.
Действие веществ при проникновении через кожу изучается методом
погружения хвостов крыс и мышей в исследуемое вещество, а также путем
нанесения препарата на участок кожи, предварительно освобожденной от волосяного покрова.
Ингаляционное введение химического вещества в организм экспериментальным животным достигается с помощью разнообразных затравочных
камер. При проведении затравок должны соблюдаться следующие нормативы
объема воздуха в час на одно животное: на
мышь – 1 – 2 л.; на крысу – 5 л.;
на морскую свинку – 5 – 7 л.; на кролика – 25 л. Аэрозоли вводятся в организм с помощью пылевых затравочных камер.
60
Введение веществ в желудок производится натощак (спустя 4 часа после кормления), за один или несколько приемов, в объеме, не превышающем
1 – 1.5 % массы тела.
При однократном ингаляционном воздействии продолжительность экспозиции для белых мышей составляет – 2 ч., для крыс и животных других видов – 4 ч.(отношение объема дыхания к массе тела у мышей в 2 раза больше),
при нанесении веществ на кожу всех видов лабораторных животных – 4 часа.
Продолжительность подострого опыта должна составлять около 1/30
срока жизни животного исследуемого вида. Длительность опыта для мышей
составляет в среднем 12 – 21 день, для крыс – 21 – 45 дней, кроликов – 45 – 72
дня.
Хронические опыты на животных являются основой гигиенического
нормирования химических веществ в различных средах. В хроническом эксперименте устанавливается порог общетоксического и специфического действия. Данные хронического эксперимента экстраполируются (переносятся)
непосредственно на человека и в дальнейшем уточняются путем наблюдения
за здоровьем людей.
Длительность хронического эксперимента составляет от 4 – 6 месяцев
при нормировании вредных веществ в воздухе рабочей зоны и атмосфере, до
10 – 12 месяцев при установлении ПДК в пищевых продуктах и воде.
Эксперименты по изучению отдельных последствий могут продолжаться в
течение всей жизни лабораторных животных.
Токсикометрическая оценка начинается с получения данных о смертельных дозах и концентрациях, то есть установления верхних параметров
токсичности в остром опыте. О дозах принято говорить при поступлении ядов
через пищеварительный канал и кожу, о концентрациях – при ингаляционном
поступлении.
Токсический эффект при действии разных доз и концентраций вредных
веществ может проявиться в виде нарушений отдельных или многих функций
или деятельности всего организма, вплоть до его гибели.
Средняя смертельная концентрация вредного вещества в воздухе
(CL50) – это концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % животных при
двух – четырехчасовом ингаляционном воздействии, а средняя смертельная
доза (ДL50) при введении в желудок – доза вещества, вызывающая гибель 50
% животных при однократном введении в желудок.
Величины средних смертельных концентраций и доз, установленные
непосредственно в эксперименте, рассматривают как показатели абсолютной
токсичности веществ.
Токсичность ядов тем больше, чем меньше величина CL50 и ДL50, то
есть токсичность равна 1/ CL50 или 1/ ДL50.
Среднесмертельная доза (концентрация) устанавливается в обратном
порядке на нескольких (минимум четырех) видах лабораторных животных с
целью изучения межвидовой чувствительности к воздействию яда. О выра-
61
женности межвидовой чувствительности судят по величине коэффициента
межвидовых различий (КВР), определяемого из соотношения среднесмертельных доз (концентраций) наиболее устойчивых и чувствительных животных к данному яду:
КВР = ДL50 max / ДL50 min
С увеличением КВР увеличивается коэффициент запаса при определении
ПДК, поскольку возрастает вероятность повышения чувствительности человека к воздействию данного вещества.
Таким образом, установление смертельных эффектов позволяет получить
необходимую информацию для решения следующих задач:
1. Определение токсичности и опасности вещества при кратковременной (однократной) экспозиции и получение первичной информации о характеристике и направленности действия вещества (по функциональным и морфологическим характеристикам смертельного эффекта).
2. Сравнительная характеристика токсичности нескольких веществ, близких
по физико–химическим свойствам или условиям применения.
3. Установление видовой, половой и возрастной чувствительности лабораторных животных к действию вредного вещества.
4. Выяснение ориентировочных доз (концентраций) для изучения кумулятивных свойств вещества, а также для суждения о дозах, подлежащих проверке в
подостром и хроническом экспериментах.
Все перечисленные задачи могут быть решены, если удается установить
зависимость доза (концентрация) – ответ и величину средней смертельной
дозы или концентрации (CL50 или ДL50).
Кроме указанных параметров в эксперименте устанавливается порог
вредного действия (однократного и хронического), а также порог специфического действия.
Пороговыми называют наименьшие концентрации, вызывающие тот
или иной эффект. Пороговые концентрации вызывающие острое отравление,
всегда значительно больше, чем пороговые концентрации, вызывающие хронические отравления. Порог вредного действия (однократного или хронического) – это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии которой в организме (при конкретных условиях
поступления веществ и стандартной статистической группе животных) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций или скрытая (временно компенсированная) патология.
В практике промышленной токсикологии, как правило, не определяется
порог острого отравления, а выявляются лишь пороги однократного и хронического действия. Порог однократного действия обозначается Lim ac, порог
хронического действия Lim ch .
Порог специфического (избирательного) действия – минимальная концентрация (доза), вызывающая изменение биологических функций отдельных
62
органов и систем организма, которые выходят за пределы приспособительных
физиологических реакций, обозначаются Lim sp.
Для установления порога однократного действия проводится серия
острых опытов на лабораторных животных с применением разных доз и концентраций изучаемого вещества. При этом устанавливают ту минимальную
концентрацию (дозу), при воздействии которой в организме опытной группы
животных возникают изменения, выходящие за пределы физиологических
приспособительных реакций или скрытая патология. Для этого обычно используют интегральные показатели интоксикации – показатели, характеризующие изменение общего состояния организма, подвергнутого токсичному
воздействию (например, масса тела, температура тела).
Кроме того, в остром эксперименте изучается общий характер действия
вещества на организм (наркотическое, раздражающее, удушающее, гемолитическое и т.д.), а также описывается клиника острого отравления.
Установление порога хронического действия осуществляется в хронических опытах на животных (в течение 4 месяцев) при разных условиях воздействия вредного вещества. Во время эксперимента проводится всестороннее изучение действия вещества на организм, выявление наиболее чувствительных к нему органов и систем, функциональных и морфологических
изменений в них.
Если известны механизмы токсического действия вредного вещества, то
устанавливают порог специфического действия. Для этого в эксперименте на
лабораторных животных используют специфические показатели токсичного
действия вещества, например, определение активности фермента холинэстеразы при действии фосфорорганических веществ.
Определение средних смертельных концентраций и доз, порогов вредного действия необходимо для оценки опасности вредных веществ, установления возможности острых и хронических отравлений на производстве, определения безопасных концентраций расчетными методами.
6.3 Критерии токсичности и опасности промышленных ядов.
Опасность вещества – это вероятность возникновения вредных для
здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических веществ.
Различают две группы количественных показателей опасности:
1. Потенциальная возможность поступления вредных веществ в организм
(критерий потенциальной опасности);
2. Компенсаторные свойства организма по отношению к данному яду (критерий реальной опасности).
К потенциальным показателям опасности относятся, например, коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) – отношение
63
максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20
Сº к средней смертельной концентрации вещества для мышей (при 2 – часовой экспозиции и 2 – недельного срока наблюдения).
Анализ оценки опасности различных промышленных ядов по величине
КВИО показывает, что в ряде случаев монотоксичное, но высоколетучее вещество в условиях производства может оказываться более опасным в развитии острого отравления, чем высокотоксичное, но монолетучее соединение. О
реальной опасности развития острого отравления можно судить по величине
зоны острого действия.
Зона острого действия (Zac) – это отношение средней смертельной концентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при однократном воздействии. Она является интегральным показателем компенсаторных свойств организма, его способности к обезвреживанию и выведению яда из организма и
компенсации поврежденных функций. Величина Zac обратно пропорциональна опасности ядов при однократном воздействии, т. е. чем меньше её количественная характеристика, тем больше возможность развития острого отравления.
При сравнительной токсикологической оценке промышленных ядов нельзя исходить только из результатов острых экспериментов, так как при хроническом воздействии некоторых вредных веществ интоксикации имеют
иной патогенез, нежели патогенез острой интоксикации. Часто промышленные яды, обладающие низкой токсичностью в остром опыте, при хроническом воздействии в малых концентрациях оказываются высокоопасными.
Классическими примерами таких ядов являются свинец, марганец,
ртуть и другие тяжелые металлы; среди органических ядов – бензол, тринитротолуол и многие другие соединения.
Известно, что одним из ведущих факторов, обусловливающих развитие
хронических отравлений, являются процессы кумуляции.
Различают материальную (накопление самого яда в организме) и функциональную (накопление эффекта при повторном воздействии вещества) кумуляцию.
Количественная оценка кумулятивных свойств вредных веществ в промышленной токсикологии осуществляется по величине коэффициента кумуляции.
Коэффициент кумуляции – отношение величины суммарной дозы яда,
вызывающий определенный эффект (чаще смертельный) у 50 % подопытных
животных при многократном дробном введении, к величине дозы, вызывающей тот же эффект при однократном воздействии. Необходимо отметить, что
этот коэффициент – величина, обратная ин
Степень кумулятивных свойств вредного вещества характеризует реальную опасность развития хронической интоксикации, и поэтому коэффициент кумуляции должен учитываться при гигиенической регламентации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
64
Другим показателем реальной опасности хронической интоксикации является величина зоны хронического действия и величина зоны биологического действия.
Зона хронического действия (Z ch) – отношение пороговой концентрации (дозы) при однократном воздействии к пороговой концентрации (дозе)
при хроническом воздействии.
Зона биологического действия (Zbee) – отношение средней смертельной концентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при хроническом
воздействии.
Величина зоны хронического действия используется для характеристики опасности яда при хроническом воздействии. Опасность хронического
отравления прямо пропорциональна величине зоны хронического действия, т.
е. чем зона хронического действия шире, тем больше опасность хронической
интоксикации, и наоборот.
Зоны хронического и биологического действия отражают кумулятивные свойства веществ, кроме того, зона хронического действия является показателем компенсаторных свойств организма на низком пороговом уровне.
Согласно классификации (ГОСТ 21.007 – 76 ССБТ. Вредные вещества.
Классификация и общие требования безопасности.) по степени опасности возникновения отравления все промышленные яды подразделяются на 4 класса
опасности:
– чрезвычайно опасные,
– высокоопасные,
– умеренно опасные,
– малоопасные.
Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от величины
показателей токсикометрии, указанных в таблице 9.
Таблица 9
Показатель
Классификация вредных ядов по степени токсичности и опасности
Классы опасности
ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3
Средняя смертельная доза при
введении в желудок, мг/кг
Средняя смертельная доза при
нанесении на кожу, мг/кг
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мл/м3
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)
Зона острого действия
Зона хронического действия
I
II
III
IV
< 0,1
0,1 – 1,0
1,0 – 10,0
> 10
< 15
15 – 150
151 – 5000
> 5000
< 100
100 – 500
501–2500
> 2500
< 500
500 – 5000
5001
50000
> 300
300 – 30
29 – 3
<3
< 6,0
6,0 – 18,0
18,1 – 54
> 54,0
> 10,0
10,0 – 5,0
4,9 – 2,5
< 2,5
65
–
> 50000
6.4 Клиническая токсикометрия.
Клиническая токсикометрия отмечается тем, что в сфере её применения
возможности проведения контролируемого эксперимента представляет
большую редкость. Условия взаимодействия яда с организмом разных людей
не идентичны вследствие предшествующих отравлению болезней, постоянно
изменяющейся чувствительности к средам в следствии привыкания или проводимого медикаментозного лечения, наличие хронических заболеваний (алкоголизм, курение и т. д.), больших различий в возрастном составе, климатических условий и социальных обстоятельств. Даже такое классическое положение общей токсикологии, как прямая зависимость токсичности от дозы химических соединений и пути поступления, в клинической токсикологии не
всегда справедливо. Здесь на первое место выходят особенности данного организма и характер оказания медицинской помощи, а не доза токсичного вещества. В этом отношении показательные примеры отравлений алкоголем и
некоторыми наркотиками, токсичная доза которых для людей, к ним привыкшим, в несколько раз выше, чем для лиц, впервые их употреблявших.
В клинической токсикологии расчет, подобный экспериментальному
расчету (ДL50), естественно, невозможен. Традиционно используется понятие
условной смертельной дозы, которое соответствует минимальной дозе, вызывающей смерть человека при однократном воздействии данного вещества.
Эта величина, как правило, может быть определена приблизительно, так как
регистрируется по анамнестическим или другим, обычно косвенным, данным
при случайных или преднамеренных острых отравлениях.
Более информативны объективные данные о токсичной концентрации
химических соединений в крови больных (мкг/мл или мэкв/л), полученные
при специальных исследованиях в химико–токсикологических центров по лечению отравлений.
Основными параметрами клинической токсикометрии являются: пороговая концентрация ядов в крови, при которой обнаруживаются первые симптомы отравления; критическая концентрация – соответствующая развернутой
клинической картине отравлений и смертельная концентрация, при которой,
обычно, наблюдается смертельный исход.
При изучении токсичности химических веществ в эксперименте на животных одной из важных задач токсикологов является разработка основ экстраполяции на человека полученных в эксперименте данных. Известно, что
при выпуске нового лекарственного препарата его клинические испытания на
человеке обязательны. При этом предсказания его лечебного и токсического
действия на основании опытов на животных оказывается правильным при
изучении на крысах не более чем в 35 % случаев, а на собаках в 53 %. Точные
значения смертельных доз и концентраций для человека, естественно не установлены. Поэтому при экстраполяции экспериментальных данных на человека рекомендуется руководствоваться следующими правилами: если смертель-
66
ные доз обычных 4 типов лабораторных грызунов (мыши, крысы, морские
свинки и кролики) различаются незначительно (в 3 раза и меньше), существует высокая вероятность (≤ 70 %) того, что для человека они будут такими же.
Лекция 7(в двух частях). Гигиеническая регламентация и стандартизация. Принципы установления ПДК
7.1 Принципы установления предельно–допустимых концентраций (ПДК) в
воздухе рабочей зоны
7.2 Этапы гигиенической оценки химического соединения
7.2.1. предварительная токсилогическая оценка:
7.2.2. полная токсилогическая оценка
7.2.3. клинико–гигиеническая корректировка ПДК
7.3 Гигиеническая стандартизация химического сырья и готовых продуктов
7.4 Основные направления профилактики профессиональных заболеваний
7.4.1 Строительные и иные нормы и правила
7.4.2 Технологические мероприятия
7.4.3 Гигиенические регламентации
7.4.4 Индивидуальные средства защиты
7.4.5 Медико–санитарные мероприятия
7.1. Принципы установления ПДК в воздухе рабочей зоны
Гигиеническое регламентирование неблагоприятных производственных
факторов появилось в связи с увеличивающейся опасностью из вредного действия, обусловленной развитием промышленности и расширением химического производства.
При современном состоянии технологических процессов и средств борьбы с поступлением промышленных ядов в рабочую зону, требование полного
отсутствия их в зоне дыхания работающих часто является нереальным, а достижение подобного результата – очень трудная техническая задача, выполнение которой связано с неоправданно большими материальными затратами.
В связи с этим особую значимость приобретает гигиеническая регламентация
содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиеническое нормирование вредных химических веществ в воздухе рабочей зоны по сравнению с другими объектами окружающей среды отличается рядом особенностей, обусловленных тем, что производственные яды характеризуются определенным уровнем, режимом и продолжительностью воздействия, а их влиянию подвергается не все население, а лишь трудоспособная его часть.
Регламентация содержания вредных веществ в воздушной среде рабочей
зоны составляющей часть нормативов, обеспечивающих санитарную охрану
всей окружающей человека среды: рабочей зоны, атмосферы населенных
мест, воды, водоемов, почвы, пищевых продуктов и бытовых помещений.
67
Начало гигиенического регламентирования содержания различных химических агентов в воздухе рабочей зоны было положено в 20–е годы предыдущего столетия. Быстрое развитие дела гигиенического ограничения содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны относится к концу 50–х – началу 60–х годов после создания при МЗ СССР «Методической комиссии по
подготовке проектов предложений по предельно допустимым концентрациям».
Впервые в 1941 году в официальный документ – «СН–245–71»– была
включена формулировка ПДК: «Предельно допустимыми концентрациями
вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются такие концентрации, которые при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии
здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений».
Основными принципами установления гигиенических нормативов являются:
1. Принцип опережения разработки и внедрения профилактических мероприятии по сравнению с момента поступления вещества в широкую практику.
2. Принцип стадийности токсилогических исследований – синхронно со стадиями химической и токсилогической разработки производства нового продукта.
3. Предмет медицинских и биологических показаний при обосновании гигиенических нормативов перед прочими подходами (техническая достижимость,
экологические требования).
4. Принцип пороговости всех типов действия химических соединений (в том
числе мутагенного и канцерогенного)
Пары вредного действия – такая минимальная концентрация веществ в
воздухе рабочей зоны, при воздействии которого в организме (при конкретных условиях поступления веществ) возникают изменения, выходящие за
пределы физиологических приспособительных реакций или скрытая временно компенсированная патология).
7.2. Этапы гигиенической оценки химического соединения
Токсиколого–гигиеническая оценка вновь синтезированного химического вещества в соответствии с масштабами его разработки осуществляется в
три этапа и включает:
А) Предварительную токсилогическую оценку (обоснование ОБУВ)
Б) Полную токсилогическую корректировку установленного в эксперименте санитарного стандарта (корректирование ПДК путем сравнения условий труда работающих и их состояние здоровья).
68
В) Клинико–статистическую корректировку установленного в эксперименте стандарта (корректирование ПДК путем сравнения условий труда работающих и их состояния здоровья).
Первый этап приурочивается к периоду лабораторной разработки новых
соединений; второй – к периоду полузаводских испытаний, а третий этап выполняется после внедрения в производство в сроки, установленные в зависимости от токсилогической характеристики вещества и гигиенической характеристики производства.
ОБУВ – ориентировано безопасный уровень воздействия – временный
гигиенический ориентированный норматив содержания вредных веществ в
воздухе рабочей зоны. Обоснование ОБУВ производится в соответствии с
«Методическими указаниями по установлению ориентированных безопасных
уровней вредных веществ в воздухе рабочей зоны», утвержденных МЗ путем
расчета по параметрам токсикометрии и физико–химическим свойствам зависимости или путем интерполяции в рядах близких по строению соединений.
Предварительная токсилогическая оценка соответствует стадии лабораторного синтеза и полузаводского (опытного) производства вещества. Она начинается во время разработки проектного задания. Предварительной токсилогической оценке подвергаются все без исключения, вновь синтезированные
химические вещества и материалы, предназначенные для промышленного и
сельскохозяйственного производства, отделки жилых и общественных зданий, изготовление одежды, обуви и т.д. Значительная часть химических веществ на этом этапе отсеивается в силу высокой токсичности, низких технологических или потребительских качеств, дороговизны сырья и т.д. Предварительная токсикологическая оценка заключается, прежде всего, в установлении ориентированных ПДК или ОБУВ в воздухе рабочей зоны, атмосферном
воздухе населенных пунктов и воде, водоемов санитарно – бытового водопользования.
Как уже упоминалось выше, расчетные ПДК (ОБУВ) устанавливаются
математическими методами, основанными на объективных связях, существующих между санитарными стандартами и физико–химическими свойствами,
химическим строением веществ, а также параметрами их острой токсичности.
Существует четыре способа установления расчетных ПДК (ОБУВ), исходя из:
А) физико–химических свойств
Б) структурной химической формулы молекулы
В) близости химических свойств веществ
Г) экспериментально установленных параметров острой токсичности.
Предварительная токсикологическая оценка дает не только ориентированную величину ПДК в различных объектах окружающей человека среды,
но и предусматривает получение сведении о химической картине острого
смертельного отравления, общем характере действия на организм (наркотическом, раздражающем, гемолитическом и т.п.), кожно–раздражающих, сенси-
69
билизирующих свойствах веществ. Кроме того, предусматривая установление, наряду со смертельными, пороговых концентраций, она позволяет судить
о степени опасности возникновения острых отравлений, в том числе смертельных, и о возможности появления отдаленных эффектов.
За последние годы в стране разработан целый ряд документов по установлению ОБУВ вредных веществ в воздухе рабочей зоны расчетным способом. В осуществлении этих работ большая заслуга принадлежит токсикологам Санкт–Петербурга, Киева, Москвы.
Надо признать, однако, что расчетные методы регламентации химических веществ в воздухе рабочей зоны являются недостаточно совершенными,
так как они часто не учитывают кумуляции, адаптации организма и т.д.
Поэтому справедливо указание ГОСТ 12.1 007–76 на невозможность применения ОБУВ при проектировании производства. ОБУВ должны пересматриваться через два года после их утверждения МЗ или заменяться утвержденным в установленном порядке о состоянии здоровья работающих с условиями
труда.
Полная токсилогическая оценка совпадает с проектированием производства и широким внедрением химического вещества в народное хозяйство.
Она должна быть завершена до приема в эксплуатацию промышленного
объекта, что вполне возможно, если учесть, что, ОБУВ этого вещества, был
известен проектным организациям к моменту разработки чертежей, учитывается в ходе проектирования.
Полная токсилогическая оценка предполагает проведение острых, подострых и хронических экспериментов с использованием минимум четырех видов лабораторных животных (крыс, мышей, кроликов и морских свинок); токсикологические испытания технологические испытания технологических образцов; изучение отдаленных последствий, обследование работающих на полузаводских или лабораторных установках.
При проведении экспериментов устанавливаются все параметры токсичности и опасностей, предусматриваемые токсикометрическои схемой (таб. 10)
Таблица 10.
Параметры токсикометрии
Первичный (устанавливаемый в экспериПроизводный параметр
менте)параметр
Смертельная доза или концентрация
Коэффициент возможности ингаляци(Cl 50, Dl 50)
онного отравления
КВИО=C max 20/Cl 50
Zl=Cl 84 (Cl 16 или Dl 84) Dl 16
Коэффициент межвидовой чувствительно- –
сти (КВЧ)
Порог острого интегрального действия
Зона острого действия
(lim ac. Int едч)
Z ac=Cl 50/lim ac. Int едч
Порог избирательного (патогенетическоЗона специфического действия
го) действия
Z sp = lim int едч/lim sp
70
(lim ac. sp)
Коэффициент кумуляции
(C cum)
Порог хронического действия
(lim ch Int едч)
Порог отдаленного эффекта
(lim ch sp)
Безопасные уровни воздействия (ОБУВ,
ПДК, ДОК) и др.
–
Зона хронического действия
Z ch = lim ac/lim ch
Зона биологического действия
Zb = Cl 50/lim ch
Коэффициент запаса
Is = lim ch/ПДК
Особое внимание уделяется установлению порогов острого и хронического общетоксического и возможного специфического действия. Если обнаружен специфический эффект при однократном воздействии, в обязательном
порядке устанавливается пороговый уровень соответствующего специфического действия (канцерогенного, мутагенного, тератогенного, гонадо – нейротоксического) в хроническом эксперименте.
Основная задача проведения полной токсикологической оценки сводится
к экспериментальному обоснованию величины ПДК, которая в дальнейшем
экстраполируется на людей.
Полная токсикологическая оценка химического продукта завершается
формулированием медико–технических требований, в частности рекомендаций ПДК для проектирования заводского производства.
ПДК для различных факторов окружающей человека внешней среды не
должен:
1. Вызывать у индивидуализма даже временных нарушений гомеостаза
(включает репродуктивную функцию), а также напряжение защитных и адаптационно – компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном
периоде времени после воздействия этого фактора, то есть на протяжении
всей жизни человека
2. Изменять биологические, психические и социальные свойства человека
3. Оказывать отрицательное влияние на биологические, психические и
социальные свойства потомства
4. Нарушать биоценозы, в которые входит сам человек
Следует указать на то, что понятия и принципы установления ПДК в
СССР и в США различны. Согласно концепции, принятой в 1971 году, ПДК
не должно вызывать у работающих заболевания или каких–нибудь отклонений от нормального состояния. В то же время в США допускается, что воздействие веществ в количествах, находящихся на уровне ПДК, может вызывать у отдельных лиц неприятные субъективные явления или даже развитие
заболевания. Различия в подходах к определению ПДК, различие и в их величинах: в нашей стране для большинства веществ они ниже, чем в США.
В отличие от всех существующих за рубежом списков ПДК, в отечественных нормативных документах имеется специальная графа – «класс опас-
71
ности». Это повышает качество регламентировано планировки и вентиляции
производственных помещений, а также разработки других защитных мероприятий, связанных с транспортировкой, хранением, маркировкой, применением и т.д. различных химических продуктов.
Классификация критериев оценки потенциальной и реальной опасности
веществ, которая предложена советскими токсикологами, создает основу для
единой оценки степени опасности профессиональных вредных веществ. Это
весьма необходимо при установлении ПДК вновь внедряемых в промышленность веществ и при, несмотря уже существующих, ПДК. Эта четырех степенная классификация опасности химических соединений (опасность однократного воздействия, опасности хронического воздействия и потенциальная
опасность) позволяет дифференцированно подходить к обоснованию профилактических мероприятий на производстве.
Токсиколого–гигиенические стандарты должны быть прогрессивными,
они должны вести за собою инженерную мысль. При совместной комплексной работе врачей, биологов, химиков, физиков, технологов и других заинтересованных специалистов уровень этих стандартов в России является совершенным и безопасным. С 1922 – 1977 гг. в СССР обоснованы и утверждены ПДК для воздуха рабочей зоны почти 1000 химических соединений.
В 1975 году проблемной комиссией "Научные основы гигиены труда и
промышленной патологии" были разработаны государственные стандарты:
ГОСТ 12.1 007–76. Система стандартов безопасностей труда. Вредные вещества «Классификация и общие требования безопасности», а также ГОСТ 12.1
005–76. «Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно– гигиенические требования».
Гигиенические стандарты, доведенные до уровней ГОСТ являются высшей формой внедрения в практику результатов токсикологических исследований и эффективного влияния токсикологии на технологические, строительные и другие процессы в промышленности и народном хозяйстве страны. В
ГОСТ 12.1 077–76 впервые указано, что " на период предшествующий проектированию производств, должны временно устанавливаться ориентированные
безопасные уровни воздействия (ОБУВ).
Практически в условиях производственной среды человек всегда контактирует со смесями веществ. Очень важной проблемой промышленной токсикологии является токсикологическая оценка комбинированного воздействия химических агентов и токсикологическое обоснование регламентирования сложных смесей веществ, в том числе паро–газо–аэрозольных смесей.
Смеси одних и тех же веществ могут вызывать различный по своему характеру биологический эффект в зависимости от интенсивности (концентрации)
воздействующего фактора. Закономерности развития этого эффекта, которые
были выявлены в однократных острых опытах на животных, не всегда наблюдались при подострой и хронической интоксикации.
72
Анализ литературы показывает, что в тех случаях, когда в воздухе рабочей зоны одновременно присутствуют несколько химических агентов в низких концентрациях (на уровне ПДК или порога хронического действия), то
наблюдаются следующие варианты комбинированного действия: усиление,
суммация или независимое действие.
В последние годы токсикологами накоплен обширный экспериментальный материал, позволяющий наметить подходы к прогнозированию биологического действия комбинаций химических веществ. Такого рода прогноз осуществим, в частности, на основе учета химического взаимодействия между
веществами. Это взаимодействие в воздушной среде может привести к образованию более ядовитых или, наоборот, менее токсичных продуктов. При
этом очень важное значение имеет скорость протекания реакции между конкретными компонентами химической среды.
Прогнозирование токсического действия комбинации веществ возможно
также на основе их физического взаимодействия (например, влияние одного
вещества на летучесть другого).
Наибольшей интерес представляют данные исследователей о возможности прогнозирования характера комбинированного действия механизмов их
взаимодействия в процессе биотрансформации в организме человека и животных. Эти достижения связаны с успехами «биохимической токсикологии»
(«токсикологической химии»), позволявшей вскрыть процессы метаболизма
химических агентов в клетках.
Исходя из всего сказанного, при расчетах общеобменной вентиляции
ГОСТ 12.1 005.76 рекомендуют для веществ однонаправленного действия исходить из суммирования эффектов, а в случае веществ, не обладающих однонаправленным характером действия, ориентироваться на наиболее токсическое вещество.
Токсикологическая оценка комплексного биологического действия веществ (при одновременном наступлении их в организм из разных объектов
внешней среды) не может быть отождествлено с комбинированным воздействием нескольких веществ и представляет определенные трудности. Трудности эти связаны с различием в подходах к обоснованию ПДК в разных средах,
с возможностью проявления различного эффекта по степени выраженности и
даже по характеру действия при различных путях поступления веществ в организм, с существенными различиями режимов воздействия химических соединений, содержащихся в различных средах и т.д.
Поэтому результат комплексного действия веществ предлагается оценивать по биологически–эквивалентным с помощью кривых «концентрация –
время». Эти кривые отражают время поступления определенного токсического эффекта при изолированном воздействии каждого вещества. Критерием
изоэффективности служит одинаковое время поступления одного и того же
эффекта при комплексном воздействии веществ.
73
Наряду с разработкой ПДК промышленных веществ в воздухе рабочей
зоны токсикологами изучаются также «тесты экспозиции», на основании которых можно судить о безопасных или опасных уровнях воздействия веществ, независимо от путей их поступления в организм.
«Тест – экспозиция» – это ПДК определенного вещества в биосферах организма (кровь, моча, выдыхаемый воздух и др.). В Настоящее время «тесты–
экспозиции» намечены уже для ряда промышленных веществ: бензола, толуола, ацетона, трихлорэтилена, анилина и др.
Большую роль в развитии исследований в области промышленной токсикологии сыграла разработка единых унифицированных подходов к проведению токсикологических исследований вообще и к обоснованию ПДК вредных
веществ в воздухе рабочей зоны, в частности. В этом отношении большое
значение имело издание сборника " Методы определения токсичности и опасности химических веществ", в котором излагаются принципы и методы установления ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Различают ПДК максимально разовые и среднесменные. Максимально
разовые ПДК устанавливаются для всех без исключения химических веществ,
широко применяемых в промышленности или сельскохозяйственном производстве. Среднесменные ПДК разрабатываются, наряду с максимально разовыми для производственных ядов, обладающих выраженными кумулятивными свойствами.
Максимально разовой предельно допустимой концентрацией является
концентрация вредного вещества в зоне дыхания работающих, усреднена периодом кратковременного отбора проб воздуха (15 минут).
Среднесменная предельно допустимая концентрация – это средняя концентрация, полученная при непрерывном или прерывистом отборе проб воздуха за период, составляющий не менее 75 % времени рабочей смены в зоне
дыхания работающих на местах постоянного или временного их пребывания.
Очень важное значение для развития промышленной токсикологии в теоретическом и практическом аспектах имели разработанные следующие документы: «Временные методические указания к постановке экспериментальных
исследований для установления ПДК вредных веществ в воздухе производственных помещений» (1969), «Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию» (1969), «Токсикологический паспорт химического соединения, внедряемого в народное хозяйство и в сферу быта» (1971), «Принципы и
методы установления ПДК вредных веществ в воздухе производственных помесячно» (М.1971).
Клинико–гигиеническая корректировка ПДК осуществляется в течение
первых трех лет работы новой технологической установки, но может продолжаться и далее для изучения отдаленных последствий воздействия веществ на
население. Этот этап предполагает проведение натурных исследований,
направленных на установление так называемых клинико–гигиенических па-
74
раллелей. Под клинико–гигиеническими параллелями подразумевается изучение и последующее среды, для которого разработан норматив, с данными о
состоянии здоровья континента населения, подвергающегося воздействию
изучаемого вещества.
Выявление повышенной заболеваемости и изменений в состоянии здоровья того или иного континента по сравнению с контрольной группой свидетельствует о недостаточной надежности разработанного норматива и служит
основанием к его пересмотру и снижению. На этом этапе применяются современные методы гигиенических и статических исследований. Широкое распространение получил метод многофакторного (корреляционного, регрессионного, дисперсионного) математического анализа.
Клинико–гигиенический метод не может заменить экспериментального,
но дополняет последний и дает возможность проверить утвержденную на
основе эксперимента ПДК. Таким образом, "поэтапная комплексная количественная оценка токсичности и опасности вредного химического вещества
может служить надежной ' основой для построения системы профилактических мероприятий.
Основанные указанными способами ПДК утверждается Минздравом и
публикуются в виде списков, имеющих законодательную силу. Величина
ПДК может быть пересмотрена по мере накопления новых сведений о токсикологической характеристике данного соединения или близких к нему веществ.
ПДК вредных веществ в' воздухе рабочей зоны используются при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования, вентиляции, а также для проведения предупредительного и текущего санитарного надзора.
7.3 Гигиеническая стандартизация химического сырья и готовых
продуктов.
Используемые в технологическом процессе химических предприятий сырье и готовые продукты могут содержать токсические примеси, которые при
поддержании концентраций основных веществ на уровне ПДК могут углублять их токсическое действие или вызывать его сами. В связи с этим нужна
соответствующая регламентация рецептур и технологических процессов. Такое направление гигиенической регламентации допустимых количеств примесей путем внесения выработанных ограничений в государственные стандарты, временные или постоянные технические условия и организации контроля
за их содержанием в воздухе и контролируемом продукте.
Одним из наиболее распространенных и известных продуктов, которые
могут содержать высокоядовитые примеси, являются органические растворители. Обычно эти смеси непостоянного состава, в которых количества наиболее опасных загрязняющих примесей могут колебаться в значительных преде-
75
лах. Например, в бензинах содержание ароматических углеводородов в зависимости от месторождения нефти, способа получения и марки конечного продукта колеблется от трех до 40–50%. Высокомолекулярные синтетические материалы содержат остатки токсических мономеров (из–за неполной полимеризации или конденсации), а также другие летучие примеси многих добавляемых ингредиентов (пластификаторов, антиоксидантов и прочих "добавок").
В основу гигиенической стандартизации могут быть положены результаты экспериментальных токсилогических исследований новых химических веществ, их смесей, готовых продуктов. Должны учитываться также условия их
получения и применения (нагревание, механическая обработка, степень контакта и др.), натурные условия, концентрация в воздухе рабочей зоны, влияние в зависимости от рецептуры или содержания опасных примесей.
Государственные стандарты и технические условия согласуются с Министерством здравоохранения, центральными комитетами профсоюзов. В положении о государственном санитарном надзоре указывается, что МЗ должен
рассматривать проекты государственных стандартов и технические условия
на новые виды сырья, давать разрешения на применение новых изделий,
пластмасс и др. При этом особое внимание должно быть обращено на производство и хранение радиоактивных, сильнодействующих, ядовитых веществ и
средств защиты растений.
7.4.Основные направления профилактики отравлений
В целях предупреждения неблагоприятных последствий контакта работающих с вредными химическими веществами, профилактики профессиональных заболеваний в нашей стране сложилась система оздоровительных мероприятии: технологических, санитарно – технических и лечебно – профилактических.
Предупреждение профессиональных отравлений должно осуществляться
уже на стадии разработки технологии, внедрения новых веществ, при наличии опытных установок и эксплуатации промышленных объектов. Руководящими документами для такого контроля служат периодически перерабатываемые с участием органов санитарного надзора «Общие санитарные нормы и
правила В этом основном документе приведены требования к устройству
производственных и бытовых помещений, вентиляции и других санитарно –
технических сооружений, предусматривая обеспечение минимального загрязнения воздуха рабочей зоны, атмосферного воздуха населенных пунктов, а
также водных источников.
Предупреждение профессиональных отравлений и заболеваний должно
идти путем соблюдения требований санитарных правил, инструкций и указаний и т.п. документов, регламентирующих безопасность условий труда в
отдельных производствах, в сельском хозяйстве, при работе с особо токсическими веществами. Такие правила и инструкции разрабатываются и издаются
76
Минздравом РФ, а также отдельными министерствами, главками по согласованию с органами санитарного надзора, с отраслевыми профессиональными
союзами.
Технический прогресс тесно связан с улучшением условий труда, с более
безопасными технологическими процессами и оборудованием, со снижением
концентрации вредных веществ в воздухе. Он обеспечивает механизацию, непрерывность процессов, дистанционные управление, возможность изоляции
особо опасной аппаратуры в отдельные кабины.
В то же время ряд химических процессов осуществляется по прерывистым схемам; некоторые технологические процессы, устройство аппаратуры
для многих процессов и транспорт токсических веществ далеко не совершенны. Дальнейшее усовершенствование технологии с целью профилактики профессиональных поражений должен идти по линии перехода на непрерывные
или одностадийные процессы в химической или других отраслях промышленности, использующих токсические соединения. Следует всемерно внедрять
механизацию транспорта жидких и сыпучих тел, автоматизацию операции загрузок и выгрузок, устранение непосредственного контакта работающих с
токсическими веществами использование наиболее рационального и безопасного оборудования.
Комплексная механизация и автоматизация процессов с дистанционным
управлением или внедрением непрерывных технологических процессов имеют большое гигиеническое преимущество перед периодическими процессами
(устраняются нарушения герметичности оборудования, ручные операции и
контакт с ядовитыми веществами); вынесение производственного оборудования из закрытых помещений на открытые площадки, передача жидкостей
самотеком путем размещения оборудования на разных уровнях вместо перекачивания их насосами; герметизация аппаратуры и коммуникаций; автоматический контроль за ходом технологических процессов с целью исключения
операций, связанных с загрязнением воздушной среды ядовитыми веществами (например, отбора из оборудования проб продуктов для химических анализов, замера уровней продуктов и др.); сигнализация об угрозе аварии; систематическое проведение текущего, планово– предупредительного и капитального ремонта оборудования и коммуникаций для предупреждения газо –
паровыделения через неплотности.
Под особым контролем должно находиться оборудование, работающее
под давлением и содержащее карродирующие продукты.
В деле борьбы с профессиональными отравлениями важное значение
имеют такие санитарно– технические мероприятия, такие, как планировка цехов и оборудования, исключающая поступление ядовитых газов, паров, пыли
из одного помещения в другое; выбор материалов для стен полов, не сорбирующих ядовитые вещества и легко очищаемых.
Важным мероприятием по профилактике отравлений на промышленных
предприятиях являются замена ядовитых веществ неядовитыми. В нашей
77
стране это направление проводится уже несколько десятков лет. В результате
ограничения применения свинцовых белил и замены их цинковыми, замены
свинцовой формы в фарфоро–фаянсовом и керамическом производстве бес
свинцовой, замены свинцовых прокладок при насечке напильников мягким
сплавом. В настоящее время началась постепенная замена свинцового шрифта в типографиях шрифтом из пластмассы. Еще в первые годы советской власти в производстве фетра ртуть была заменена щелочью.
Производится работа по замене ряда ртутных приборов безртутными,
ртутные дифманометры заменяются мембранными, ртутные вакуумные насосы – масляными и др.
Весьма эффективным в снижении профессиональных отравлений оказалось ограничение применения таких токсических веществ, как бензол, дихлорэтан, четыреххлористый углерод в рецептуре лаков и красок. Устранение
из анилина красочной промышленности бетанафтил–амина резко снизило
опасность заболеваний рабочих профессиональным раком.
Немаловажную роль в профилактике профессиональных отравлений играет гигиеническая стандартизация химического сырья и продукции. Начало
этого направления, которым предусматривается освобождение вещества от
вредных примесей, было положено постановлением Наркомтруда СССР в
1930 году. Примерами гигиенической стандартизации могут служить ограничение содержания фосфористого водорода в ацетилене, мышьяковистого водорода в серной кислоте, ароматических углеводородов в бензинах, ацетилового спирта в древесных растворителях, альдегидов, метилового спирта, фурфурола в гидролизном или сульфатном спирту и т.д.
Для обеспечения безопасных условий труда в нашей стране организована
многостадийная токсикологическая оценка всех используемых в промышленности химических веществ, начиная с лабораторной разработки и кончая
массовым производством и применением химической продукции. Необходимость создания такой системы обусловлена гигиенической и экологической
целесообразностью – замена высоко опасных химических веществ на стадии
разработки новой технологии более целесообразна, чем реконструкция действующих производств.
На стадии теоретического проекта технологической схемы проводится
предварительная токсилогическая оценка используемых химических веществ,
которая включает анализ данных литературы и расчет показателей их токсичности и опасности на основе сопоставлений химической структуры, химических и физических свойств с биологическим действием интерполяцией и экстраполяцией в рядах соединений. Если принимается решение о лабораторной
разработке нового химического соединения. То встает вопрос о более глубокой оценке его токсичности, опасности и характера вредного действия на организации с целью разработки гигиенического норматива допустимого содержания в воздухе рабочей зоны.
78
Как следует из таблицы 11, проводятся специальные токсикологические
исследования по разработке ориентированных безопасных уровней воздействия (ОБУВ), которые устанавливаются на определенное время (2–3 года), а
затем предельно допустимых концентраций (ПДК).
Таблица 11.
Стадийность в установлении гигиенических нормативов вредных веществ в воздухе
рабочей зоны.
Стадии установления гигиенического норСтадии технической разработки
матива
1. Обоснование ОБУВ
Период лабораторной разработки новых
соединений (период предшествующего
проектированию производства).
2. Обоснование ПДК
Период полузаводских испытаний и проектирования производства
3. Корректировка ПДК путем сравнения После внедрения вещества в производство
условий труда работающих и состояния (не позднее 3–5 лет с момента внедрения)
здоровья (клинико–гигиеническая апробация ПДК)
Профилактическая роль ПДК заключается не только в обеспечении достаточно безопасных концентраций вредных веществ в воздухе, но и в возможности систематического контроля за состоянием воздушной среды органами санитарного надзора, и самими предприятиями (санитарные лаборатории на промышленном предприятии утверждены МЗ СССР №822–69 и согласовано в ВЦСПС), выявление дефектов технологии, оборудования, санитарно
– технических устройств, а также правильности принятой ПДК путем сопоставления концентраций в воздухе и состоянием здоровья соответствующих
групп работающих. Например, систематическое наблюдение за концентрацией паров бензола в воздухе и сравнение их с частотой и выраженностью профессиональных хронических отравлений этим ядом дало основание для снижения ПДК бензола в 10 раз. Такие же наблюдения и сопоставления позволили значительно снизить допустимые концентрации паров стирола, анилина и
некоторых других соединений.
В деле контроля за соблюдением ПД налаживание автоматического, непрерывного контроля за концентрациями вредных паров (веществ) в воздухе
и достаточная чувствительность определения. В этом отношении перспективны современные инструментальные методы, используемые при недостаточной чувствительности или избирательности аналитических, химических методик (хроматография, спектрометрия и ряд других).
Допустимы некоторые успехи в налаживании автоматической регуляции
и даже сигнализации для некоторых соединений, таких, как предельные, ароматические углеводороды, окись углерода.
Так как при осуществлении перечисленных выше мероприятий в производственных условиях все же не всегда исключено выделение в воздух ядови-
79
тых веществ, то для оздоровления воздушной среды важное значение имеют
вентиляционные устройства.
В тех случаях, когда технические и санитарно – технические мероприятия полностью не ликвидируют воздействия ядовитых веществ на организм, в
частности при работе с токсическими веществами в закрытых пространствах,
при работах с особо токсичными веществами, при ликвидации аварий, ремонтных работах и т.п. необходима индивидуальная защита органов дыхания,
зрения и кожи.
Для защиты органов дыхания имеются противогазы разных систем и респираторы: фильтрующие промышленные противогазы разных марок, защищающие от отдельных или их смесей, используемые при достаточном содержании кислорода в воздухе; изолирующие, применяемые при недостатке кислорода или чрезвычайно высоких концентрациях вредных газов и паров; изолирующие шланговые противогазы, а также респираторы, рассчитанные на
защиту от аэрозолей токсических и фиброгенных веществ.
Для предохранения глаз от повреждающего действия газов, паров, пыли
используются герметичные защитные очки разных марок.
Особую роль приобретает защита кожи, так как профессиональные заболевания ее (дерматиты, экземы) составляют значительную, а в некоторых
производствах – основную часть всех профессиональных заболеваний. Многие химические вещества хорошо всасываются через кожу и вызывают отравление именно таким путем. Например, ароматические амины, нитроароматические соединения, хлорозамещенные углеводороды, фосфорганические,
хлороргалические инсектициды, элементоорганические соединения и многие
другие. Защита кожи осуществляется как спецодеждой, специальной обувью,
защитными перчатками, рукавицами, фартуками, изготовленными как из
шерстяных или хлопчатобумажных тканей с непроницаемыми покрытиями,
так и из синтетических материалов. Помимо защитных перчаток или рукавиц,
нарукавников, используются защитные мазевые средства – гидрофобные, гидрофильные, типа биологических перчаток, фотозащитные, средства химической дезактивации непосредственно на коже, ряд средств, смывающих загрязнения, смягчающие кожу.
Важную роль в профилактике профессиональных отравлений призваны
сыграть газоспасательные станции или пункты; они устраиваются в основном
на металлургических и химических заводах (постановление Наркомтруда
СССР от 27 марта 1930 года №34). В их задачи входит внимание особенно
опасных работ и руководство ликвидаций аварий, контроль за осуществление
мероприятий по борьбе с газовыделениями, инструктаж в отношении безопасных методов работы и контроль за их выполнением систематический
контроль за загрязнением атмосферы в газоопасных местах, которые определяются промышленно – санитарным врачом.
Большое значение для предупреждения профессиональных отравлений
имеют медико–санитарные мероприятия.
80
А) Обязательная регистрация и расследование причин всех случаев профессиональных отравлений имеет целью предупреждение их повторения.
Этот учет введен в СССР еще с 1 марта 1924 года, постановлением Наркомтруда и Наркомздрава и в дальнейшем уточненным положением и инструкцией, изданными Министерством здравоохранения в 1939году. Все случаи
острых профессиональных отравлений с утратой, а групповые (5 пострадавших и более) и без утраты трудоспособности подлежат учету и тщательному
расследованию. Основным документом учета острых профессиональных
отравлений является акт расследования, которое проводится санитарным врачом с совместно с администрацией предприятия, цеха и отдела техники безопасности предприятия.
Б) Предварительные медицинские осмотры, имеют целью недопущение
на работу лиц с заболеваниями, которые при контакте с данными ядовитыми
веществами могут тяжелее протекать или способствовать возникновению
профессионального отравления.
В) Периодические медицинские осмотры имеют целью выявление ранних, начальных симптомов воздействия ядовитых веществ и проведение профилактических и лечебных мероприятий. Периодические медицинские осмотры выявляют неблагоприятные участки производства и обосновывают меры
индивидуальной профилактики (отстранение от работы с токсическими веществами, перевод на другую работу, специальное лечение, санаторно–курортное лечение и т.п.)
Предварительные и периодические медицинские осмотры проводятся на
основании МЗ за №136– МС 1957 год, приказ №700 от 19.07.84 «О проведении обязательных предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров трудящихся, подвергающихся воздействию вредных и неблагоприятных условий труда, а также многочисленных инструкций,
методических рекомендации и писем, утв. МЗ».
Г) Обязателен вводный (при приеме на работу) санитарный инструктаж,
содержание которого составляет ознакомление работающих с источниками
неблагоприятных санитарных факторов, мерами профилактики, обучение
правильному пользованию санитарно–техническими устройствами и средствами индивидуальной защиты, обучение мерами самопомощи и взаимопомощи при отравлении. Периодический инструктаж этот должен возобновляться (повторный инструктаж) и отметки о его проведении должен быть
зафиксирован в специальных документах.
Д) Рациональное питание также включается в число методов индивидуальной профилактики профессиональных отравлений. Согласно статье 64
«Основ законодательства СССР и союзных республик о труде», на работах с
особо вредными условиями труда «представляется бесплатное лечебно–профилактическое питание по установленным нормам». Выдача лечебно–профилактического питания регламентируется постановлением Госкомтруда от
07.01.77 №4/11–1, которым утвержден: перечень производств, профессий и
81
должностей, работа которых дает право на бесплатное получение лечебно–
профилактического питания; нормы бесплатной выдачи лечебно–профилактического питания.
Рабочим, занятым на вредных работах, в ряде случаев по заключению
промышленно–санитарного надзора и согласованного с администрацией и
профсоюзной организацией выдается молоко. Молоко нужно рассматривать
как пищевой продукт высокой ценности, способствующий повышению сопротивляемости организма, а не как универсальное противоядие или нейтрализующее вещество.
Для предупреждения возможности вредного воздействия ядовитых веществ в нашей стране существует ряд дополнительных льгот для работающих
с этими веществами. В ряде производств установлен специальный режим труда – сокращенный рабочий день, увеличение длительности ежегодных отпусков, установление повышенных тарифных ставок, предоставление пенсий на
льготных условиях (снижение пенсионного возраста, уменьшение требуемого
стажа работы для назначения пенсии, увеличение ее размера). На ряд производств, где имеется повышенная опасность действия вредных веществ на специфические функции организма, не допускаются женщины и подростки.
Лекция 8. Расчетные методы определения ПДК вредных веществ в
воздухе рабочей зоны.
8.1. Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны по физико–химическим константам.
8.2. Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны по параметрам острой токсичности
Одним из завершающих этапов предварительной токсикологической
оценки является рекомендация ориентировочных ПДК на основе математического прогнозирования по физико–химическим константам и параметрам
острой токсичности.
Теоретической базой для создания методов расчета явились прочно установленные факты, свидетельствующие о связи между физико–химическими
свойствами веществ и их токсическим действием. В создании расчетных методов прогнозирования ориентировочных ПДК приняли участие видные
отечественные ученые: Е.И. Любкина, А.А. Голубев, В.А. Филов, Г.Н. Заева,
Н.К. Кулагина. Разработка расчетных методов определения токсичности и
ориентировочных ПДК химических веществ идет по двум направлениям:
1. Прогнозирование токсичности на основе физико–химических констант
2. Прогнозирование с учетом параметров острой токсичности.
8.1.Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны по физико–химическим константам.
82
Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК для разнообразных
летучих органических соединений ориентировочные ПДК в воздухе рабочей
зоны можно рассчитать по формулам Е.И. Любкиной и А.А. Голубева:
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
рз =1,12−0, 058 σlg  M  1 
рз =14 ,2−10×nDlg  M   2 
рз =−1,2−0, 012×t пл .lg M   3
рз =0,4−0, 002×M lg  M   4 
рз =0,6−0, 01×t кип .lg  M   5
рз =1,6−2,2×d lg  M   6 
Уравнения (1 – 6) рекомендуются авторами при ограничении констант в
пределах: М = 30 – 300; d = 0,6 – 2; tпл. = –190 – +180; nD = 1,3 – 1,6.
Расчет ПДК следует проводить по всем имеющимся константам или не
менее чем по двум. Среднее значение рассчитывается из lgПДК и лишь потом
берется антилогарифм. К данной группе уравнений авторы рекомендуют поправки на химическое строение веществ. В таблице 12 представлены вещества с неспецифическим действием, имеющим знак (+) и вещества со специфическим действием, имеющим знак (–).
Таблица 12
Поправки к lg ПДК в воздухе рабочей зоны, зависящие от химического строения вещества.
Характеристика групп соединений
Величина поправки
Насыщенные кетоны, спирты, простые и сложные эфиры + 0,5
жирного ряда
Соединения с тройной связью в примой цепи
– 0,5
Амины жирного ряда
– 1,0
Циклические соединения, содержащие в боковой цепи груп- – 1,0
пу NO2
Наличие двойной или тройной связи вместе с активным эле- – 1,0
ментом (Cl, Br, F, OH.)
Фосфорорганические соединения
– 1,5
Соединения, отщепляющие группу CN
– 2,0
8.2. Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны по параметрам острой токсичности.
– Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны для летучих органических соединений можно рассчитать по формулам А.О. Лойта
lg ПДК рз =0, 91 lgCL 50−2,7lg M   7 
lg ПДК рз =1,53 lg DL 50−5,7lg M  8 
83
– Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны для газов и паров органических соединений рассчитывается по формулам Е.И. Любкиной и А.А. Голубева
lg ПДК рз =lg ПК сг . р . 1,7lg M   9 
lg ПДК рз =0, 91 lgCL 500,1lg M   10 
lg ПДК рз =lg DL 50−2,0lg M   11
Эти уравнения могут быть заменены более простыми:
ПДК рз=50×Пк сг . р .  12
ПДК рз=0, 01 DL 50  13
Кроме того, была предложена еще одна формула:
lg ПДК рз =0, 25 lg ПК сг . р .0, 71Cl 500, 25lg  M  14 
– Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны для органических соединений, которые могут находиться в воздухе
в виде аэрозолей (например, пестициды) рассчитывается по формуле Е.И.
Любкиной и А.А. Голубева:
Lg  ПДК рз =lg Dl 50−3,1lg M   15
ПДК рз=0, 0008 Dl 50 16 
– Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны для аэрозолей окислов или других малорастворимых соединений
металлов вычисляется по формуле Е.И. Либкиной и А.А. Голубева:
lg  ПДК рз =0, 85lg Dl 50−3,0lg M −lg  N  17 
– Математическое прогнозирование ориентировочных ПДК в воздухе рабочей зоны для летучих веществ раздражающего типа определяется по формуле А.А. Голубева
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
lg  ПДК
рз =0, 880, 61 lgC × разд . кошку 18 
рз =1, 250, 57 g  C × разд . кролика 19 
рз =1, 940, 76 lg C × разд . человека  20 
рз =1,160, 37 lgCL 500, 47 lgC × разд .человека  21 
Модуль 3 «Гигиена труда»
Лекция 9 (в четырех частях) Медико – биологические особенности, обусловленные воздействием физических факторов на организм человека
Часть 1 Микроклимат и теплообмен человека с окружающей средой
84
9.1. Температура воздуха
9.3. Влажность воздуха
9.3. Подвижность воздуха
При оценке воздушной среды следует учитывать все ее свойства. Физические свойства – температура, влажность, подвижность воздуха, барометрическое давление, электрическое состояние. Действие воздушной среды на организм комплексное, но одно из существенных воздействий связано с физическими свойствами воздуха, поскольку они в значительной степени определяют теплообмен организма с окружающей средой. Как известно, теплообмен
организма поддерживается путем уравновешивания процессов химической и
физической терморегуляцией. Химическая терморегуляция определяется
способностью организма изменять интенсивность обменных процессов. Накопление тепла в организме происходит как в результате выработки тепла
при мышечной работе, так и от лучистого тепла солнца и нагретых предметов, теплого воздуха и горячей пищи. Организм дает тепло путем проведения,
конвенции и испарения пота. Теплоотдача проведения осуществляется при
соприкосновением с холодными поверхностями. Конвекционная отдача тепла
происходит при нагревании воздушных масс. Отдача тепла излучением возможна вблизи предметов и ограждений, имеющих более низкую температуру,
чем кожа человека. При испарении пота организм также отдает тепло. Небольшое количество тепла выводится из организма с выдыхаем воздухом и
физиологическими отправлениями. Терморегуляционные механизмы функционируют под контролем центральной нервной системы, и в зависимости от ее
состояния возможно изменения процессов как теплопродукции так и теплоотдачи. В состоянии покоя и теплового комфорта теплопотери конвекции составляют 15,3%, излучения 55,6%, испарения 29,1%.
Отдача тепла проведением зависит от разницы температуры поверхности тела человека и предмета, а также теплопроводности этих предметов.
Теплопроводность воздуха ничтожна, поэтому отдача тепла проведением через неподвижный воздух исключена. Интенсивность отдачи тепла конвенцией зависит от площади поверхности тела человека, разности температур воздушной среды и тела и от скорости движения воздуха. Усиленные конвекционные токи способствуют быстрейшему охлаждению организма. При одной и
той же температуре воздуха повышенная подвижность воздуха способствует
быстрому охлаждению кожи человека, чем на неподвижном воздухе.
Например, при температуре воздуха 18ºС разница температуры кожи
при неподвижном воздухе и при ветре составляет 7ºС. Чем выше температура
воздуха, тем слабее охлаждающий эффект ветра, при температуре воздуха
34ºС температура кожи при неподвижном воздухе и ветре остается одинаковой и составляет около 34ºС, т.е. теплый ветер способствует перегреванию
организма.
85
В процессах теплообмена организма с внешней средой большое значение имеет лучистый (радиационный) теплообмен. Согласно физическим законам всякое тело при температуре выше абсолютного нуля, излучает тепло в
окружающее пространство. Теплоизлучение зависит только от теплового состояния нагретого предмета и не зависит от температуры воздушной среды.
С повышением температуры излучающего тела длина волн уменьшается, т.е. спектр излучения сдвигается в сторону более коротких волн. Например, металл красного каления испускает длинноволновые инфракрасные
лучи, оказывающие тепловое воздействие. при дальнейшем нагревании металла и перевода его в состояние белого каления спектр излучения сдвигается
в сторону более коротких волн, включая волны светового излучения. Наряду
с тепловым воздействием металл начинает светиться. Следовательно, зная
длину волны с максимальной энергией излучения можно предвидеть то или
иное конкретное воздействие и разработать меры защиты.
Лучистое тепло и тепло воздушных масс (конвекционное) вызывает
одно и то же субъективное ощущение тепла, но механизмы и пути воздействия на организм этих видов тепла различные. Лучистое тепло проникающее, конвекционное тепло воздействует на поверхность тела человека и, следовательно, не проникает столь глубоко как лучистое тепло.
Между человеком и окружающими предметами идет непрерывный обмен лучистым теплом. Если поверхность тела человека излучает столько тепла, сколько принимает от окружающих предметов, радиационный баланс равен нулю. Если средняя температура окружающих предметов и ограждений
выше температуры кожи человека, то человек получает больше лучистого
тепла от окружающих предметов, чем излучает сам, т.е. радиационный баланс
положительный. Отрицательный радиационный баланс создается тогда, когда
человек отдает лучеиспусканием больше тепла, чем получает от окружающих
предметов. В случае резкого нарушения радиационного баланса наблюдается
перенагревание или охлаждение. Например, в горячих цехах возможно перенагревание рабочих не только из–за высокой температуры воздуха, но и в результате интенсивного притока лучистого тепла от нагретых поверхностей,
раскаленного металла и т.д. Холодные и сырые стены создают условия для
отрицательного радиационного баланса. Человек охлаждается, интенсивно
излучая тепло в сторону холодных ограждений. При этом несмотря на благоприятную температуру воздуха, человек часто ощущает тепловой дискомфорт. При сочетании радиационного охлаждения и низкой температуры воздуха наблюдается более быстрое и глубокое охлаждение организма.
9.1. Температура воздуха
Температура воздуха является постоянно действующим фактором
окружающей среды. Человек подвергается действию колебаний температуры
воздуха в различный климатических районах, при изменении погодных усло-
86
вий, при нарушении температурного режима в жилых и общественных зданиях.
Влияние неблагоприятной температуры воздуха на организм наиболее
выражено в производственных условиях, где возможны очень высокие или
очень низкие температуры воздуха. Кроме того, воздействие неблагоприятной температуры воздуха подвергается большая группа людей, работающих
на открытом воздухе. Это строительные рабочие, работники лесной промышленности, сельского хозяйства, в войсках, в полевых условиях и т.д.
При действии на организм высокой температуры воздуха, выше 35ºС,
нарушается, в первую очередь, отдача тепла конвекционным путем. Нагретые
поверхности уменьшают или прекращают конвекционную отдачу тепла, организм освобождается от излишнего тепла преимущественно потоиспарением.
На величину потери тепла потоиспарением существенно влияет влажность и
подвижность воздуха. так, при температуре воздуха выше 35ºС и умеренной
влажности, потеря влаги потоиспарением может достигнуть 5–8 литров в сутки. В исключительных случаях эта потеря может достигать 10 литров в сутки.
Вместе с потом из организма выделяются соли, среди которых наибольшую
долю составляют хлориды. С потом выделяются водорастворимые витамины
С и группа В. Потеря солей плазмы крови ведет к повышению вязкости крови, что затрудняет работу сердечно–сосудистой системы. При длительном
воздействии высокой температуры воздуха нарушается деятельность желудочно–кишечного тракта. Выделения из организма хлор–иона, прием большого количества воды ведут к угнетению желудочной секреции и снижению
бактерицидности желудочного сока, что создает благоприятные условия в желудочно–кишечном тракте.
Влияние высокой температуры воздуха отрицательно сказывается на
состоянии центральной нервной системы, что проявляется в ослаблении внимания, координации движений, замедлении реакций. Это способствует снижению качества работы и увеличению производственного травматизма.
У рабочих, постоянно подвергающихся действиям высоких температур
воздуха, снижается иммунно–биологическая активность с повышением заболеваемости. Резкое перегревание организма может привести к тепловому удару (болезненности мышц, сухость во рту, нервно–психическое возбуждение).
Такие явления возникают при тяжелом физическом труде в жарком климате.
Кроме высокой температуры воздуха человек подвергается воздействию и низких температур в районах Крайнего Севера и в особых помещениях. При очень низких температурах воздуха возрастают теплопотери радиации и конвекции, снижаются теплопотери и испарение. В этом случае общие
теплопотери превышают теплопродукцию, что приводит к дефициту тепла,
понижению температуры кожи и охлаждению организма.
Понижение температуры и ослабление тактильной чувствительности
кожи становится наиболее чувствительной реакция организма на изменение
теплового изменения состояния организма при охлаждении. При этом проис-
87
ходит изменения функционального состояния центральной нервной системы,
что проявляется в своеобразном наркотическом действии холода, ведущем к
ослаблению мышечной деятельности, резкому снижению реакции на болевые
раздражения, к сонливости.
Местное охлаждение, особенно охлаждение ног, способствует развитию
простудных заболеваний, что связано с рефлекторным снижением температуры слизистой носоглотки. Это явление учитывается при гигиенической оценке температурного режима жилых и общественных зданий путем регламентации перепадов воздуха по вертикали, которые не должны превышать 2,5ºС на
один метр. Известны случаи отморожения нижних конечностей у солдат, при
температуре воздуха близкой к нулю, когда длительной нахождение в окопах
приводило к нарушению кровообращения в конечностях. Ноги быстро охлаждались в результате интенсивной отдачи теплоизлучения холодным и сырым стенам окопа. Переохлаждение конечностей усугублялось увлажнением
одежды, которая становилась более теплопроводимой. Наибольшее число обморожений и даже смертей от охлаждения наблюдается при сочетании низкой температуры, низкой влажности и малоподвижности.
9.2. Влажность воздуха
Влажность воздуха имеет большое значение, поскольку влияет на теплообмен организма с окружающей средой. Абсолютная влажность воздуха
дает представление об абсолютном содержании водяных паров в граммах на
один кубический метр воздуха, но не показывает степень насыщения воздуха
парами. Например, при одной и той же абсолютной влажности насыщение
воздуха водяными парами будет различным при разной температуре воздуха.
Чем ниже температура воздуха, тем меньше необходимо водяных паров для
максимального насыщения, и наоборот, для максимального насыщения воздуха при высокой температуре абсолютная влажность должна иметь большее
значение.
В гигиенической практике учитывают относительную влажность воздуха и дефицит его насыщения, т.е. разность максимальной и абсолютной влажности воздуха. Эти величины влияют на процессы теплоотдачи человека путем потоиспарения. Чем больше дефицит влажности, тем суше воздух, тем
больше водяных паров он может воспринять, следовательно, тем интенсивнее
может быть отдача тепла потоиспарения. Высокая температура переносится
легче, если воздух сухой. При температуре воздуха, близкой к температуре
кожи конвекция резко снижена, но возможна теплоотдача через потоиспарение. При сочетании высокой температуры воздуха и высокой влажности более 90% испарение пота практически исключено и наступает перенагревание
организма. Высокая температура при умеренной влажности до 70% способствует теплоиспарению, что исключает перенагревание. При низких темпера-
88
турах сухой воздух уменьшает теплопотери вследствие плохой теплопроводимости.
Неблагоприятное влияние сухого воздуха проявляется только при
крайних проявлениях его сухости. Чрезмерно сухой воздух при влажности
менее 20% иссушает слизистую оболочку носа, рта, глотки, на слизистых образуются трещины, которые легко инфицируются.
Действия на организм сухого воздуха усугубляется при высокой подвижности этого человека. Горячий ветер не только вызывает перенагревание, но и ухудшает самочувствие, снижая работоспособность.
9.3. Подвижность воздуха
Подвижность воздуха влияет на теплопотери организма путем конвекции и потоиспарения. При высокой температуре воздуха его умеренная подвижность способствует охлаждению кожи. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре, наоборот, зимой ветер вызывает переохлаждение кожи в результате усиленной отдачи тепла конвекции. Повышенная подвижность воздуха рефлекторно влияет на процессы обмена веществ,
по мере понижения температуры воздуха и увеличению его подвижности повышается теплопродукция.
Сильный ветер, более 20 м/с нарушает ритм дыхания, механически препятствует физической работе и передвижению. Умеренный ветер оказывает
бодрящее действие, продолжительный ветер резко угнетает человека. Наиболее благоприятная подвижность воздуха в летнее время это 1–2 м/с.
Лекция 9
Часть 2 Механические колебания
9.2.1. Производственный шум
9.2.2. Ультразвук
9.2.3. Инфразвук
9.2.4. Производственная вибрация
К вредным факторам производственной среды, обусловленным механическими колебательными движениями, относятся шум, ультразвук, инфразвук
и вибрация. Внедрение в различные отрасли народного хозяйства мощных источников звука, а также машин и оборудования, генерирующих вибрацию, в
значительной степени определило влияние механических колебаний на здоровье человека, развитие профессиональной патологии.
9.2.1. Производственный шум
89
Производственный шум – это совокупность звуков различной интенсивности и высоты, беспорядочно изменяющихся во времени, возникающих в
условиях производства и неблагоприятно воздействующих на организм.
При работе различного оборудования, при клепке, чеканке, работе на
станках, на транспорте и т.п. возникают колебания, которые передаются воздушной среде и распространяются в ней. Звуковая волна распространяется от
источников колебания в виде зон сгущения и разрежения воздуха.
Механические колебания характеризуются амплитудой и частотой. Амплитуда определяется размахом колебаний, частота – числом полных колебаний в 1 с. Единицей измерения частоты является герц (Гц) – 1 колебание в
секунду. Амплитуда колебаний определяет величину звукового давления. В
связи с этим звуковая волна несет определенную механическую энергию, измеряемую в ваттах на 1 см2.
Частота колебаний определяет высоту звучания: чем больше частота колебаний, тем выше звук. Человек воспринимает лишь звуки, имеющие частоту от 20 до 20 000 Гц. Ниже 20 Гц находится область инфразвука, выше 20
000 Гц – ультразвука. Однако в реальной жизни, в том числе и в условиях
производства, встречаются звуки с частотой от 50 до 5000 Гц. Орган слуха человека реагирует не на абсолютный, а на относительный прирост частот: возрастание частоты колебаний вдвое воспринимается как повышение тона на
определенную величину, называемую октавой. Таким образом, октава –
диапазон частот, в которой верхняя граница частоты вдвое больше нижней.
Весь диапазон частот разбит на октавы со среднегеометрическими частотами
31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.
Распределение энергии по частотам шума представляет собой его спектральный состав. При гигиенической оценке шума измеряют как его интенсивность (силу), так и спектральный состав по частотам.
В связи с большой широтой воспринимаемых энергий для измерения
интенсивности звуков или шума используют логарифмическую шкалу – так
называемую шкалу Бел или децибел (дБ). За исходную цифру 0 Бел принята
пороговая для слуха величина звукового давления 2 • 10–5 Па (порог слышимости или восприятия). При возрастании ее в 10 раз звук субъективно воспринимается как вдвое более громкий и его интенсивность составляет 1 Бел.
или 10 дБ. При возрастании интенсивности в 100 раз в сравнении с пороговой, звук оказывается вдвое громче предыдущего и его интенсивность равна 2
Бел или 20 дБ, и т.д. Весь диапазон громкостей, воспринимаемых как звук,
укладывается в 140 дБ. Звуки, по громкости превышающие эту величину, вызывают у человека неприятные и болевые ощущения, поэтому громкость
140 дБ обозначается как болевой порог. Следовательно, при измерении интенсивности звуков пользуются не абсолютными величинами энергии или
давления, а относительными, выражая отношение величины энергии или давления данного звука к величинам энергии или звукового давления, являющимися пороговыми для слуха.
90
С учетом рассмотренных физико–гигиенических характеристик производственный шум можно классифицировать по различным признакам.
По этиологии – аэродинамический, гидродинамический, металлический
и т.д.
По частотной характеристике – низкочастотный (1–350 Гц), среднечастотный (350–800 Гц), высокочастотный (более 800 Гц).
По спектру – широкополосный (шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы), тональный (шум, в спектре которого имеются выраженные тоны). Широкополосный шум с одинаковой интенсивностью звуков по
всем частотам условно обозначают как «белый».
По распределению энергии во времени – постоянный или стабильный,
непостоянный. Непостоянный шум может быть колеблющимся, прерывистым
и импульсным. Для двух последних видов шума характерно резкое изменение
звуковой энергии во времени (свистки, гудки, удары кузнечного молота, выстрелы и пр.).
В последние годы трудно найти отрасль промышленности, не создающую шума. Интенсивный шум возникает при клепке, чеканке, штамповке, испытании моторов, работе различных станков, отбойных молотков, прокатных
станов, компрессорных установок, центрифуг, виброплощадок и т.д.
Влияние шума на организм весьма часто сочетается с другими производственными вредностями – неблагоприятными микроклимати–ческими
условиями, токсичными веществами, ультразвуком, вибрацией. Производственный шум вызывает профессиональную тугоухость, а иногда и глухоту. Чаще слух изменяется под действием высокочастотного шума. Однако
низко– и среднечастотный шум большой интенсивности также ведет к ухудшению слуха. Механизм нарушения слуха заключается в развитии атрофических процессов в нервных окончаниях кортиева органа. Профессиональная
потеря слуха развивается медленно и постепенно прогрессирует с возрастом и
стажем. Показательно, что в первое время у рабочих шумных профессий снижение слуха адаптационное, временное. Однако постепенно в связи с атрофическими процессами в кортиевом органе снижается слух сначала на высокие
частоты, а затем и на средние и низкие (кохлеарный неврит). Рабочие шумных профессий в первые годы работы часто субъективно не ощущают нарушения слуха и лишь когда процесс становится разлитым, начинают жаловаться на снижение слуха. В связи с этим главным методом ранней диагностики
нарушения слуховой чувствительности у рабочих шумных профессий является аудиометрия.
Еще одной профессиональной патологией органа слуха может быть
звуковая травма. Она чаще обусловлена воздействием интенсивного импульсного шума и заключается в механическом повреждении барабанной
перепонки и среднего уха.
Наряду с воздействием на орган слуха происходит и общее воздействие
шума на организм, в первую очередь на нервную и сердечно–сосудистую си-
91
стемы с преобладанием астеновегетативных нарушений. Отмечаются жалобы
на головную боль, повышенную утомляемость, нарушение сна, снижение памяти, раздражительность, сердцебиение. Объективно наблюдаются удлинение латентного периода рефлексов, изменение дермографизма, лабильность
пульса, повышение артериального давления и т.д. Отмечаются нарушения
функции органов дыхания (угнетение дыхания), зрительного анализатора
(снижение чувствительности роговицы, уменьшение времени ясного видения
и критической частоты слияния мельканий, ухудшение цветового зрения), вестибулярного аппарата (головокружения и др.), желудочно–кишечного тракта
(нарушение моторной и секреторной функций), системы крови, мышечной и
эндокринной систем и т.д. Подобный симптомокомплекс, развивающийся в
организме под действием производственного шума, обозначают как «шумовую болезнь» (Е.Ц. Андреева–Галанина).
Профилактика воздействия шума осуществляется в нескольких направлениях. На производстве необходимо соблюдать ПДУ шума и ограничивать
время работы в шумных условиях (соблюдение допустимой дозы шума), заменять шумные технологические операции на бесшумные. Установка на оборудовании и конструкциях шумопоглощающих экранов и покрытий позволяет снизить уровень шума на 5–12 дБ. Предлагается вынесение шумных операций и производств в отдельные помещения или цеха. Наушники, вкладыши –
«беруши», антифоны, шлемофоны снижают проникновение шума в ухо на
10–50 дБ. Немаловажно рациональное сочетание труда и отдыха. Необходимы предварительные и периодические медицинские осмотры с привлечением
терапевта и отоларинголога, а по показаниям – невропатолога. Обязательны
аудиометрические исследования и контроль за артериальным давлением. К
работе в шумных условиях не допускаются лица с заболеваниями органа слуха и нервной системы. По результатам периодических осмотров работающих
направляют в профилактории и на санаторно–курортное лечение.
9.2.2. Ультразвук
Ультразвук – механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую природу, но превышающие верхний порог
слышимости (свыше 20 000 Гц или 20 кГц). Как и для звука, интенсивность
ультразвука измеряется в ваттах на квадратный сантиметр, а по логарифмической шкале – в белах (децибелах).
Ультразвук широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Так, низкочастотный ультразвук (11–100 кГц) применяется
для очистки деталей, котлов, стирки тканей, коагуляции взвешенных веществ
в воздухе, обработки сверхтвердых материалов (например, алмазов), в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми, гусеницами, грызунами, в пищевой
промышленности при замораживании сухого молока и эмульгировании жиров, в медицине для стерилизации инструментов. Высокочастотный ультра-
92
звук (100 кГц–1000 МГц) нашел применение в дефектоскопии, связи, в медицине применяется для диагностики (УЗИ), сращения костей, при операциях
на глазу, для разрушения опухолей, а в физиотерапии – как болеутоляющее,
общестимулирующее и снижающее артериальное давление средство.
Механизм повреждающего действия ультразвука на границе сред жидкость–газ основан на эффекте кавитации – образовании пузырьков газа и
пара на границе сред, выделении энергии и разрушении тканей. В твердых
средах разрушающее действие ультразвука обусловлено возникновением высокочастотной вибрации.
В производственных условиях возможно как контактное действие
ультразвука, так и его влияние через воздух. При работе с инструментами
преобладает контактное локальное действие ультразвука на руки. Патологические проявления заключаются в основном в развитии вегетативного полиневрита рук, парезе кистей и предплечий, фасцикулите рук. Однако как общие проявления возможны общецеребральные нарушения и вегетососудистая
дисфункция.
При длительном воздействии ультразвука, распространяющегося через
воздух, у работающих отмечаются нарушения нервной, сердечно–сосудистой
и эндокринной систем, поражение слухового и вестибулярного анализаторов,
гуморальные сдвиги и в первую очередь вегетодистония и астенический синдром. Работающие предъявляют жалобы на головную боль, расстройство сна,
раздражительность, утомляемость, снижение слуха.
Низкие уровни ультразвука (80–90 дБ) оказывают стимулирующее действие на организм, в связи с чем используются как лечебное и профилактическое средство. Ультразвуковой массаж способствует ускорению обменных
процессов, стимулированию рецепторов, нормализации сосудистых реакций
и расширению сосудов, снижению артериального давления.
Уровни ультразвука свыше 120 дБ оказывают выраженное повреждающее действие.
Профилактические мероприятия при работе с ультразвуковыми установками должны быть направлены на предупреждение контактного озвучивания через твердые и жидкие среды, на борьбу с распространением ультразвука в воздухе рабочей зоны и соблюдение гигиенических нормативов.
При работе необходимо использовать средства индивидуальной защиты, через каждые 1,5–2 ч работы с установками делать 15–минутный перерыв.
Работающим с ультразвуком назначают массаж, водные процедуры, ультрафиолетовое облучение эритемно–загарного спектра, витаминопрофилактику
(витамины С и группы В).
Необходим систематический контроль за состоянием здоровья работающих путем проведения периодических медицинских осмотров. При приеме на
работу проводят предварительный осмотр.
9.2.3. Инфразвук
93
Инфразвуком называются звуковые колебания и волны с частотами
ниже слышимых (акустических) частот – 20 Гц.
Частотный диапазон инфразвука находится ниже порога слышимости,
но в производственных условиях инфразвук, как правило, сопровождается
низкочастотным шумом.
В производстве источниками инфразвука являются мощные крупногабаритные машины и механизмы, турбулентные потоки газов и жидкостей,
вентиляционные системы и др. Инфразвук возникает в конверторных цехах,
при работе портовых кранов, компрессорных станций, при испытании реактивных двигателей и на аэродромах при взлете самолетов. Инфразвук генерируют железнодорожные локомотивы и составы, тяжелый грузовой транспорт.
В условиях производства часто встречаются уровни инфразвука, достигающие 110 дБ, что на 10 дБ превышает ПДУ.
В отличие от шумов звукового диапазона инфразвук обладает большой
длиной волны, которая в результате дифракции легко обходит преграды, не
задерживается экранами, проникает в помещения и почти не гасится с расстоянием. Слабое поглощение атмосферой способствует распространению инфразвука на многие километры. Кроме того, из–за резонансных частот инфразвук может вызывать вибрацию крупных объектов.
Биологическое действие инфразвука, превышающего 100 дБ, проявляется в нарушениях центральной нервной и сердечно–сосудистой систем,
органов дыхания, вестибулярного аппарата. Одновременно у работающих выявляется снижение слуха, преимущественно на низкие и средние частоты.
Угнетающее действие инфразвука на психоэмоциональное состояние в конечном итоге ведет к снижению работоспособности и повышенной утомляемости
рабочих.
Профилактика неблагоприятного действия инфразвука направлена
прежде всего на соблюдение гигиенических нормативов на рабочих местах.
Единственной радикальной мерой борьбы с инфразвуком является его гашение в источнике возникновения, поскольку защита экранами и поглощение на
пути распространения малоэффективны. При гармонических инфразвуковых
колебаниях предлагаются глушители интерферентного типа. Личная профилактика и лечебно–профилактические мероприятия аналогичны таковым при
работе в условиях шума.
9.2.4. Производственная вибрация
Производственная вибрация – это механические колебательные движения упругих тел в условиях производства, передающиеся непосредственно
телу человека или отдельным его частям и оказывающие неблагоприятное
воздействие на организм.
94
Вибрация по способу передачи человеку подразделяется на общую
(вибрацию рабочих мест) и локальную. Общая вибрация передается через
опорные поверхности тела и распространяется по всему организму. Локальная вибрация чаще передается через руки, реже через другие ограниченные
участки тела. Вибрация характеризуется частотой, т. е. числом колебаний в 1с
(герц), а ее энергетическую характеристику отражают виброскорость и виброускорение или их логарифмические уровни (децибел).
Гигиеническая оценка общей вибрации производится в диапазоне частот от 0,8 до 80 Гц, локальной – от 8 до 1000 Гц (в октавных полосах со среднегеометрическими частотами соответственно 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц и 8;
16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц). По частотному спектру вибрации подразделяются на низкочастотные – 8 и 16 Гц, среднечастотные – 31,5 и 63 Гц, высокочастотные – 125, 250, 500, 1000 Гц для локальных вибраций; для вибрации рабочих мест – соответственно 0,8–6,3 Гц, 8 и 25 Гц, 31,5 и 80 Гц.
Вибрации свойствен эффект резонанса, который проявляется в резком
усилении собственных колебательных движений тела при совпадении их
кратности с частотой вибрации, воздействующей извне. Собственные резонансные колебательные частоты печени составляют 5 Гц, почек – 7 Гц, сердца – 6 Гц, головы – 20 Гц и т.д. Для всего тела в положении сидя резонанс
проявляется на частотах 4–6 Гц. При совпадении частот вибрации источника
и собственной резонансной частоты органов опасность неблагоприятного
действия на организм значительно возрастает. Существует классификация общей вибрации по частотному спектру, учитывающая резонанс биологических
тканей и органов человека: низкочастотная нерезонансная – 0,1–5 Гц; низкочастотная резонансная – 6–10 Гц; среднечастотная резонансная – 11–30 Гц;
среднечастотная нерезонансная – 31–50 Гц; высокочастотная – свыше 50 Гц.
Вибрация оказывает сильное биологическое действие. Несмотря на неуклонное снижение профессиональной заболеваемости в нашей стране, вибрационная болезнь продолжает занимать одно из ведущих мест.
Выделяют следующие стадии вибрационной болезни, вызванной локальной вибрацией:
I стадия – начальная. Выраженных симптомов нет. Периодически могут возникать боли и парестезии в руках, снижается чувствительность кончиков пальцев.
II стадия – умеренно выраженная. Боли и чувство онемения более выражены, снижение чувствительности распространяется на все пальцы и даже на
предплечье, снижается температура кожи на пальцах, выражены гипергидроз
и цианоз кистей рук.
III стадия – выраженная. Значительные боли в пальцах рук, кисти обычно холодные и влажные.
IV стадия – стадия генерализованных расстройств. Встречается редко и
преимущественно у рабочих с большим стажем. Отмечаются сосудистые
расстройства на руках и ногах, спазмы сердечных и мозговых сосудов.
95
Вибрационная болезнь может долго оставаться компенсированной, и
больные сохраняют трудоспособность.
К числу основных проявлений вибрационной болезни относятся нейрососудистые расстройства. Они проявляются раньше всего на руках и сопровождаются интенсивными болями после работы и по ночам. Наблюдается так
называемый феномен «мертвого пальца». Параллельно развиваются мышечные и костные изменения (атрофические изменения кисти по типу «птичьей
лапы»), а также расстройства нервной системы по типу неврозов.
При воздействии общей вибрации отмечаются нарушения функций
ЦНС (жалобы на головную боль, головокружение, потерю памяти, шум в
ушах), сердечно–сосудистой системы, в том числе сердца и периферических
сосудов, костно–суставного аппарата, органов малого таза и др.
В профилактике вредного действия вибрации ведущая роль принадлежит техническим мероприятиям. Это внедрение дистанционного управления
виброопасными процессами, усовершенствование ручных инструментов путем уменьшения вибрации в источнике ее образования и по пути распространения, установка виброгасящих амортизаторов под станки, оборудование и
сиденья на рабочих местах. Эффективны обеспечение рационального режима
труда и отдыха, организация комплексных бригад и овладение смежными
профессиями, что позволяет уменьшить время контакта рабочих с вибрацией.
Из средств индивидуальной защиты рекомендуются рукавицы с пробковой
прокладкой на ладонях при локальной вибрации и специальная обувь на толстой эластичной подошве при общей вибрации.
Необходимы физиотерапевтические процедуры: сухие ванны для рук,
массаж и самомассаж, производственная гимнастика, ультрафиолетовое облучение. При работе с ручным инструментом следует избегать переохлаждения
рук. Перерывы в работе сочетают с отдыхом в теплом помещении.
Важным условием профилактики является соблюдение гигиенических
нормативов вибрации на рабочем месте.
Все работающие в условиях воздействия вибрации должны проходить
периодические медицинские осмотры. Перед поступлением на работу проводят предварительный медицинский осмотр.
Лекция 9
Часть 3 Электромагнитное, электрическое и магнитное поля. Электрический ток
9.3.1. Электромагнитные поля. Воздействие на человека электрических
и магнитных полей
9.3..2. Воздействие на человека статического электричества
9.3.3. Электрический ток, его воздействие на организм человека. Первая
помощь при ударе током.
96
9.3.1. Электромагнитные поля. Воздействие на человека электрических и магнитных полей
Существование человека в любой среде связано с воздействием на него
и среду обитания электромагнитных полей. Электромагнитное поле представляет собой особую форму материи. Электромагнитные поля создаются вокруг
любой заряженной частицы, а также могут существовать отдельно в виде движущихся электромагнитных волн. Естественными источниками электромагнитных волн являются: атмосферное электричество, радиоизлучения Солнца,
электрические и магнитные поля Земли. Человек приспособился к земному
электромагнитному полю в процессе своего развития и оно стало привычным
и необходимым условием нашей жизни. Увеличение и уменьшение интенсивности полей способны сказаться на биологических процессах. Усиление электрического поля (перед грозой) приводит к дискомфорту самочувствия человека. Магнитные бури, связанные с солнечной активностью, являются одной
их причин автодорожных и других аварий, которые являются следствием нарушения функционального состояния нервной и сердечно–сосудистых систем. Ослабление деятельности электромагнитных полей, приводит к появлению злокачественных опухолей в последующих поколениях, других нарушениях. Механизм воздействия ЭМП в упрощенном виде представляется следующим образом: при повышении частоты ЭМП свойства тканей меняются и,
они теряют свойства диэлектриков и становятся проводниками, причем это
изменение происходит неравномерно. Переменное поле вызывает нагрев тканей. Тепловая энергия, возникшая в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение. Органы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией, более чувствительны к облучению (мозг, глаза, почки, кишечник, семенники). Перегревание тканей приводит к обратимым и необратимым
изменениям ( торможение рефлексов, понижение кровяного давления, замедление сокращений сердца).
Источниками электрических полей являются: линии электропередачи,
электрооборудование, различные электроприборы – все технические системы,
генерирующие, передающие и использующие электромагнитную энергию, создают в окружающей среде электромагнитные поля (переменные электрические и неразрывно связанные с ними переменные магнитные поля).
Действие на организм человека электромагнитных полей определяется
частотой излучения, его интенсивностью, продолжительностью и характером
действия, индивидуальными особенностями организма. Спектр электоромагнитных полей включает низкие частоты до 3 Гц, промышленные частоты от 3
до 300 Гц, радиочастоты от 30 Гц до 300 МГц, а также относящиеся к радиочастотам ультравыеокие (УВЧ) частоты от 30 до 300 МГц и сверхвысокие
(СВЧ) частоты от 300 МГц до 800 ГГц. Действию электромагнитных полей
промышленной частоты человек подвергается в производственной, городской
и бытовой зонах. Санитарными нормами установлены предельно допустимые
97
уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий, на территории жилой зоны.
Воздействие электромагнитных полей может быть изолированным – от
одного источника, сочетанным – от двух и более источников одного частотного диапазона, смешанным – от двух и более источников электромагнитных
полей различных частотных диапазонов, комбинированным – в случае одновременного действия какого–либо другого неблагоприятного фактора.
Воздействие может быть постоянным или прерывистым, общим (облучается все тело) или местным (часть тела). В зависимости от места нахождения человека относительно источника излучения он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне – воздействию сформированной
электромагнитной волны. Контроль уровней электрического поля осуществляется по значению напряженности электрического поля, выраженной в
В/м. Контроль уровней магнитного поля осуществляется по значению напряженности магнитного поля, выраженной в А/м. Энергетическим показателем
для волновой зоны излучения является плотность потока энергии, или интенсивность, – энергия, проходящая через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения электромагнитной волны за одну секунду. Измеряется в Вт/м2. Нормирование уровней в соответствии с ГОСТ
12.1.006–84.
9.3.2. Воздействие на человека статического электричества
Под статическим электричеством понимают совокупность явлений, связанных с возникновением и релаксацией свободного электрического заряда
на поверхности. Образование зарядов связано с двумя условиями. Во–первых,
должен произойти контакт поверхностей, в результате которого, образуется
двойной электрический слой. Во– вторых, хотя бы одна их контактирующих
поверхностей должна быть их диэлектрического материала. Двойной электрический слой– это пространственное распределение электрических зарядов на
границах соприкосновения двух фаз: металл–металл, металл–вакуум, металл–
газ, металл–полупроводник, металл–диэлектрик, диэлектрик–диэлектрик,
жидкость–твердое тело, жидкость–жидкость, жидкость –газ. Толщина двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз соответствует диаметру иона. Основная величина, способная к электризации – удельное электрическое сопротивление поверхностей контактируемых материалов. Если контактирующие поверхности имеют низкое сопротивление, по при разделении
заряды с них стекают; если же сопротивление высокое или велика скорость
отрыва поверхностей, то заряды будут сохраняться. Условно установлено, что
при удельном электрическом сопротивлении материалов менее 10 5 Ом*м заряды не сохраняются и материалы не электризуются.
Основная опасность, создаваемая электризацией различных материалов,
98
состоит в возможности искрового разряда как с наэлектризованной поверхности либо проводящего объекта. Разряд статического электричества возникает
тогда, когда напряженность электрического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает
критической величины. Заряды имеют свойство в большей степени накапливаться на остриях или телах, близких по форме остриям. Вблизи этих острий
создаются высокие электрические поля. По этой причине молнии попадают в
высокие отдельно стоящие объекты Воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества произойдет, если выделяющаяся
энергия, выше минимальной энергии зажигания горючей смеси.
Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается применением ряда мер: заземлением, повышение проводимости диэлектриков, ионизацией воздушной среды, уменьшением электризации горючих жидкостей.
Заземление используется при производстве оборудования и емкостей
для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Оборудование
считается заземленным, если его сопротивление не превышает 10 6Ом. Поверхностная проводимость диэлектриков повышается при увеличении влажности воздуха (85 и более процентов). Антистатические вещества (графит и
сажа) вводят в состав резиновых изделий из которых изготавливают шланги
для налива легковоспламеняющихся жидкостей. Ионизация воздуха приводит
к увеличению его электропроводности при этом происходит нейтрализация
поверхностных зарядов ионами противоположного знака. Для защиты работающих от статического заряда, используют обувь с электропроводящей подошвой, либо устройство электропроводящих полов. Применяют также статические халаты и электропроводные браслеты.
Электрические поля от избыточных зарядов на предметах, одежде, теле
человека оказывают большую нагрузку на нервную систему человека. Исследования показывают, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно–сосудистая система организма.
Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).
При функциональных заболеваниях нервной системы применяют лечение постоянным электрическим полем. Под действием внешнего строго дозированного электрического поля происходит перерастание зарядов в тканях
организма, что улучшает окислительно–восстановительные процессы, лучше
используется кислород, заживают раны.
9.3.3. Электрический ток
99
Действие электрического тока на человека носит многообразный характер. Проходя через организм человека, электрический ток вызывает термическое, электролитическое, а также биологическое действия.
Термическое действие тока проявляется в ожогах некоторых отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов, крови и т. п.
Электролитическое действие тока проявляется в разложении крови и
других органических жидкостей организма и вызывает значительные нарушения их физико–химического состава.
Биологическое действие тока проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе легких и сердца. В результате
могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.
Это многообразие действий электрического тока может привести к
двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам.
Электрические травмы представляют собой четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического
тока или электрической дуги.
В большинстве случаев электротравмы излечиваются, но иногда при тяжелых ожогах травмы могут привести к гибели человека.
Различают следующие электрические травмы: электрические ожоги,
электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические
повреждения.
Электрический ожог – самая распространенная электротравма. Ожоги
бывают двух видов: токовый (или контактный) и дуговой.
Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека в результате контакта с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую.
Различают четыре степени ожогов: I покраснение кожи; II – образование пузырей; Ш – омертвение всей толщи кожи; IV – обугливание тканей. Тяжесть поражения организма обуславливается не степенью ожога, а площадью
обожженной поверхности тела.
Токовые ожоги возникают при напряжениях не выше 1–2 кВ и являются в большинстве случаев ожогами I и
II степени; иногда бывают и тяжелые ожоги.
Дуговой ожог. При более высоких напряжениях между токоведущей частью и телом человека образуется электрическая дуга (температура дуги
выше 3500°С и у нее весьма большая энергия), которая и причиняет дуговой
ожог. Дуговые ожоги, как правило, тяжелые – III или IV степени.
Электрические знаки – четко очерченные пятна серого или бледно–
желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшейся действию тока.
Знаки бывают также в виде царапин, ран, порезов или ушибов, бородавок,
100
кровоизлияний в кожу и мозолей. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и лечение их заканчивается благополучно.
Металлизация кожи – это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической
дуги. Это может произойти при коротких замыканиях, отключениях рубильников под нагрузкой и т. п. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагревшимся металлом.
Электроофтальмия – поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и ультракрасные лучи. Кроме того, возможно попадание в глаза
брызг расплавленного металла. Защита от электроофтальмии достигается ношением защитных очков, которые не пропускают ультрафиолетовых лучей и
обеспечивают защиту глаз от брызг расплавленного металла.
Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего
через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы
костей. К этому же виду травм следует отнести ушибы, переломы, вызванные
падением человека с высоты, ударами о предметы в результате непроизвольных движений или потери сознания при воздействии тока. Механические повреждения являются, как правило, серьезными травмами, требующими длительного лечения.
Электрический удар – это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода воздействия тока на организм электрические удары условно делятся на следующие
четыре степени: I – судорожное сокращение мышц без потери сознания; I –
судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но сохранение дыхания и
работы сердца; III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности
или дыхания (либо того и другого вместе); IV – клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения.
Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут
быть: прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический
шок.
Прекращение работы сердца как следствие воздействия тока на мышцу
сердца наиболее опасно. Это воздействие может быть прямым, когда ток протекает через область сердца, и рефлекторным, когда ток проходит через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка
сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение мышечных волокон сердца – фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.
Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным
воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыха-
101
ния. При длительном действии тока наступает так называемая асфиксия (удушье) – болезненное состояние в результате недостатка кислорода и избытка
диоксида углерода в организме. При асфиксии утрачивается сознание, чувствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание и, наконец, останавливается сердце – наступает клиническая смерть.
Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно–рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т. п. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить полное выздоровление как результат
своевременного лечебного вмешательства или гибель организма из–за полного угасания жизненно важных функций.
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока
зависят от следующих факторов:
– значения тока, проходящего через тело человека;
– электрического сопротивления человека;
– уровня приложенного к человеку напряжения;
– продолжительности воздействия электрического тока;
– пути тока через тело человека;
– рода и частоты электрического тока;
– условий внешней среды и других факторов.
Тело человека является проводником электрического тока, правда,
неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи. Кожа состоит из
двух основных слоев: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Наружный слой – эпидермис, в свою очередь, имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом
и незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление достигает 105–106 Ом8м, что в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи, сопротивление дермы незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.
Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной
коже (измеренное при напряжении 15–20 В) колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300–600 Ом.
Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от длины и поперечного размера участка тела, по которому проходит
ток.
Наружное сопротивление тела состоит как бы из двух параллельно
включенных сопротивлений: активного и емкостного. В практике обычно
пренебрегают емкостным сопротивлением, которое незначительно, и считают
сопротивление тела человека чисто–активным и неизменным.
102
В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной
частоты применяют активное сопротивление тела человека, равное 1000 Ом.
В действительных условиях сопротивление тела человека не является
постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и
др.
Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижают сопротивление тела до 500–700 Ом, что увеличивает опасность поражения
человека током. Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. На сопротивление кожи оказывает влияние площадь контактов или место касания. Кожа ладоней и ступней имеет сопротивление превышающее таковое на коже лица, шеи, туловища. С увеличением силы тока и времени его
прохождения, сопротивление тела человека падает, так как происходит нагрев
тела, расширение сосудов, усиление снабжения участков кровью и увеличению потовыделения.
К факторам, определяющим опасность электрического тока относится
сила тока и его напряжение. Ощутимые раздражения вызывает переменный
ток силой 0,6 – 1,5мА и постоянный 5 – 7мА.
Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, порой смертельным поражениям если длительность прохождения тока равна или превышает
время кардиоцикла (0,75 – 1с), то это является весьма опасным для организма.
Путь прохождения тока также играет существенное значение. При прохождении через сердце, легкие, головной мозг исход становится неблагоприятным.
Частота электрического тока также имеет значение, т.к. постоянный ток
в 4–5 раз безопаснее переменного. Однако это положение справедливо лишь
для напряжения до 250 – 300В. При более высоком напряжении постоянный
ток более опасен, чем переменный.
На исход поражения влияют внешние условия среды. К ним относятся
повышенная влажность (более 75%), высокая температура (выше +35С), а
также земляные, железобетонные, кирпичные полы или другие поверхности
соприкосновения с металлическим корпусом электрооборудования.
Наиболее типичны два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается
лишь одного провода. Первую схему называют двухфазным прикосновением,
а вторую однофазным. Двухфазное прикосновение более опасно, т.к. через
человека пройдет больший ток. Напряжение равное 380В для человека является смертельным. Однофазное встречается чаще, однако менее опасно для
человека.
Основными причинами поражения электрическим током являются:
– случайные прикосновения к токоведущим частям в результате ошибочных
действий при ведении работ;
103
– появление напряжения на металлических частях электрооборудования, в результате повреждения изоляции;
– возникновение напряжения шага на участках земли, где находится человек.
Напряжение шага это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном их касании ногами
человека. Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления (20м) он может стать равным
нулю. Поражение при напряжении шага усугубляется тем, что из–за судорожных сокращений мышц ног, человек может упасть, после чего цепь замыкается на теле через жизненно важные органы.
К техническим способам защиты относится: изоляция проводов; ограждения в виде корпусов и кожухов; механические блокировки в виде рубильников, пускателей, выключателей; расположение электроприбора в недоступном месте; электрическое разделение сетей с помощью трансформаторов; защитное заземление; зануление – т.е. преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником; защитное отключение.
К основным электрозащитным средствам, изоляция которых длительно
выдерживает рабочее напряжение электроустановок и которые позволяют
прикасаться к токоведущим частям, находящимися под напряжением относятся: изолирующие шланги, электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно–монтажный инструмент с изолирующими ручками.
К дополнительным средствам защиты, защищающие от напряжения
прикосновения и напряжения шага относятся: диэлектрические галоши, диэлектрические коврики, изолирующие подставки, оградительные устройства,
плакаты и знаки безопасности.
Первую помощь пораженному электрическим током должен уметь оказывать каждый. Она осуществляется в два этапа: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему доврачебной помощи.
На первом этапе должно быть отключение электроустановки, либо
отделить его от токоведущих частей. На втором этапе необходимо: уложить
пострадавшего на спину на твердую поверхность; проверить наличие дыхания и пульса, выяснить состояние зрачка (расширенный указывает на ухудшение кровоснабжения мозга); вызвать врача и начать оказание доврачебной помощи.
Если человек в сознании, уложить, накрыть чем–нибудь, обеспечить покой, наблюдать за дыханием и пульсом. Если сознание отсутствует, необходимо ослабить ворот рубашки, пояс брюк и дать нюхать нашатырный спирт,
обрызгать его водой. Если пострадавший не дышит начать делать искусственное дыхание, а при отсутствии сердцебиения – непрямой массаж сердца. Эти
мероприятия нужно проводить до приезда врача.
Лекция 9
104
Часть 4 Лазерное и ионизирующее излучения
9.4.1. Воздействие лазерного излучения на человека
9.4.2. Воздействие УФ–излучения
9.4.3. Воздействие ИК–излучения
9.4.4. Влияние излучение видимого спектра
9.4.5. Ионизирующее излучение
9.4.1. Воздействие лазерного излучения на человека
Электромагнитные волны в диапазоне от 400 до 760 нм называются световыми. Они действуют непосредственно на человеческий глаз, производя
специфическое раздражение его сетчаткой оболочки, ведущее к световому
восприятию. Тесно примыкают к видимому спектру электромагнитные волны
с длиной волны менее 400 нм – ультрафиолетовое излучение, и с длиной волны более 800 нм – инфракрасное излучение. Все эти виды излучения не имеют принципиального различия по своим физическим свойствам и относятся к
оптическому диапазону электромагнитных волн. Человеческий организм приспособился к восприятию естественного светового излучения и выработал
средства защиты при превышении интенсивности излучения допустимого
уровня: сужение зрачка, уменьшение чувствительности за счет перестройки
восприятия.
Современные технические средства позволяют усиливать оптическое
излучение, уровень которого может значительно превышать адаптационные
возможности человека. К ним относится лазерное излучение. Оно относится к
разряду электромагнитных излучений, генерируемым в диапазоне длинны
волны от 02, до 1000 мкм. Лазер – устройство, генерирующее направленный
пучок электромагнитного излучения оптического диапазона. Широкое применение лазеров обусловлено возможностью получить большую мощность,
монохроматичностью излучения, малой расходимостью луча (при освещении
лазером с земли спутника на высоте 1000 км образуется пятно света диаметром всего 1,2 м). Лазеры применяются в системах связи, навигации, в технологии обработки материалов, в медицине, в контрольно–измерительной технике, в военной технике и многих других областях. В зависимости от используемого активного элемента лазеры оптического диапазона генерируют излучение от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области. Так, азотный
лазер генерирует излучение в ультрафиолетовой области, аргоновый – в
сине–зеленой области спектра, рубиновый – в красной, лазер на двуокиси углерода – в инфракрасной области.
По режиму работу лазеры делятся на импульсные и непрерывного действия. Лазеры могут быть малой и средней мощности, мощные и сверхмощные. Большую мощность легче получить в импульсном режиме. Для обработки материалов в технологических установках в импульсе длительностью
105
порядка миллисекунд излучается энергия от единиц до десятков джоулей. За
счет фокусировки достигается высокая плотность энергии и возможность точной обработки материалов (резка, прошивка отверстий, сварка, термообработка).
Под действием лазерного излучения происходит быстрый нагрев, плавление и вскипание жидких сред, что особенно опасно для биологических тканей. Особенно уязвимы глаза и кожа. Непрерывное лазерное излучение оказывает в основном тепловое действие, приводящее к свертыванию белка и испарению тканевой жидкости. В импульсном режиме возникает ударная волна,
импульс сжатия вызывает повреждение глубоко лежащих органов, сопровождающееся кровоизлияниями. Лазерное излучение оказывает воздействие на
биохимические процессы. В зависимости от энергетической плотности облучения может быть временное ослепление или термический ожог сетчатки
глаз, в инфракрасном диапазоне – помутнение хрусталика.
Повреждение кожи лазерным излучением имеет характер термического
ожога с четкими границами, окруженными небольшой зоной покраснения.
Могут проявиться вторичные эффекты – реакция на облучение: сердечно–сосудистые расстройства и расстройства центральной нервной системы, изменения в составе крови и обмене веществ.
Предельно допустимые уровни интенсивности лазерного облучения зависят от характеристик излучения (длины волны, длительности и частоты импульсов, длительности воздействия) и устанавливаются таким образом, чтобы
исключить возникновение биологических эффектов для всего спектрального
диапазона и вторичных эффектов для видимой области длин волн.
Эксплуатация лазеров должна осуществляться в отдельных помещениях, снабженных вентиляцией, удаляющей вредные газы и пары с рабочего места. Ограждения и экраны должны предохранять окружающих от прямых и
отраженных лазерных лучей.
9.4.2. Воздействие УФ–излучения
Ультрафиолетовое излучение не воспринимается органом зрения.
Жесткие ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 290 нм задерживаются слоем озона в атмосфере. Лучи с длиной волны более 290 нм, вплоть до видимой области, сильно поглощаются внутри глаза, особенно в хрусталике, и
лишь ничтожная доля их доходит до сетчатки. Ультрафиолетовое излучение
поглощается кожей, вызывая покраснение (эритему) и активизируя обменные
процессы и тканевое дыхание. Под воздействием ультрафиолетовых лучей в
организме образуются биологически активные вещества, стимулирующие
многие физиологические системы организма.
Подобные биологически активные вещества появляются через некоторое время после облучения, что говорит о фотохимическом действии ультрафиолетовых лучей. Являясь неспецифическим стимулятором физиологиче-
106
ских функций, ультрафиолетовые лучи благоприятно влияют на белковый,
жировой, минеральный обмен, иммунную систему, оказывая общеоздоровительное и тонизирующее действие.
Кроме общебиологического влияния на все системы и органы, ультрафиолетовая радиация оказывает специфическое действие, свойственное определенному диапазону волн. Известно, что ультрафиолетовая радиация с
диапазоном волн от 400 до 320 мкм оказывает эритемно–загарное действие.
Под действием ультрафиолетового излучения в коже образуется меланин,
воспринимающийся как загар и защищающий организм от избыточного проникновения ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовое излучение с диапазоном волн от 320 до 275 мкм оказывает слабое бактерицидное и антирахитическое действие.
Ультрафиолетовое излучение может привести к свертыванию (коагуляции) белков и на этом основано его бактерицидное действие. Профилактическое облучение помещений и людей строго дозированными лучами снижает
вероятность инфицирования. Недостаток ультрафиолета неблагоприятно отражается на здоровье, особенно в детском возрасте. От недостатка солнечного
облучения у детей развивается рахит, у шахтеров появляются жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, плохой сон, отсутствие аппетита. Это
связано с тем, что под влиянием ультрафиолетовых лучей в коже из провитамина образуется витамин Д, регулирующий фосфорно–кальциевый обмен.
Отсутствие витамина Д приводит к нарушению обмена веществ. В таких случаях (например, во время полярной ночи на крайнем Севере) применяется искусственное облучение ультрафиолетом как в лечебных целях, так и для общего закаливания организма.
Избыточное ультрафиолетовое облучение во время высокой солнечной
активности вызывает воспалительную реакцию кожи, сопровождающуюся зудом, отечностью, иногда образованием пузырей и рядом изменений в коже и
в более глубоко расположенных органах.
Длительное действие ультрафиолетовых лучей ускоряет старение кожи,
создает условия для злокачественного перерождения клеток.
Ультрафиолетовое излучение от мощных искусственных источников
(святящаяся плазма сварочной дуги, дуговой лампы, дугового разряда короткого замыкания и т. п.) вызывает острые поражения глаз – электроофтальмию. Через несколько часов после воздействия появляется слезотечение,
спазм век, резь и боль в глазах, покраснение и воспаление кожи и слизистой
оболочки век. Подобное явление наблюдается также в снежных горах из–за
высокого содержания ультрафиолета в солнечном свете.
В производственных условиях устанавливаются санитарные нормы интенсивности ультрафиолетового облучения, обязательным является применение защитных средств (очки, маски, экраны) при работе с ультрафиолетом.
9.4.3. Воздействие ИК–излучения
107
Длинноволновая часть солнечного спектра представлена инфракрасными лучами. По биологической активности инфракрасные лучи делятся на коротковолновые с диапазоном волн от 760 до 1400 мкм и длинноволновые с
диапазоном волн от 1500 до 25 000 мкм. Инфракрасное излучение оказывает
на организм тепловое воздействие, которое в значительной мере определяется
поглощением лучей кожей. Чем меньше длина волны, тем больше излучение
проникает в ткани, но субъективное ощущение тепла и жжения меньше. Инфракрасные лучи довольно глубоко (до 4 см) проникают в ткани организма,
повышают температуру облучаемого участка кожи, а при интенсивном облучении всего тела повышают общую температуру тела и вызывают резкое покраснение кожных покровов. Чрезмерное воздействие инфракрасных лучей
(вблизи от мощных источников тепла, в период высокой солнечной активности) при повышенной влажности может вызвать нарушение терморегуляции –
острое перегревание, или тепловой удар. Тепловой удар – клинически тяжелый симптомокомплекс, характеризующийся головной болью, головокружением, учащением пульса, затемнением или потерей сознания, нарушением
координации движений, судорогами. Первая помощь при тепловом ударе требует удаления от источника излучения, охлаждения, создания условий для
улучшения кровоснабжения головного мозга, врачебной помощи.
Напротив, длинноволновая инфракрасная радиация поглощается поверхностными слоями кожи, где сосредоточены терморецепторы, чувство
жжения при этом выражено. Наиболее выражено неблагоприятное воздействие инфракрасной радиации в производственных условиях, где мощность
излучения может во много раз превышать естественную. У рабочих горячих
цехов, стеклодувов и представителей других профессий, имеющих контакт с
мощными потоками инфракрасной радиации, понижается электрическая чувствительность глаза, увеличивается скрытый период зрительной реакции,
ослабляется условно–рефлекторная реакция сосудов. Инфракрасные лучи при
длительном воздействии вызывают изменения глаз. Инфракрасная радиация с
длиной волны 1500–1700 мкм достигает роговицы и передней глазной камеры, лучи с длиной волны 1300 мкм проникают до хрусталика. В тяжелых случаях возможно развитие катаракты.
Понятно, что все неблагоприятные воздействия возможны лишь при отсутствии надлежащих мер защиты и профилактических мероприятий.
9.4.4. Влияние излучение видимого спектра
Кроме лучей ультрафиолетового и инфракрасного спектра, солнце дает
мощный поток видимого света. Видимая часть солнечного спектра занимает
диапазон от 400 до 760 мкм.
Источником естественного (дневного) освещения является поток лучистой энергии солнца. Естественное освещение является более гигиеничным.
108
Оно подразделяется на боковое (через оконные проемы), верхнее, через
проемы в покрытии, а также комбинированное– сочетание верхнего и бокового. В зависимости от географической широты, времени года, часа и состояния
погоды освещение может меняться в широких пределах. Основной величиной
для расчета и нормирования естественного освещения принят коэффициент
естественного освещения – (КЕО ) – отношение в процентах освещенности в
данной точке к наблюдаемой освещенности под открытым небом. Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или когда естественная освещенность отсутствует.
Искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное и аварийное.
Для искусственного освещения производственных помещений применяют
лампы накаливания, галогенные и газоразрядные. Источники искусственного
света помещают в специальную осветительную арматуру, которая обеспечивает направление светового потока на рабочие поверхности, защищает глаза
от слепящего действия ламп, защищает от механических повреждений.
9.4.5. Ионизирующее излучение
Ионизирующим излучением называется излучение воздействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного
знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся и фотоны.
Различают корпускулярное ионизирующее излучение, которое появляется при радиоактивном распаде. К нему относятся альфа и бета частицы,
нейтроны и протоны.
Альфа излучение это поток частиц, являющихся ядрами гелия и обладающие двумя единицами заряда. Все ядра данного радионуклида обладают одной и той же энергией.
Бета излучение – это поток электронов и позитронов. Ядра бета частиц
испускают различную энергию.
Нейтроны – нейтральные элементарные частицы. Они не имеют электрического заряда, поэтому взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются заряженные частицы, либо гамма излучение
Фотонное излучение – поток электромагнитных колебаний, которые
распространяются в вакууме с постоянной скоростью300000 км/с. К нему относится гамма излучение и рентгеновское излучение. Эти излучения различаются условием образования и свойствами (длиной волны и энергией).
Ионизирующая способность определяется удельной ионизацией, т.е. число
пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, массы среды или на единице длины пути. Проникающая способность излучений определяется величиной пробега, т.е путем, пройденным частицей в веществе до ее полной
остановки.
109
Альфа–частицы обладают наибольшей проникающей способностью. Их
удельная ионизация измеряется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе Длина пробега составляет несколько см, а в мягкой биологической ткани
несколько микрон.
Бета–излучение имеет меньшую ионизирующую способность. Средняя
удельная ионизация составляет 100 пар ионов на 1см пути, а максимальный
пробег достигает несколько метров при больших энергиях.
Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающее
обладают фотонные излучения. Какой бы не была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз. Данное свойство описано экспоненциальным законом, согласно которому, коэффициент ослабления зависит
от энергии излучения и свойства вещества.
Открытие ионизирующего излучения связано с именем французского
ученого Беккереля, который в 1896г. обнаружил следы каких–то излучений от
минерала содержащего уран на фотопластинках. В 1898г. Мария Кюри и ее
муж Пьер Кюри установили, что после излучений уран самопроизвольно и
последовательно превращается в другие элементы Этот процесс превращения
одних элементов в другие , сопровождающийся ионизирующим излучением
назвали радиоактивностью.
Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в
тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В
результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей
и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клетки.
Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60–70% массы
биологических тканей. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н и ОН, а при действии кислорода – свободные радикалы гидропироксида (НО2) и пероксида водорода (Н2О2), являющихся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические
реакции с молекулами тканей, образуя соединения не свойственные здоровому организму; это приводит к нарушению отдельных функций и систем организма. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической), поглощенной
биологическим объектом в том же количестве, не приводят к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение.
Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми,
когда работа клеток полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов и систем, а также появлению лучевой
болезни. Различают острую и хроническую формы лучевой болезни. Острая
форма возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. Острая лучевая болезнь может закончится смертью. Хронические поражения развиваются в результате систематического облучения доза-
110
ми, превышающими предельно допустимые (ПДД). Изменения в состоянии
здоровья называются соматическими эффектами, если проявляются у облученного лица, и наследственными, если проявляются у потомства. Однако в
практике больший интерес представляют «малые дозы», при этом важным является тот факт, что возникновение неблагоприятных эффектов мало зависит
от мощности дозы. Эффект определяется прежде всего суммарной накопленной дозой.
Действие ионизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и молекул, входящих в состав вещества. Количественной мерой этого воздействия служит поглощенная доза Дп – средняя
энергия, переданная излучением единице массы вещества. Единица поглощенной дозы – грей (Гр). 1Гр = 1Дж/кг. На практике применяется и внесистемная единица 1 рад = 0,01Гр.
Для альфа, бетта–частич и протонов – поглощенная доза служит однозначной характеристикой ионизирующего излучения. Для рентгеновского и
гамма–излучения – это не характерно. В этом случае излучение характеризуют экспозиционной дозой (Дэ)– фотонное излучение, преобразованное в кинетическую энергию электронов, производящих ионизацию в единицы массы
атмосферного воздуха. За единицу измерения принимается кулон на килограмм (Кл/кг). На практике применяется внесистемная единица – рентген.
1Р= 2,58 х 10–4 Кл/кг. Чувствительность разных органов неодинакова, поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными взвешивающими коэффициентами, рекомендованными Международной комиссией по
радиационной защите.
Таблица 13
Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы
Гонады
0,2
Костный мозг
0,12
Толстый кишечник
0,12
Легкие
0,12
Желудок
0,12
Мочевой пузырь
0,05
Грудная железа
0,05
Печень
0,05
Пищевод
0,05
Щитовидная железа
0,05
Кожа
0,01
Остальное
0,05
Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную
дозу. Эта доза также измеряется в зивертах.
Повреждение тканей связано не только с количеством поглощенной
энергии, но и с ее пространственным распределением. Для учета этого эффек-
111
та введено понятие эквивалентной дозы Дэкв , которая определяется равенством
Дэкв = ДпQ
где Дп – поглощенная доза; Q – безразмерный коэффициент качества
Эквивалентная доза представляет собой меру биологического действия
на данного конкретного человека и является индивидуальным критерием
опасности. Далее приведены значения Q для некоторых видов излучения.
Таблица 14
Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной
дозы.
Виды излучений
Значение Q
Фотоны любых энергий
1
Электроны
1
Нейтроны с энергией менее 10кэВ
5
От 10 до 100кэВ
10
От 100 кэВ до 2МэВ
20
От 2МэВ до 20МэВ
10
Более 20 МэВ
5
Протоны
5
Альфа–частицы, осколки тяжелых ядер
20
В качестве единицы измерения эквивалентной дозы применяют зиверт
(Зв). 1 Зв= 1Гр/Q = 1Дж/кг. Применяется также специальная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рада). 1 бэр = 0,01Зв.
Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.
Все три дозы относятся к отдельному человеку, т.е. являются индивидуальными. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные
дозы, полученные группой людей, мы получим коллективную эффективную
эквивалентную дозу, которая измеряется в чел.–Зв.
Различают естественные и искусственные источники излучений. К естественным источникам земного происхождения относятся радиоактивные вещества содержащиеся в породах, почве, строительных материалах, воде, воздухе; к излучениям не земного происхождения – космические лучи. По отношению к человеку облучение может быть внешним (облучать его снаружи) и
внутренним (попадать в организм с пищей, водой, воздухом). 2/3 эффективной эквивалентной дозы приходится на внутреннее излучение. Наиболее весомым из всех источников естественной радиации является газ родон и составляют примерно3/ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной
дозы, получаемых от земных источников и примерно половину от всех источников радиации.
Основными методами защиты от излучений является: защита временем,
защита расстоянием, защита экранированием.
112
Безопасная работа с радиоактивными веществами и источниками излучений предполагает научно обоснованную организацию труда: выполнение
инструкций по порядку работ, учету, хранению, сбору и удалению радиоактивных материалов. Все работающие должны сдать техминимум. При устройстве на работу должны быть проведены предварительные, а затем периодические медицинские осмотры.
Лекция 10. (в двух частях) Гигиеническое нормирование физических
факторов окружающей среды
Часть 1 Принципы гигиенического нормирования физических факторов
окружающей среды
Гигиеническое нормирование – установление в законодательном порядке безвредных (безопасных) для человека уровней воздействия вредных
факторов окружающей среды: предельно допустимых концентраций (ПДК)
химических веществ, предельно допустимых уровней воздействия (ПДУ) физических факторов и др. Отсутствие гигиенического норматива, как правило,
приводит к неконтролируемому, скрытому воздействию потенциально вредных факторов на человека. Норматив нельзя отождествлять с понятием нормы – большинство установленных гигиенических нормативов представляют
собой максимально допустимые, а не оптимальные величины. По природе и
назначению гигиенические нормативы в большинстве случаев антропоцентричны и основаны на медико–биологических критериях, так как направлены
в первую очередь на защиту здоровья человека от прямых или опосредованных через экологические системы, возможный экономический ущерб или
ухудшение условий жизни населения вредных воздействий факторов окружающей среды.
В основу научной концепции гигиенического нормирования положено
всестороннее изучение общих закономерностей взаимоотношений организма
человека с факторами окружающей среды разной природы, адаптационно–
приспособительных процессов, механизмов взаимодействия организма на молекулярном, субклеточном, клеточном, органном, организменном, системном
и популяционном уровнях с комплексом благоприятных и неблагоприятных
факторов антропогенного и естественного происхождения, а также комплексом социально обусловленных факторов (Г.И. Сидоренко).
Несмотря на то, что при гигиеническом нормировании химических веществ в некоторых средах (вода, почва) наряду с медико–биологическими показателями учитываются и экологические критерии, гигиенические ПДК не
могут гарантировать отсутствия биоэкологических изменений (нарушения
экосистем, влияние на популяции и виды различных биологических
объектов). В связи с этим в последние годы во многих странах ведутся научные разработки в области экологического нормирования химических ве-
113
ществ. В настоящее время наряду с гигиеническими ПДК в нашей стране существуют ПДК для водоемов рыбо–хозяйственного назначения. Нормируются химический состав ирригационных вод, содержание вредных веществ в
кормах, устанавливаются ПДК химических соединений в сточных водах, подаваемых на сооружения биологической очистки. Разработаны ПДК химических соединений в воздухе, направленные на защиту древесных растений. В
частности, установлены ПДК для особо охраняемых территорий (заповедник
«Ясная Поляна»). Изучаются токсические влияния химических веществ на
живые организмы, на популяции организмов и биоценозы, входящие в состав
экосистем. При экологическом нормировании основное внимание уделяют
надорганизменным эффектам – популяционному, биогеоценотическому, изучению устойчивости и приспособительных реакций экологических систем, их
пространственно–временной неоднородности, изменений видового состава
сообществ организмов. Экологическое нормирование пока находится на этапе
формирования основных принципов и методов оценки реакций биосистем надорганизменного уровня, критериев экологической (популяционной) нормы,
способов учета в нормировании климато–географических особенностей,
влияющих на реакции экосистем. В последующий период возможны более
тесное сближение концепций гигиенического и экологического нормирования
и создание единой нормативной базы, направленной на предупреждение не
только прямых или опосредованных вредных воздействий на человека, но и
существенных нарушений состояния отдельных экосистем и биосферы в целом.
Концепция гигиенического нормирования прошла длительный и очень
сложный путь развития. Ее становление было неразрывно связано с развитием физиологии, биохимии, фармакологии, физики, химии и других фундаментальных научных дисциплин. Предположение о возможности установления
нормативов для некоторых токсичных веществ было высказано еще в прошлом веке на основе клинических данных о развитии производственных
отравлений у рабочих только в случае превышения определенной пороговой
концентрации некоторых промышленных ядов. В начале XX столетия немецкие и американские исследователи разработали рекомендательные перечни
пороговых концентраций для нескольких десятков наиболее распространенных промышленных химических соединений. Однако только в 1922 г. в нашей стране были обоснованы и включены в санитарное законодательство
ПДК в воздухе рабочей зоны для трех промышленных вредных веществ. В
30–е годы первые ПДК были введены в Германии и США. В последующий
период в СССР параллельно с обоснованием ПДК промышленных ядов создавались и совершенствовались теоретическая и экспериментальная база гигиенического нормирования (Н.В. Лазарев, Н.С. Правдин, А.А. Летавет и др.). В
1941 г. были разработаны ПДК мышьяка, фенола и свинца в воде водоемов и
начаты исследования по оценке опасности промышленного загрязнения водоемов (А.Н. Сысин, С.Н. Черкинский). В послевоенный период В.А. Рязанов
114
сформулировал главные принципы гигиенического регламентирования атмосферных загрязнений, что позволило ввести в санитарное законодательство
первые ПДК для наиболее распространенных химических веществ, загрязняющих атмосферный воздух населенных мест. В связи с развитием химической промышленности, внедрением во многие сферы производства и быта
многочисленных химических веществ потребовались разработка методических основ гигиенического формирования содержания вредных соединений в
продуктах питания, почве, нормирование выделения химических веществ из
полимерных материалов. Интенсивное развитие микробиологической промышленности привело к созданию новых методических приемов гигиенического регламентирования биологических факторов (грибковые, дрожжевые,
белковые и бактериальные препараты). Увеличение мощности и расширение
ассортимента продукции химико–фармацевтической промышленности потребовали разработки специфических методов гигиенического нормирования лекарственных препаратов, включая некоторые вещества биологической природы (антибиотики, витамины, гормоны, ферменты) в различных объектах
окружающей среды.
Обширные исследования были проведены в целях разработки допустимых уровней воздействия разнообразных физических факторов: ионизирующего излучения, шума, вибрации, неионизирующих электромагнитных излучений инфракрасное, ультрафиолетовое, видимое, лазерное, микроволновое,
радиочастотное, низкочастотное), освещенности, микроклиматических факторов.
В медицине труда обоснованы принципы и методы гигиенического нормирования тяжести физического труда (физическая динамическая нагрузка,
вес поднимаемого и перемещаемого груза, стереотипные рабочие движения,
старческая нагрузка, рабочая поза, наклоны корпуса, перемещение в пространстве), напряженность труда (интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные нагрузки, монотонность нагрузок, режим труда).
В настоящее время в нашей стране и практически во всех экономически
развитых странах существует обширная и разветвленная система нормативов,
направленных на обеспечение безопасности человека, поддержание оптимального :ля конкретных социально–экономических условий уровня физического, психического и социального благополучия работающих и всего населения в целом.
Кроме того, нормативы допустимого содержания химических соединений и допустимые уровни физических факторов разрабатываются рядом международных организаций: Международной организацией труда (МОТ), Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Эти нормативы имеют рекомендательный характер и, по мнению международных экспертов, подлежат
корректировке с учетом политических, экономических и социальных особенностей конкретной страны.
Несмотря на различные подходы к нормированию факторов окружаю-
115
щей среды, включая производственные факторы, существуют единые принципы обоснования гигиенических нормативов.
В первую очередь это государственный характер гигиенических нормативов и обязательность их соблюдения всеми органами, организациями и
отдельными лицами.
Второй принцип гигиенического нормирования заключается в опережении обоснования нормативов по сравнению с появлением вредного фактора.
В соответствии с этим принципом гигиенические нормативы должны быть
разработаны еще до того момента, когда человек войдет в контакт с потенциально вредным фактором. Данный принцип обеспечивает профилактическую
направленность гигиенических нормативов и позволяет вовремя осуществить
мероприятия по защите человека и окружающей среды. Кроме того, нарушение принципа опережения может приводить к значительным экономическим
потерям из–за задержки производства, высокой стоимости природоохранных
мероприятий, осуществляемых на действующих объектах. Гигиенические
нормативы не могут основываться только на результатах натурных исследований состояния здоровья населения, уже подвергающегося воздействию
вредного фактора (напомним, что латентный период развития некоторых злокачественных новообразований может достигать 25–30 лет). Необходимо разумное сочетание экспериментальных методов гигиенического нормирования
с клинико–гигиеническими и эпидемиологическими методами.
При обосновании гигиенических нормативов приоритет отдается медико–биологическим, а не экономическим или технологическим критериям,
например реальной технической достижимости рекомендуемых гигиенических нормативов в данный момент. Принцип безвредности, или примата медико–биологических показателей, при установлении гигиенических нормативов обеспечивает их профилактическую направленность и позволяет определять приоритетные направления для совершенствования технологических
процессов.
Гигиенические нормативы содержания химических веществ в объектах
окружающей среды (воде, атмосферном воздухе, почве, продуктах питания)
устанавливаются с ориентацией на наиболее чувствительные группы населения (например, детей, лиц пожилого возраста и др.) на уровне защитно–приспособительных реакций, не выходящих за пределы физиологической нормы.
При установлении гигиенических нормативов для производственных условий
учитывается, что воздействию потенциально вредных факторов подвергаются
лица трудоспособного возраста, проходящие предварительные и периодические медицинские осмотры. Воздействие осуществляется не на протяжении
всей жизни, как в населенных местах, а только в период работы (по 6–8 ч в
день на протяжении рабочего стажа). Таким образом, гигиенические нормативы всегда дифференцированы в зависимости от конкретного объекта окружающей среды (воздух рабочей зоны, почва, атмосферный воздух, воздух помещений, вода водоемов и питьевая вода, продукты питания, воздух герметиче-
116
ски замкнутых объектов, выделения из полимерных материалов и т.д.) и экспонируемого контингента.
В связи со специфичностью и изменчивостью физико–химических
свойств воды, почвы, атмосферного воздуха, пищевых продуктов животного
и растительного происхождения, особенностями их воздействия на организм
гигиенические нормативы устанавливаются отдельно для каждого объекта
(принцип разделения объектов санитарной охраны). Химические соединения
могут воздействовать не только прямым, но и косвенным путем (например,
вследствие отказа населения от контролируемого водоисточника, ограничения водопользования и др.). В связи с этим при нормировании химических соединений в объектах учитываются различные виды неблагоприятных воздействий (принцип учета всего комплекса возможных неблагоприятных эффектов исследуемого фактора): влияние на органолептические показатели (внешний вид, запах, привкус и др.), рефлекторное действие, влияние на общесанитарные показатели (например, изменение состава и численности сапрофитной
микрофлоры и т.д.), возможность миграции из одной среды в другую (переход вещества или его метаболита из почвы в воду, воздух, растения), санитарно–бытовой (изменение прозрачности атмосферы, условий проживания и
др.), воздействие на организм человека (санитарно–токсикологический признак).
Очевидно, что не всякое воздействие фактора окружающей среды можно признать вредным. Реакция любого биологического объекта на внешнее
воздействие сопровождается сложной гаммой изменений во многих органах и
системах. Эти изменения могут быть функциональными, адаптационными.
При установлении пороговых доз и концентраций необходимо дифференцировать состояние адаптационно–приспособительных механизмов (удовлетворительная адаптация, напряжение механизмов адаптации, перенапряжение
механизмов адаптации, срыв адаптации).
В гигиене под порогом вредного действия принято понимать такую минимальную концентрацию вещества в объекте внешней среды (или дозу, попавшую в организм), при воздействии которой в организме (при конкретных
условиях поступления вещества) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно
компенсированная) патология (И.В. Саноцкий). Пороговыми считают эффекты, расположенные между нормой и патологией.
При установлении порогов вредного действия (минимально действующих уровней) и максимальных недействующих доз (концентраций) изучают
все основные органы и системы, особенно те, которые наиболее чувствительны к исследуемому фактору. В качестве критериев для оценки вредных эффектов используются статистические (статические различия с параллельным
контролем и/или значениями физиологической нормы), биохимические, метаболические, токсико–кинетические, физиологические и морфологические показатели, нагрузочные тесты. В частности, одним из метаболических критери-
117
ев является «принцип песочных часов» – изменение активности ключевого
фермента метаболической системы, уменьшение активности ферментных систем, сопровождающееся увеличением концентрации субстрата, изменение
соотношений активности ферментов одного цикла, компенсаторное увеличение активности ферментной системы, для которой яд является субстратом, и
др.
При установлении окончательной величины гигиенического норматива
используется принцип лимитирующего показателя вредности, в соответствии
с которым величина норматива выбирается на уровне наименьшей дозы (концентрации), установленной по различным критериям вредности (принцип
учета «слабого звена»).
Гигиеническое нормирование осуществляется с учетом особенностей
дозо–эффективных зависимостей, обусловленных механизмом действия факторов. Факторы окружающей среды, дающие так называемые нестохатические эффекты, имеют наличие порога, ниже которого неблагоприятные последствия не наблюдаются. Еще в XVI веке Парацельс отмечал: «Все вещества являются ядами; нет ни одного, который бы не был ядом. Только доза
разделяет яд и лекарство». В специально подобранных координатах график
зависимости доза–ответ для факторов с пороговым действием имеет вид прямой линии, пересекающей ось абсцисс в точке, соответствующей истинной
недействующей дозе (концентрации). На самом деле в силу биологической
вариабельности (различия в чувствительности различных людей) дозо–эффективная зависимость является не одной линией, а линейным диапазоном,
отражающим колебания индивидуальных реакций на исследуемый фактор
(принцип вероятностного характера пороговых доз). В связи с этим в последние годы при установлении пороговых доз гигиенисты стремятся получить их
вероятностные оценки – вероятностные или реперные дозы. Такие дозы отражают реакцию определенной доли экспонируемой популяции (например, реакция у 1 или 10% особей) и для них могут быть найдены верхняя и нижняя
доверительные границы.
Некоторые факторы, в частности эссенциальные (жизненно необходимые) элементы, имеют U–образную дозо–эффективную зависимость: в области оптимума риск развития неблагоприятных эффектов минимален, но при
увеличении или уменьшении дозы (т. е. при выходе из зоны оптимума) риск
начинает возрастать. Для подобных факторов, например фтора, целесообразно установление двух нормативных величин – минимальной и максимальной.
В последние годы парадоксальные эффекты (так называемого гормезиса) малых уровней воздействия факторов окружающей среды привлекли внимание
специалистов самого различного профиля.
Существенные особенности имеет гигиеническое нормирование факторов, дающих стохастические эффекты (мутагенез, канцерогенез). По современным представлениям, разделяемым, правда, далеко не всеми учеными, мутагенные и канцерогенные факторы не имеют порога действия, вследствие
118
чего теоретически их любая отличная от нуля доза способна привести к росту
риска неблагоприятных изменений в состоянии здоровья. Существует множество аргументов в пользу как пороговой, так и беспороговой концепции действия мутагенов и канцерогенов. В современной гигиене, располагающей убедительными эпидемиологическими данными и сведениями о механизме развития отдаленных эффектов, некоторые канцерогены нормируются с учетом
предположительного порога вредного действия (т. е. с применением тех же
принципов и методов, которые используются при нормировании неканцерогенных факторов). Если имеются данные о линейной зависимости эффекта от
дозы в области малых уровней воздействия и порога вредного действия установить нельзя, то гигиеническое нормирование осуществляется с учетом величины допустимого риска. При этом предполагается, что дозо–эффективная
зависимость проходит через ноль, а в качестве допустимой принимается доза,
теоретически вызывающая определенный приемлемый как для общества, так
и для отдельного человека риск. В некоторых странах в качестве такого приемлемого для населения риска используется величина 10–6, что соответствует
1 дополнительному к существующему фону случаю рака среди 1 млн жителей. Для производственных условий обычно считается допустимым риск на
уровне 10–3 – 10–4.
Принцип учета пороговости неразрывно связан с другим принципом
гигиенического нормирования – учетом зависимости эффекта как от
концентрации (дозы), так и от времени воздействия. Величина дозы и продолжительность воздействия не только определяют время появления биологического эффекта, но и нередко влияют на его качественные характеристики.
Например, в условиях острых воздействий бензол в основном влияет на центральную нервную систему, а при длительном воздействии малых доз и концентраций вызывает поражение системы кроветворения вплоть до развития
лейкоза. Зависимость эффекта от дозы может быть сложной, фазовой, что отражает цикличность адаптационных реакций, чередование первичных приспособительных реакций, процессов истинной физиологической адаптации,
временной адаптации, компенсации и элементов полома. Адаптация – истинное приспособление организма к изменяющимся условиям среды, которое
происходит без каких–либо необратимых нарушений данной биологической
системы и без превышения нормальных гомеостатических особенностей ее
реагирования. При истинной адаптации организм сохраняет способность адекватно, без существенного напряжения, а тем более срыва реагировать на
внешние воздействия. В отличие от адаптации компенсация характеризуется
как временно скрытая патология, которая со временем может проявиться в
виде заметных патологических изменений, т. е. декомпенсации.
Разграничение адаптационных, компенсаторных и патологических реакций остается одной из важнейших и сложных задач современной методологии гигиенического нормирования. Нередко зависимости доза–время–эффект
удается выявить только в условиях эксперимента на лабораторных животных,
119
в котором можно моделировать такие режимы экспозиции, которые нельзя
воспроизвести в реальных натурных условиях (принцип моделирования воздействия фактора в условиях эксперимента). Кроме того, именно эксперимент
позволяет на практике осуществлять один из основополагающих принципов
гигиенического нормирования, а именно принцип опережения.
В ряде случаев (при определении порогов раздражающего действия, порогов запаха) наблюдения проводят на людях–добровольцах. Однако базовой
моделью при исследовании токсических и отдаленных эффектов химических
соединений в нашей стране и за рубежом остаются лабораторные животные.
В эксперименте воспроизводятся соответствующие реальные условия поступления веществ в организм (путь введения, экспозиция, режим воздействия и
т.д.), учитываются возрастные, видовые, половые особенности чувствительности к действию вещества. Значение порога вредного действия, установленное в эксперименте на животных, при обосновании ПДК уменьшается на величину коэффициента запаса (фактора неопределенности), зависящую от показателей опасности исследуемого соединения, полноты данных об особенностях его вредного действия. Коэффициент запаса отражает возможные ошибки, которые связаны с переносом данных с животных на человека (межвидовые различия), переходом от «среднего» индивида к наиболее чувствительным лицам (индивидуальные различия) и др. Дополнительный вклад в медико–биологическую надежность устанавливаемых нормативов вносит использование принципа ужесточения условий воздействия, согласно которому в
процессе эксперимента, как правило, ориентируются на наиболее опасный вариант экспозиции.
Несмотря на ведущее значение принципа моделирования воздействия
фактора в условиях эксперимента, окончательным критерием медико–биологической надежности гигиенического нормирования являются результаты
корректно проведенных натурных исследований. В связи с этим единство эксперимента и результатов натурных (клинических, гигиенических, аналитических) исследований является одним из важнейших принципов современной
методологии гигиенического нормирования.
На практике этот принцип реализуется в этапности исследований по гигиеническому нормированию. Данный принцип отражает необходимость выбора стратегии исследования, выделения его важнейших этапов, проводимых
в строгой последовательности и по возможности синхронно с этапами внедрения новых веществ или материалов.
Этапы и правила формирования заключений на каждом этапе зависят от
объекта окружающей среды, в котором проводится нормирование. В общем
виде связь между стадиями технологической разработки и токсикологической
оценки можно представить как последовательную цепь: теоретический
проект технологической схемы – предварительная токсикологическая оценка;
лабораторная разработка технологической схемы – токсикологическая экспертиза; полузаводская установка – токсикологическая паспортизация и пол-
120
ная токсикологическая оценка; проектирование заводского производства –
дополнительные токсикологические исследования; действующее производство – натурные гигиенические, медицинские и эпидемиологические исследования. Это можно представить в виде последовательности: анализ имеющихся данных – расчетные и экспресс–экспериментальные методы прогноза
– эксперимент – натурные исследования (клинико–гигиеническая корректировка норматива).
В реальных условиях человек подвергается не изолированному воздействию какого–либо одного вещества, поступающего в организм конкретным
путем (через воду или воздух), а сложному многофакторному влиянию. Необходимость учета всего многообразия воздействий отражена в принципе
комплексного (единого, интегрального) гигиенического нормирования.
Различают следующие варианты многофакторных воздействий:
– комбинированное действие – одновременное действие одинаковых по природе факторов (например, шума и вибрации, нескольких химических веществ
и др.);
– роде факторов (например, шума и химических веществ);
– комплексное воздействие – одновременное поступление химического вещества сразу несколькими путями из одной или нескольких сред (например, из
воздуха, с пищевыми продуктами, с водой, с газовыделениями из воды, полимерных материалов, путем всасывания через кожу и т.д.);
– последовательное действие – вариант комбинированного действия, при котором воздействие одного вещества сменяется воздействием другого вещества (например, в сельском хозяйстве, на малотоннажных предприятиях химико–фармацевтической промышленности работающие могут определенное
время контактировать с одними веществами, которые затем сменяются другим набором химических соединений).
Лекция 10
Часть 2 Нормирование физических факторов среды обитания
10. 2. Нормирование составляющих микроклимата, шума и вибрации
10.3. Нормирование электромагнитных излучений и статических электрических полей
10.4. Нормирование лазерных излучений
10.5. Нормирование радиационного излучения
10.2. Нормирование составляющих микроклимата, шума и вибрации
Комплекс физических факторов, влияющих на теплообмен человека с
окружающей средой, его тепловое состояние и определяющих самочувствие,
работоспособность, здоровье и производительность труда, обозначается тер-
121
мином «микроклимат».
Показателями микроклимата являются температура воздуха и его относительная влажность, скорость движения, тепловое излучение. Напряжение
систем терморегуляции, нарушение температурного гомеостаза человека могут приводить к разнообразным функциональным и патологическим нарушениям, изменению реакций организма на другие потенциально вредные воздействия (сочетанное действие с вибрацией, шумом, химическими веществами).
При гигиеническом нормировании микроклимата в производственных
помещениях исходят из поддержания теплового состояния работающих на
оптимальном или допустимом уровне. Нормы микроклимата дифференцированы с учетом периода года, категории работ по уровню энергозатрат (в ваттах). Для жилых, общественных и административных помещений установлены оптимальные и допустимые параметры температуры и относительной
влажности воздуха, скорости движения воздуха и интенсивности теплового
облучения для холодного/переходного и теплого периодов года. Например,
для теплого периода года оптимальными считаются температура 22–24° С,
относительная влажность 40–60%, скорость движения воздуха не более 0,1
м/с. Допустимы для этого периода года температура 20–28° С, относительная
влажность 20–60%, скорость движения воздуха не более 0,2 м/с, интенсивность теплового облучения не более 35 Вт/м2.
Одним из наиболее распространенных природных и техногенных физических факторов производственной и окружающей среды является шум – любой нежелательный звук или совокупность таких звуков. Звук представляет
собой волнообразно распространяющийся в упругой среде колебательный
процесс. Характеристикой этих волн является звуковое давление – переменное давление, возникающее при прохождении звуковых волн дополнительно
к атмосферному давлению
В основе гигиенического нормирования шума лежит установление его
ПДУ. Для производственных условий при соблюдении ПДУ допускается
ухудшение и изменение внешних показателей деятельности (эффективности и
производительности) при обязательном возврате к прежней системе гомеостатического регулирования исходного функционального состояния с учетом
адаптационных изменений. Нормирование шума проводится по комплексу
показателей (специфические и неспецифические реакции, снижение работоспособности развитие дискомфортных реакций) с учетом их гигиенической
значимости.
ПДУ шума на рабочих местах дифференцированы с учетом напряженности трудового процесса, вида трудовой деятельности (категории тяжести
труда), частоты звука (октавной полосы).
Гигиеническое нормирование шума призвано обеспечить сохранение
здоровья и работоспособности населения, проживающего в условиях постоянного шума (нормативные уровни должны быть безвредными как при крат-
122
ковременном, так и при длительном действии на протяжении всей жизни человека). Нормативные уровни должны быть ниже порога раздражающего
субъективного действия, не оказывать неблагоприятного влияния на функциональное со стояние организма при кратковременном и длительном действии,
быть гораздо ниже уровней, принятых на производстве для 8–часовой рабочей смены.
Для населенных мест допустим такой уровень шума, который не оказывает) на человека прямого или косвенного вредного или неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение.
Существующие санитарные нормы устанавливают допустимые значения уровней шума, проникающего в помещения жилых и общественных зданий от внешних и внутренних источников, и допустимые значения уровней
шума на территории жилой застройки. Постоянный шум нормируется по
уровням звукового давления (в децибелах) в октавных полосах частот. Для
ориентировочной оценки постоянного шума допускается использование уровня звука, дБА.
Для непостоянного шума нормируются эквивалентные (по энергии)
уровни звука (дБА) и максимальные уровни звука.
В настоящее время одно из первых мест в структуре профессиональной
патологии занимает вибрационная болезнь, возникающая вследствие производственного воздействия локальной и общей вибрации.
Изменения в организме, связанные с действием вибрации, обусловлены
энергией колебания, которая прямо пропорциональна среднеквадратической
величине колебательной скорости. Величина колебательной скорости, поглощенной телом человека (Q), прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности раздражителя:
Q=STI
где S – площадь контакта, м2; Т – длительность воздействия, с; I – интенсивность вибрации, кгм/(м2 • с).
Интенсивность вибрации, а следовательно, колебательная энергия, прямо пропорциональна квадрату колебательной скорости:
2
I =V Z /S
где V– среднеквадратическое значение колебательной скорости, м/с; Z/S
– модуль вводного удельного импеданса в зоне контакта, кг/(с ● м3).
Механический импеданс определяется как отношение колебательной
силы к результирующей колебательной скорости в точке приложения этой
силы. Колебательная скорость 10–4 м/с улавливается человеком как порог восприятия, при скорости 1 м/с возникает болевое ощущение.
123
По способу передачи механических колебаний на человека различают
общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную вибрацию, передающуюся через
руки.
Производственная вибрация нормируется по спектру колебательной
виброскорости в октавных или третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами от 0,8 до 80 Гц для общей вибрации и от 8 до 1000 Гц для
локальной вибрации для каждого направления ее действия. Допустимые уровни дифференцированы в соответствии с характером трудовой деятельности
для стационарного технологического оборудования, самоходных и ручных
машин, а также с учетом специфики воздействия вибрации, определяющей
особенности развития утомления и патологии у работающих.
При частотном (спектральном) анализе нормируются средние квадратические значения виброскорости (м/с) и виброускорения (м/с2) или их логарифмические уровни в октавных полосах частот.
При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия
нормируется эквивалентное корректированное значение виброскорости, виброускорения или их логарифмический уровень. Данный подход позволяет
учесть временные параметры вибрационного воздействия.
10.2 Нормирование электромагнитных излучений и статических
электрических полей
В настоящее время в качестве определяющего параметра при оценке влияния поля как электрического, так и магнитного частотой до 10–30 кГц принято использовать плотность индуктированного в организме электрического
тока. Считается, что плотность тока проводимости j < 0,1 мкА/см2, индуктированного внешним полем, не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, протекающие в мозгу, имеют большие значения. В таблице 27 представлены
возможные эффекты в зависимости от плотности тока, наведенного переменным полем в теле человека.
Оценку опасности для здоровья человека выводят из связи между значением
плотности тока, наведенного в тканях, и характеристиками ЭМП. Плотность
тока, индуктированного магнитным полем, определяется извыражения:
j=πRγ fB
где В – магнитная индукция, Тл, В = γH; f – частота, Гц; γ – удельная
проводимость, См/м.
Для удельной проводимости мозга принимают γ = 0,2 См/м, для сердечной мышцы γ = 0,25 См/м. Если принять радиус R = 7,5 см для головы
и 6 см для сердца, произведение γR получается одинаковым в обоих случаях. При таком подходе безопасная для здоровья магнитная индукция
124
получается равной около 0,4 мТл при 50 или 60 Гц, что эквивалентно
напряженности магнитного поля Н ≤ 300 А/м.
Плотность тока, индуцированного в теле человека электрическим полем,
оценивают по формуле: j = k ∙ f ∙ E, с различными коэффициентами к для
области мозга и сердца. Для ориентировочных расчетов, поскольку важно
оценить порядок плотности тока j, принято k = 3 ∙ 10–3 См/Гц м.
В области частот от 30 до 100 кГц механизм воздействия полей через
возбуждение нервных и мышечных клеток уступает место тепловому воздействию и в качестве определяющего фактора принимается удельная мощность поглощения. При этом считается в соответствии с различными международными предписаниями, что для энергии, поглощенной телом человека, достаточно безопасным пределом является 0,4 Вт/кг (в стандарте
ФРГ –VDE 0848, часть 2). В диапазоне частот от 100 МГц до 3 ГГц следует учитывать резонансные эффекты в теле и области головы, на что при
нормировании должна быть сделана поправка.
Таблица 15
Возможные эффекты в зависимости от плотности тока, наведенного переменным полем в теле
человека
Плотность индуктиНаблюдаемые эффекты
рованного тока j,
мкА/см2
0,1
Нет
1,0
Мелькание световых кругов в глазах, аналогичное при надавливании на глазное яблоко
10–50
Острые невралгические симптомы, подобные тем, что вызываются электрическим током, т. е. проявляется стимуляция сенсорных
рецепторов и мышечных клеток
10.2.1.Нормирование электромагнитных полей радиочастот
Для предупреждения заболеваний, связанных с воздействием радиочастот, установлены предельно допустимые значения напряженности и плотности потока энергии (ППЭ) на рабочем месте персонала и для населения.
Согласно ГОСТ 12.1.0068–84, напряженность ЭМП в диапазоне частот
60 кГц – 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не
должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ):
по электрической составляющей, В/м:
50 – для частот от 60 кГц до 3 МГц;
20 – для частот свыше 3 МГц до 30 МГц;
10 – для частот свыше 30 МГц до 50 МГц;
5 – для частот свыше 50 МГц до 300 МГц;
125
по магнитной составляющей, А/м.:
5 – для частот от 60 кГц до 1,5 МГц;
0,3 – для частот от 30 МГц до 50 МГц.
В настоящее время в соответствии со стандартом СЭВ 5801–86, а также
согласно СанПиН 2.2.4/2.1.8.055–96 определяют ПДУ в диапазоне частот 60
кГц – 300 МГц, исходя из энергетической нагрузки (ЭН), которая представляет собой произведение квадрата напряженности поля на время его воздействия. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна
ЭНЕ = Е2Т, магнитным ЭНН = Н2Т. Откуда значения ПДУ Е и Н находят из
следующих выражений: ЕПДУ = √ЭН ЕПДУ / T, НПДУ = √ЭН НПДУ / T.
Значения ПДУ энергетической на грузки в течение рабочего дня, а также ПДУ составляющих поля для короткого промежутка времени, определенные по представленным формулам, указаны в таблице:
Таблица 16
Значения ПДУ энергетической нагрузки в течение рабочего дня, а также ПДУ составляющих поля для короткого промежутка времени
Параметр
Предельные значения в диапазонах частот, МГЦ
От 0,06 до 3
Свыше 3 до 30
Свыше 30 до 300
ЭН ЕПДУ (В/м)2ч
20000
7000
800
ЭН НПДУ (А/м)2ч
200
–
–
ЕПДУ (В/м)
500
300
80
НПДУ (А/м)
50
–
–
Одновременное воздействие электрического и магнитного полей в
диапазоне частот 0,06–3 МГц считается допустимым при условии:
(ЭНЕ)/(ЭНЕпду) + (ЭНн)/(ЭННПДУ) ≤ 1
Предельно допустимую плотность потока энергии в диапазоне частот
300 МГц–300 ГГц на рабочих местах персонала устанавливают исходя из
допустимого значения энергетической нагрузки W на организм и времени
пребывания в зоне облучения, однако во всех случаях она не должна превышать 10 Вт/м2, а при наличии рентгеновского излучения или высокой
температуры воздуха в рабочих помещениях (выше 28°С) – 1 Вт/м 2.
Предельно допустимая плотность потока энергии (в принципе, это
плотность мощности, судя по размерности Вт/м2, но в технической литера-
126
туре и нормативной документации, к сожалению, принят термин «плотности потока энергии») определяется по формуле:
ППЭ = W/T,
где W – нормированное значение допустимой энергетической нагрузки на
организм, равное 2 Вт/м 2 для всех случаев облучения, исключая облучение
от вращающихся и сканирующих антенн, и 20 Вт/м 2 для облучения от вращающихся и сканирующих антенн; Т – время пребывания в зоне облучения, ч.
Предельно допустимые значения (согласно санитарным нормам) электрического поля и плотности потока энергии на территории жилой
застройки, а также на рабочих местах лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности представлены в таблице:
Таблица16
Предельно допустимые значения электрического поля и плотности потока энергии
f
50 Гц 30– 0,3–3
3– 30–300 0,3–300
300
МГц 30 МГц МГц
ГГц
кГц
Е,В/м 500
25
15
10
3,0
0,1 Вт/м2
Предельно допустимая ППЭ при эксплуатации микроволновых печей не
должна превышать 0,1 Вт/м2 при трехкратном ежедневном облучении по
40 мин и общей длительности облучения не более 2 ч в сутки.
Согласно «Временным допустимым уровням воздействия ЭМИ, создаваемых системами сотовой радиосвязи» 1994 г., допустимый уровень облучения пользователя сотового телефона не должен превышать 1 Вт/м 2.
1.2.2 Нормирование электромагнитных полей промышленной частоты и статических полей
Для электростатических полей, согласно ГОСТ 12.1.045–84, устанавливается допустимая напряженность поля по формуле:
Е = 60 / √ t кВ/м, где t = 1–9 ч.
В соответствии с этим стандартом предельное значение напряженности
поля Епду, при котором допускается работать в течение часа, равно 60 кВ/м. В
течение рабочей смены разрешается работать без специальных мер защиты
при напряженности 20 кВ/м. ПДУ СЭП непрофессионального воздействия
составляет 15 кВ/м.
Для определения допустимого времени в электростатическом поле без
защитных мер в зависимости от фактической напряженности Ефакт следует
пользоваться формулой:
127
tдоп = (Епду/ Ефакт)2.
Гигиеническое нормирование ЭМП промышленных частот осуществляется раздельно для электрического и магнитного полей. Нормируемым
параметрам электрического поля является напряженность (в вольтах на метр),
магнитного поля – магнитная индукция (в теслах) или напряженность магнитного поля (в амперах на метр). ПДУ воздействия электрических полей промышленных частот для полного рабочего дня составляет 5 кВ/м, а ПДУ для
воздействия не более 10 мин – 25 кВ/м. Для электрического поля промышленной частоты в соответствии с ГОСТ 12.1.002–84 предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения специальных средств защиты, равен 25 кВ/м.
При напряженности поля свыше 20 кВ/м до 25 кВ/м время пребывания персонала в поле не должно превышать 10 мин.
Согласно стандарту допускается пребывание персонала без специальных средств защиты в течение всего рабочего дня в электрическом поле
напряженностью до 5 кВ/м. В интервале свыше 5 кВ/м до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания Т(ч) определяется по формуле:
Т = 50/Е–2,
где Е – напряженность воздействующего поля в контролируемой
зоне, кВ/м.
При нахождении персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП приведенное время пребывания вычисляют по
формуле:
Тпр = 8 (tE1/TE1 + tE2/TE2 + ... + tEn/TEn),
где tE1 tE2, tEn и TE1 TE2, TEn – фактическое и допустимое время пребывания в зонах с напряженностью Е1, Е2 и Еп. При необходимости определения предельно допустимой напряженности электрического поля при заданном
времени пребывания в нем уровень напряженности в кВ/м вычисляется
по формуле
Е = 50/(Т + 2),
где N – время пребывания в электрическом поле, ч.
Внутри жилых зданий принято Епду = 0,5 кВ/м, на территории зоны
жилой застройки – 1 кВ/м.
Для постоянных магнитных полей в соответствии с СН 1742–77
установлена напряженность поля Нпду= 8 кА/м в течение рабочей смены
при работе с магнитными установками и магнитными материалами.
ПДУ магнитных полей промышленной частоты регламентируют уровни
128
непрерывных и прерывистых воздействий МП в зависимости от длительности
импульсов, интервалов между ними, времени воздействия в течение рабочего
дня и составляют от 1,4 до 10,0 кА/м. Величина ПДУ определятся также контактом человека с магнитным полем (воздействие на все тело, локальное воздействие на конечности). С учетом возможного канцерогенного действия магнитных полей 'промышленных частот международные организации рекомендуют рассматривать как безопасные для населения уровни воздействия 60
А/м (100 мкТл), для профессионалов – 400 А/м (500 мкТл). Отечественные
исследователи предложили снизить ПДУ воздействия магнитных полей промышленных частот для производственных условий. Так, при воздействии в
течение всего рабочего дня этот уровень должен составлять 100 мкТл (80
А/м), при воздействии в течение 1 ч – 3 мТл (1600 А/м).
Для магнитных полей промышленной частоты в соответствии с СН
3206–85 в зависимости от характера воздействия (непрерывного или прерывистого) установлена следующая связь между общим временем Т воздействия в течение рабочего дня и предельно допустимой напряженностью поля Нпду :
Таблица 17
Связь между общим временем воздействия в течение рабочего дня и предельно допустимой напряженностью поля
Т, ч
<1,0
<2,0
<3,0
<4,0
<5,0
<6,0
<7,0
<8,0
Нпду кА/м
1
6,0
4,9
4,0
3,2
2,5
2,0
1,6
1,4
2
8,0
6,9
6,0
5,2
4,5
4,0
3,6
3,4
3
10,0
8,9
8,0
7,2
6,5
6,0
5,6
5,4
Характер воздействия разделен на группы:
1. непрерывное и прерывистое воздействие с длительностью импульса t u >
0,02 с, с длительностью паузы tn < 2с (и при tu > 60 с);
2. прерывистое воздействие с 60 с > tu > 1 с, tn > 2 с;
3. прерывистое воздействие с 0,002 с < tu < 1 с; tn > 2 с.
Представляется уместным привести рекомендации Международного
комитета по неионизирующим излучениям от 1990 г. о ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты для профессионалов (персонала) и населения:
Таблица 18
129
Рекомендации Международного комитета по неионизирующим излучениям от 1990 г.
о ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты
Время пребывания в
Е (кВ/м)
поле
Профессионалы
В течение рабочего дня
10
Короткое время
30
Для частей тела
–
Население
Н(мТл)
0,5
5 (< 2 ч в
день)
25
Вплоть до 24 ч в день
5
0,1(80А/м)
Несколько часов в день
10
1
Для сравнения с зарубежными нормами приведем данные наиболее
авторитетных и полных во всем частотном диапазоне от 0 до 300 ГГЦ немецких стандартов применительно ЭМП промышленной частоты и статических полей.
Для электростатического поля в течение рабочего дня по немецким
нормам Е = 40 кВ/м (у нас 20 кВ/м), для постоянного магнитного поля – Н
= 16 кА/м (у нас 8 кА/м).
Для напряженности электрического поля промышленной частоты в
течение рабочего дня Е = 20 кВ/м (у нас 5 кВ/м), для напряженности магнитного поля промышленной частоты Н = 4 кА/м (у нас 1,4 кА/м).
Сравнение показывает, что наши нормы для персонала по постоянным полям жестче в 2 раза, а по ЭМП промышленной частоты – в 3–4 раза. Это свидетельствует об определенном запасе, заложенном в наши действующие нормы.
10.3. Нормирование лазерного излучения
Гигиеническое нормирование ЛИ основано на критериях биологического действия, обусловленного областью электромагнитного спектра: 0,18–0,38
мкм – ультрафиолетовая область; 0,38–0,75 мкм – видимая область; 0,75–1,4
мкм – ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм –дальняя инфракрасная
область.
Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно
допустимым уровням облучения (ПДУ). Это уровни лазерного облучения, которые при ежедневной работе не вызывают у работающих заболеваний и отклонений в состоянии здоровья. В основу установления ПДУ
положены минимальные, пороговые повреждения в облучаемых тканях
(сетчатке, роговице, коже).
130
Согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» ПДУ лазерного излучения определяются энергетической экспозицией облучаемых тканей (Дж ∙ см–2).
Лазеры по степени опасности генерируемого ими излучения подразделяются на четыре класса:
1 класс – выходное излучение не представляет опасности для глаз и
кожи;
2 класс – выходное излучение представляет опасность при облучении
глаз прямым или зеркально отраженным излучением;
3 класс – выходное излучение представляет опасность при облучении
глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или)
при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением;
4 класс – выходное излучение представляет опасность при облучении
кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно
отражающей поверхности.
Работа лазерных установок может сопровождаться также возникновением и других опасных и вредных производственных факторов: шум,
вибрация, аэрозоли, газы, электромагнитное и ионизирующее излучения.
Сопутствующие опасные и вредные производственные факторы, которые могут возникнуть при эксплуатации лазеров разных классов, приведены в таблице:
Таблица 19
Классы лазеров в зависимости от опасности и вредности производственных факторов
Опасные и вредные производственные
Классы лазеров
факторы
I
2
3
4
Электрическое напряжение
Световое излучение импульсных или газового
разрядов
Шум, вибрация
Аэрозоль, газы
–(+)
–
+
–
+
–(+)
+
+
–
–
–
–
–(+)
–
+
+
Электромагнитное и ионизирующее излучения
–
–
–
–(+)
Класс опасности лазерной установки определяется на основании
длины волны излучения λ (мкм), расчетной величины энергии облучения Е
(Дж) и ПДУ для данных условий работы.
Определение уровней облучения персонала для лазеров 2–4 классов
должно проводиться периодически не реже одного раза в год в порядке текущего санитарного надзора.
Кроме того, осуществляется контроль за соблюдением:
– предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей
131
зоны;
– предельно допустимых уровней виброскорости;
– предельно допустимых уровней электромагнитных излучений;
– предельно допустимых уровней ионизирующих излучений.
Лазеры 3–4 класса, генерирующие излучение в видимом диапазоне (λ = 0,4–
0,75 мкм), и лазеры 2–4 класса с генерацией в ультрафиолетовом (λ = 0,2–0,4
мкм) и инфракрасном диапазонах длин волн (λ = 0,75 мкм и выше) должны
снабжаться сигнальными устройствами, работающими с момента начала генерации до ее окончания. Конструкция лазеров 4 класса должна обеспечиваться возможностью дистанционного управления.
Для ограничения распространения прямого лазерного излучения за пределы области излучения лазеры 3–4 класса должны снабжаться экранами,
изготовленными из огнестойкого, неплавящегося светопоглощающего материала, препятствующими распространению излучения.
Лазеры 4 класса должны размещаться в отдельных помещениях. Внутренняя отделка стен и потолка помещений должны иметь матовую поверхность. Для
уменьшения диаметра зрачков необходимо обеспечить высокую освещенность
на рабочих местах (более 150 лк).
С целью исключения опасности облучения персонала для лазеров 2–3
класса необходимо либо ограждение всей опасной зоны, либо экранирование
пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов
с наименьшим коэффициентом отражения на длине волны генерации лазера,
быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них
лазерного излучения.
В том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить достаточной защиты, применяются средства индивидуальной защиты
(СИЗ) – противолазерные очки и защитные маски.
Конструкция противолазерных очков должна обеспечивать снижение интенсивности облучения глаз лазерным излучением до ПДУ в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.013–75.
10.4. Нормирование радиационного излучения
Вопросы радиационной безопасности регламентируется Федеральным законом «О радиационной безопасности населения», нормами радиационной безопасности (НРБ–96) и другими правилами и положениями. В
законе «О радиационной безопасности населения» говорится: «Радиационная безопасность населения – состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения» (статья 1).
«Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица
без гражданства, проживающие на территории Российской Федерации,
132
имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за
счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше
установленных норм, правил и нормативов, выполнения гражданами и организациями, осуществляющими деятельность с использованием источников
ионизирующего излучения, требований к обеспечению радиационной безопасности» (статья 22).
Требования НРБ–96 являются обязательными для всех юридических
лиц. Эти нормы являются основополагающим документом, регламентирующим требования закона РФ «О радиационной безопасности населения», и
применяются во всех условиях воздействия на человека излучения искусственного или природного происхождения.
В НРБ–96 приводятся термины и определения. Так, в нормах сказано, что радиационный риск – это вероятность того, что облучение повлечет
за собой какие–либо конкретные вредные последствия для человека.
Таблица 20
Основные дозовые пределы
Нормируемые величины
Эффективная доза
Эквивалентная доза
за год в хрусталике,
Коже
Кистях и
стопах
Дозовые пределы
лицо из перлица из населесонала (группа
ния
А)
20 мЗв в год в
1 мЗв в год в
среднем за любые среднем за любые
последовательные последовательные
5 лет, но не более 5 лет, но не более
60 мЗв в год
5 мЗв в год
150 мЗв
15мЗв
500 мЗв
50мЗв
500 мЗв
50мЗв
Нормы устанавливают следующие категории облучаемых лиц: персонал и все население. Персонал – лица, работающие с техническими источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается равным 1∙10–3 за год, для населения 5,0 ∙
10–5 за год. Уровень пренебрежимого риска принимается равным 10–6 за год.
Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:
– основные дозовые пределы (табл. 37);
133
– допустимые уровни монофакторного (для одного радионуклида или
одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия, являющиеся производными от основных дозовых пределов: пределы
годового поступления, допустимые среднегодовые объемные активности
(ДОА) и удельные активности (ДУА) и т. д.;
- контрольные уровни (дозы и уровни). Контрольные уровни устанавливаются администрацией учреждения по согласованию с органами Госсанэпиднадзора. Их численные значения должны учитывать достигнутый в
учреждении уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия,
при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.
Основные дозовые пределы облучения лиц из персонала и населения
не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ионизирующего излучения и дозу вследствие радиационных аварий. На эти
виды облучения устанавливаются специальные ограничения.
При подсчете вклада в общее (внешнее и внутреннее) облучение от
поступления в организм радионуклидов берется сумма произведений поступлений каждого радионуклида за год на его дозовый коэффициент. Годовая эффективная доза облучения равна сумме эффективной дозы внешнего облучения, накопленной за календарный год, и ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же период. Интервал времени для определения величины ожидаемой эффективной дозы устанавливается равным
50 лет для лиц из персонала и 70 лет – для лиц из населения.
Для каждой категории облучаемых лиц допустимое годовое поступление радионуклида рассчитывается путем деления годового предела дозы
на соответствующий дозовый коэффициент.
134
Литература:
1. Агаджанян, Н.А. Физиологии человека. / Н.А. Агаджанян, Л.З. Телль, В.И.
Циркин, С.А. Чеснокова. Медицинская книга. Новгород: Издательство
НГМА, 2003. – 528 с.
2. Абрамова, Ж.И. Основные проявления действия промышленных ядов: руководство по гигиене труда. :М. 1963, – т. 2, – с. 147.
3. Акимов, А.А. Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях
природной и техногенной среды: учебное пособие. / А.А. Акимов, Ю.Л. Воробьев, М.И. Фалеев и др.– М.: Высшая школа, 2006. – 592 с.
4. Габович, Р.Д. Гигиена, гл.21, Промышленные яды. Профессиональные
отравления и их профилактика / Р.Д. Габович, С.С. Познанский, Г.Х. Шахбазян. Киев: Высшая школа, 1978. – 320 с.
5. Голубев, А.А., Количественная токсикология / А.А. Голубев, Е.И. Любкина, Н.М. Толоконцев, В.А. Филов. Л.: 1973 – 320 с.
6. Данишевский С.Л. Гигиеническая стандартизация химического сырья и
продуктов: руководство по гигиене труда, т.2, М.:1963. – с. 217–222.
7. Заугольников, С. Лойт А.О. Иваницкий А.И. К вопросу о классификации
токсических веществ: в кн. Общие вопросы промышленной токсикологии. /
С. Заугольников, М.: 1967. – с. 46–49.
8. Каган, Ю.С. Кумуляция. Критерии и методы ее оценки. Прогнозирование
хронической интоксикации. В кн. :Принципы и методы установления ПДК
вредных веществ в воздухе производственных помещений. М.: 1970. – с. 49–
65.
9. Лазарев, Н.В. Вредные вещества в промышленности в 3–х т. 7–е изд. доп. и
испр, М.:изд. «Химия» т.1., 1976. – 502 с., т.2, 1976. – 624 с., т.3, 1977. – 608 с.
10. Лазарев, Н.Б. Общие вопросы промышленной токсикологии. М.: Медицина, 1994. – с. 255.
11. Лужников, Е.А. Клиническая токсикология.М.:Медицина,1994. – с. 255.
Рукосуева, О.Н. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие.9–е изд.
СПб:ООО изд–во «Лань»;2005.–448 с.
12. Островская, В.Ф. Основы промышленной токсикологии Курс лекций для
студентов. / В.Ф. Островская, О.Ю. Кутумова. ГУЦМиЗ, 2005. – 65 с.
13.Островская, В.Ф. Методические указания к практическим работам по курсу
14. «Основы токсикологии» для специальности 280101 «Методы оценки токсичности и опасности химических соединений» / В.Ф. Островская, О.Ю. Кутумова. ГУЦМиЗ, Красноярск, 2004. – 29 с.
15. Островская, В.Ф. Методические указания к практическим работам по курсу «Основы токсикологии» для специальности 280101 «Основы промышленной токсикологии» / В.Ф. Островская, О.Ю. Кутумова. ГУЦМиЗ, Красноярск,
2004. – 23 с.
135
16. Правдин, Н.С. Руководство по промышленной токсикологии.М.: 1934. –
259 с.
17. Саноцкий, И.В. Методы определения токсичности и опасности химических веществ. М.: 1970. – с. 135.
18. Тиунов, Л.А. Основы общей промышленной токсикологии Л.:Медицина,
1976.–с.184–198
19. Толоконцев, Н.А. Основы общей промышленной токсикологии / Н.А. Толоконцев, В.А. Филов. Л.: Медицина, 1976. – 303 с
136
137
138