Небезпечні хімічні речовини, що знаходяться у оточуючому середовищі
Для організму людини розмаїтість хімічних речовин має неоднозначне значення. Одні з них індиферентні, тобто байдужні для організму; другі шкідливо впливають на організм; треті мають виражену біологічну активність, будучи будівельним матеріалом чи компонентом живого організму, або обов'язковою складовою частиною хімічних регуляторів фізіологічних функцій: ферментами, пігментами, вітамінами. Останні одержали назву біологічно активних елементів (біогенних елементів). Усі біогенні елементи в залежності від їхнього процентного вмісту в організмі людини у свою чергу розділені на три групи: макроелементи – кисень, вуглець, водень, азот, хлор, сірка, фосфор, кальцій, натрій, магній, вміст яких в організмі людини складає 10-3% і більше; мікроелементи – йод, мідь, кобальт, цинк, платина, молібден, марганець і інші, вміст яких в організмі становить 10-3...10-12%; слідові елементи, що виявляються в організмі людини в кількостях, які не перевищують 10-12 %. Якісний і кількісний вміст хімічних елементів визначається природою організму, при цьому внутрішнє і зовнішнє середовище являє собою єдину, цілісну систему, що знаходиться в динамічній рівновазі з навколишнім середовищем. Необхідно відзначити, що фізіологічні можливості процесів зрівноважування внутрішнього середовища організму з постійно мінливим зовнішнім середовищем обмежені. Розлад рівноваги, що виражається в порушенні процесів життєдіяльності чи в розвитку хвороби, може наставати при впливі надзвичайного по величині або незвичайного по характеру фактора зовнішнього середовища. Такого роду ситуації можуть мати місце на визначених територіях унаслідок природного нерівномірного розподілу хімічних елементів у біосфері: атмосфері, гідросфері та літосфері. На цих територіях надлишок чи недолік визначених хімічних елементів спостерігається в місцевій фауні і флорі. Такі території були названі біогеохімічними провінціями, а специфічні захворювання населення, що спостерігаються, одержали назву геохімічних захворювань. Так, наприклад, якщо того чи іншого хімічного елемента, скажемо йоду, виявляється недостатньо в ґрунті то зниження його вмісту виявляється в рослинах, які виростають на цих ґрунтах, а також в організмах тварин, що харчуються цими рослинами. У результаті харчові продукти як рослинного, так і тваринного походження виявляються збідненими на йод. Хімічний склад ґрунтових і підземних вод відбиває хімічний склад ґрунту. При нестачі йоду в ґрунті його недостатньо виявляється й у питній воді. Йод відрізняється високою летючістю. У випадку зниженого вмісту в ґрунті, в атмосферному повітрі його концентрація також знижена. Таким чином, у біогеохімічній провінції, збідненій на йод, організм людини постійно недоодержує його з їжею, водою і повітрям. Наслідком цього є поширення серед населення геохімічного захворювання – ендемічного зоба. У біогеохімічній провінції, збідненій на фтор, при його вмісті у воді джерел водопостачання 0,4 мг/л і менше, має місце підвищена захворюваність карієсом зубів. Існують і інші біогеохімічні провінції, збіднені міддю, кальцієм, марганцем, кобальтом; збагачені свинцем, ураном, молібденом, марганцем, міддю й іншими елементами. Неоднорідна на різних територіях природна геохімічна обстановка, що визначає надходження в організм людини хімічних речовин з їжею, повітрям, водою, за рахунок резорбції через шкіру, може змінюватися також у значній мірі в результаті діяльності людини. З'являється таке тлумачення, як антропогенні хімічні фактори середовища існування. Вони можуть з’являтися як у результаті цілеспрямованої діяльності людини, так і в наслідок росту народонаселення, концентрації його у великих містах, хімізації всіх галузей промисловості, сільського господарства, транспорту і побуту. Безмежні можливості хімії обумовили застосування замість природних синтетичні і штучні матеріали. У зв'язку з цим постійно зростає рівень забруднення зовнішнього середовища: атмосфери – унаслідок надходження промислових викидів, вихлопних газів, продуктів спалювання палива; повітря робочої зони – при недостатній герметизації, вентиляції, механізації та автоматизації виробничих процесів; повітря житлових приміщень – унаслідок деструкції полімерів, лаків, фарб, мастик і інших виробів; питної води – у результаті скидання стічних вод та вимивання шкідливих домішок із атмосфери опадами; продуктів харчування – при нераціональному застосуванні гербіцидів, пестицидів та добрив, у результаті використання нових видів упаковки і тари, при неправильному годуванні худоби новими видами синтетичних кормів; одягу –при виготовленні його із синтетичних волокон; іграшок, побутового устаткування – в результаті їх виготовлення з використанням синтетичних матеріалів і фарб. Усе це визначає виникнення неадекватної процесам життєдіяльності хімічної обстановки, небезпечної для здоров'я, а іноді і для життя людей. В таких умовах проблема охорони природи і захист населення від небезпечного впливу шкідливих хімічних факторів стає все актуальнішою. Неможливо не допустити надходження різноманітних хімічних речовин у навколишнє середовище й організм людини. Але кількісно це надходження повинно бути обмежене дозами, при яких шкідливі речовини стають індиферентними як для організму людини, так і для біосфери в цілому. Широкий розвиток хімізації обумовив застосування в промисловості і сільському господарстві величезної кількості хімічних речовин – у вигляді сировини, допоміжних, проміжних, побічних продуктів і відходів виробництва. Ті хімічні речовини, що, проникаючи в організм навіть у невеликих кількостях, викликають у ньому порушення нормальної життєдіяльності, називаються шкідливими речовинами. Шкідливі речовини чи промислові отрути у виді пари, газів, пилу зустрічаються в багатьох галузях промисловості. Наприклад, у шахтах присутні шкідливі гази (оксиди азоту, вуглецю), джерелом яких є підривні роботи. У металургійній промисловості, крім здавна відомих газів (оксиду вуглецю і сірчистого газу) з'являються нові токсичні речовини (рідкісні метали), які застосовуються у ливарному виробництві для одержання різних сплавів (вольфрам, молібден, хром, берилій, літій і ін.). У металообробній промисловості поширені процеси травлення металів кислотами, гальванічне покриття, ціанування, кадміювання, азотування, покриття фарбами, при яких можливе виділення в повітря шкідливих газів і пари органічних розчинників. Значним джерелом шкідливих речовин у навколишнім середовищі є хімічна промисловість – основна хімія, коксохімія, промисловість, що призначена для виробництва синтетичних смол, фарб, пластмас, каучуку, синтетичних волокон. У сільському господарстві основним джерелом шкідливих речовин є застосування отрутохімікатів. По ступені потенційної небезпеки впливу на організм людини шкідливі речовини можна підрозділити на 4 класи: 1 – надзвичайно небезпечні, 2 – сильно небезпечні, 3 – помірно небезпечні, 4 – слабо небезпечні. Критеріями при визначенні класу небезпеки служать ГДК, середня смертельна токсодоза, середня смертельна концентрація й інші. Визначення проводиться по показнику, значення якого відповідає найбільш високому класу небезпеки. Токсична дія отруйних речовин різноманітна, однак встановлено ряд загальних закономірностей у відношенні шляхів надходження їх в організм, сорбції, розподілу і перетворення в організмі, виділення з організму, характеру дії на організм відповідно з їхньою хімічною структурою і фізичними властивостями. Шкідливі речовини можуть надходити в організм трьома шляхами: через легені при диханні, через шлунково-кишковий тракт із їжею і водою, через неушкоджену шкіру шляхом резорбції, а також при ін’єкціях та через рани. Надходження шкідливих речовин через органи дихання є основним і найбільш небезпечним шляхом. Поверхня легеневих альвеол при середньому їхньому розширенні (тобто при спокійному, рівному диханні) складає від 90 до 100 м2, товщина ж альвеолярної стінки коливається від 0,001…0,004 мм. Завдяки цьому у легенях створюються найбільш сприятливі умови для проникнення газів, пари, пилу безпосередньо у кров. Надходять хімічні речовини в кров шляхом дифузії, унаслідок різниці парціального тиску газів чи пари у повітрі і крові. Розподіл і перетворення шкідливої речовини в організмі залежить від її хімічної активності. Розрізняють групу так називаних не реагуючих газів, які у силу своєї низької хімічної активності в організмі не розподіляються на складові елементи або розподіляються дуже повільно. В наслідок чого вони досить швидко накопичуються у крові. До них відносяться пари усіх вуглеводнів ароматичного і жирного рядів та їхні похідні. Іншу групу складають реагуючі речовини. Вони легко розчиняються в рідинах організму і приймають участь у хімічних взаємодіях. До них відносяться аміак, сірчистий газ, оксиди азоту та інші. Спочатку насичення крові шкідливими речовинами відбувається швидко унаслідок великої різниці парціального тиску, потім сповільнюється і при рівновазі парціального тиску газів чи парів в альвеолярному повітрі і крові насиченість припиняється. Після видалення потерпілого з забрудненої атмосфери починається десорбція газів і пари та видалення їх через легені. Десорбція також відбувається на основі законів дифузії. Небезпека отруєння пилоподібними речовинами не менша, ніж паро-газоподібними. Ступінь отруєння при цьому залежить від розчинності твердої хімічної речовини. Якщо вона добре розчиняється у воді та жирах, то усмоктується вже в верхніх дихальних шляхах, наприклад, у порожнині носа (речовини наркотичної дії). Зі збільшенням обсягу легеневого подиху і швидкості кровообігу сорбція хімічних речовин відбувається швидше. Таким чином, при виконанні фізичної роботи або перебуванні в умовах підвищеної температури повітря, отруєння настає значно швидше. Надходження шкідливих речовин через шлунково-кишковий тракт можливе з забруднених рук, з їжею і водою. Класичним прикладом такого шляху інкорпорації в організм отрути може служити свинець. Це м'який метал, він легко стирається, забруднює руки, погано змивається водою і при вживанні їжі чи палінні легко проникає в організм. У шлунково-кишковому тракті хімічні речовини всмоктуються сутужніше в порівнянні з легенями, тому що шлунково-кишковий тракт має меншу поверхню і тут виявляється виборчий характер усмоктування: найкраще всмоктуються речовини, добре розчинні в жирах. Однак, у шлунково-кишковому тракті токсичні речовини під впливом ферментів та вмісту можуть перетворитися в ще більш несприятливу для організму форму. Наприклад, ті ж з'єднання свинцю, що погано розчинні у воді – добре розчиняються в соку шлунку і тому легко всмоктуються. Усмоктування шкідливих речовин відбувається в шлунку і найбільшою мірою в тонкому кишечнику. Велика частина хімічних речовин, що надійшли в організм через шлунково-кишковий тракт, попадає через систему ворітної вени в печінку, де вони затримуються і деякою мірою знешкоджуються. Через неушкоджену шкіру (епідерміс, потові і сальні залози, волосяні мішечки) можуть проникати шкідливі речовини, добре розчинні в жирах і ліпоїдах, наприклад, значна частина лікарських речовин, речовини нафталінового ряду й інші. Ступінь проникнення хімічних речовин через шкіру залежить від їхньої розчинності, величини поверхні зіткнення зі шкірою, обсягу і швидкості кровотоку в ній. Наприклад, при роботі в умовах підвищеної температури повітря, коли кровообіг у шкірі підсилюється, кількість отруєнь через шкіру збільшується. Велике значення при цьому мають консистенція і летючість речовини: рідкі летючі речовини швидко випаровуються з поверхні шкіри і не встигають усмоктуватися; найбільшу небезпеку представляють маслянисті мало летючі речовини. Вони тривалий час затримуються на шкірі, що сприяє їх резорбції. Знання шляхів проникнення шкідливих речовин в організм визначає заходи профілактики отруєнь. Шкідливі хімічні речовини, що надійшли в організм, піддаються різноманітним перетворенням, майже всі органічні речовини вступають у різні хімічні реакції, такі як окислювання, відновлення, гідролізу, дезамінування, метилування, ацетилування, утворення парних з'єднань з деякими кислотами. Не піддаються перетворенням тільки хімічно інертні речовини, наприклад, бензин, що виділяється з організму в незмінному виді. Неорганічні хімічні речовини також піддаються в організмі різноманітним змінам. Характерною рисою цих речовин є здатність відкладатися в якому-небудь органі, найчастіше в кістках, утворюючи депо. Наприклад, у кістках відкладаються свинець і фтор. Деякі неорганічні речовини окисляються, наприклад, нітрити – у нітрати, сульфіди – у сульфати. Результатом перетворення отрут в організмі здебільшого є їхнє знешкодження. Однак існують виключення з цього правила, коли в результаті перетворення формуються більш токсичні речовини. Наприклад, метиловий спирт окисляється до формальдегіду і мурашиної кислоти, які дуже токсичні. Знання процесів перетворення хімічних речовин в організмі дає можливість втручання в ці процеси з метою попередження порушення процесів життєдіяльності. Важливе значення для безпеки існування організму має співвідношення між надходженням шкідливої речовини в організм і її виділенням. Якщо виділення речовини і її перетворення в організмі відбувається повільніше, ніж надходження, то речовина накопичується в організмі, кажуть вона акумулюється і може довгостроково діяти на органи і тканини. Такими типовими речовинами є свинець, ртуть, фтор і інші. Речовини, добре розчинні у воді і крові, повільно накопичуються і також повільно виділяються з організму; летючі органічні речовини (бензин, бензол) – швидко поглинаються і також швидко виділяються з нього не накопичуючись (рис. 2.1). В даний час, у зв'язку з розвитком промисловості і наростанням процесів урбанізації, створюються умови надходження в організм людини одночасно декількох шкідливих хімічних речовин. У зв'язку з цим з'явилося таке поняття, як комбінована дія хімічних речовин на організм. Можливі три основних типи комбінованої дії хімічних речовин: синергізм, коли одна речовина підсилює дію іншої, антагонізм, коли одна речовина послабляє дію іншої та сумація чи адитивна дія, коли дія речовин у комбінації сумується. Накопичені токсикологічними дослідженнями дані свідчать про те, що в більшості випадків промислові отрути в комбінації діють по типу сумації, тобто дія їх інтегрується. Це важливо враховувати при оцінці якості повітряного середовища. Наприклад, якщо в повітрі присутні пари двох речовин, для яких установлена ГДК 0,1 мг/л для кожного, то в комбінації вони зроблять такий же вплив на організм, як 0,2 мг/л кожної з них окремо. Для оцінки повітряного середовища за умови комбінованої дії хімічних речовин запропонована формула:
де А1, А2, А3 – виявлені в повітрі концентрації шкідливих речовин 1, 2, 3; х1, х2, х3 – гранично допустимі концентрації речовин 1, 2, 3. Якщо сума в лівій частині більше одиниці, стан повітряного середовища оцінюється як незадовільний. Можливість адитивної дії хімічних речовин у комбінації враховується при оцінці повітряного середовища і при проектуванні промислових підприємств.
Рис. 2.1. Динаміка насичення крові парами бензолу – 1 і бензину – 2 при диханні. Т − час, С – концентрація.
Яка ж межа вмісту хімічних речовин у навколишнім середовищі, де кількісні границі цієї межі для безпеки життєдіяльності? У зв'язку з цією проблемою і виникло поняття гранично допустимих концентрацій (ГДК). Згідно визначенню гранично допустимою концентрацією хімічної сполуки в зовнішнім середовищі називають таку її максимальну концентрацію, при впливі якої на організм періодично чи протягом усього життя, прямо або опосередковано через екологічні системи, а також через можливий економічний збиток, не виникає соматичних чи психічних захворювань схованих або тимчасово компенсованих, а також яких-небудь змін у стані здоров'я, що виходять за межі пристосувальних фізіологічних коливань, котрі виявляються сучасними методами дослідження відразу чи у віддалений термін життя теперішнього і наступних поколінь. Гранично допустимі концентрації у виді санітарних нормативів є юридичною основою для проектування, будівництва й експлуатації промислових підприємств, планування і забудови житла, створення і застосування індивідуальних засобів захисту. Обґрунтуванню гранично допустимих концентрацій повинна приділятися велика увага, дослідження мають бути виконані ретельно, тому що найменші помилки можуть привести або до втрати здоров'я, або до значних економічних збитків. Відомий парадокс Гадамера говорить: “Отрут як таких не існує”. Як правило, причиною отруєння є кількість речовини, що надає їй у визначених умовах якісно нові властивості. Тут доречно нагадати знамените формулювання Парацельса: “Усе є отрутою, ніщо не позбавлене отруйності, одна лише доза робить отруту непомітною”. На думку токсикологів, отрутою називається хімічний компонент середовища існування, який надходить в організм у кількості (рідше в якості), не відповідній уродженим та придбаним властивостям організму, і тому несумісний з життям. Отрути можуть чинити на організм як загально токсичну так і специфічну дію: сенсибілізуючу (зухвале підвищену чутливість), бластомогенну (утворення пухлин), гонадотропну (дія на статеві залози), ембріотропну (дія на зародок і плід), тератогенну (викликає каліцтва), мутагенну (дія на генетичний апарат). Отрути можуть викликати як гострі, так і хронічні отруєння. Гострі отруєння носять переважно побутовий, а хронічні – професійний характер. Гостре отруєння – це таке отруєння, при якому симптомокомплекс розвивається при однократному надходженні великої кількості шкідливої речовини в організм. Хронічним називають отруєння, що виникає поступово при повторному чи багаторазовому надходженні шкідливої речовини в організм у відносно невеликих кількостях. При встановленні гранично допустимих концентрацій хімічних речовин у навколишнім середовищі вирішуються наступні задачі: здійснюється розробка методики виявлення і кількісного визначення шкідливого хімічного компонента і встановлення його фізико-хімічних властивостей; виконується попередня оцінка токсичності і встановлюється орієнтовно безпечний рівень впливу токсичної речовини; здійснюється моделювання взаємодії організму з досліджуваною хімічною речовиною і вивчення реакції організму на її вплив; якісна і кількісна оцінка реакції організму; обґрунтування щодо рекомендації ГДК, а також інших заходів, спрямованих на попередження захворювань і підтримки оптимального самопочуття людини; організується впровадження ГДК у практику і перевірка її ефективності на підставі вивчення стану здоров'я і самопочуття осіб, що контактують з досліджуваною хімічною речовиною. Виходячи з поставлених задач стає очевидним, що організація настільки різнобічного дослідження вимагає великих матеріальних витрат і залучення великого кола фахівців різного профілю: хіміків, токсикологів, біохіміків, гістологів, лікарів, економістів. Важливе значення при вивченні токсичності будь-якого компонента навколишнього середовища має вивчення його фізико-хімічних властивостей, що дозволяють по наявним у розпорядженні хіміків і токсикологів формулам розрахувати параметри, котрі дають первісні уявлення про токсичність речовини і які можуть бути використані на стадії розробки технологічного процесу дослідної установки. Наступним етапом дослідження є визначення токсичності речовини шляхом впливу на лабораторних тварин у однократних дослідах для вивчення гострої дії речовини і при повторному введенні речовини різними шляхами для вивчення можливості хронічного отруєння. У токсикологічних експериментах звичайно використовуються лабораторні тварини, реакція для котрих на вплив хімічних речовин найбільш близька до реакції організму людини. Як правило використовується не менш двох видів лабораторних тварин. Найчастіше це білі миші, білі пацюки, кішки, кролики, морські свинки й інші тварини. Немаловажне значення має фактор вартості – більш великі тварини коштують дорожче. Якщо врахувати, що для повного обґрунтування ГДК хоча б в одному середовищі (наприклад, у повітрі робочої зони) потрібно біля 4-х тисяч тварин, стає зрозумілим значення їхньої вартості. При моделюванні на лабораторних тваринах взаємодії хімічної речовини з організмом переслідуються наступні цілі: 1) виявлення можливості гострого отруєння; 2) якщо отруєння виникло – виявлення його симптомів і клінічної картини загибелі тварин; 3) шляхом дослідження трупів загиблих тварин з'ясовують критичні органи ураження речовиною; 4) установлення параметрів гострої токсичної дії речовини при різних шляхах надходження в організм: середньо-смертельної токсичної дози (токсодози) (LD50), середньо-смертельної концентрації (LCt50), порога гострої дії (PCt50). При цьому досліджуються всі можливі шляхи надходження речовини в організм. Отримані значення параметрів необхідні для уточнення орієнтованого рівня впливу, розрахованого раніше аналітичними методами. Одним з найважливіших етапів дослідження є визначення порога гострої дії речовини на організм. По величині цього показника токсичності можна судити про можливість гострого отруєння речовиною, ступеня її небезпеки в різних умовах. Поріг гострої дії необхідно знати для вибору концентрацій при моделюванні хронічного отруєння. Поріг гострої дії – це та найменша концентрація хімічної речовини, що викликає статистично достовірні зміни в організмі при одноразовому впливові. Знаючи поріг гострої дії, можна визначити зону гострої дії і коефіцієнт можливості інгаляційного отруєння. Важливим моментом являється встановлення здатності речовини акумулюватись в організмі при повторному впливі. Кумуляція вивчається при такому шляху введення речовини в організм тварин, що найбільш характерний в умовах контакту людини з даною речовиною. Вивчається також здатність речовини проникати через неушкоджену шкіру та наявність резорбтивної дії. Важливою характеристикою токсичної речовини є поріг хронічної дії речовини і характер її впливу при повторному надходженні в організм. Поріг хронічної дії – це та мінімальна концентрація, що при хронічному впливі викликає істотні (достовірні) зміни в організмі лабораторних тварин. Поріг хронічної дії є основним показником при встановленні ГДК хімічної речовини. Специфічним параметром небезпеки речовини є коефіцієнт запасу – це величина, на яку потрібно розділити поріг хронічної дії, щоб забезпечити повну безпеку речовини. Величина коефіцієнта запасу залежить від ступеня токсичності речовини, здатності до кумуляції, наявності специфічних видів дії. Він може коливатися від 2 до 20, у залежності від перерахованих вище факторів. Рекомендована ГДК, що обґрунтована експериментальним шляхом, корегується при вивченні стану здоров'я персоналу та населення в цілому і тільки після цього стає державним стандартом. Таким чином, гранично допустима концентрація – це максимальна концентрація шкідливих речовин, що не робить впливу на здоров'я людини. Визначають її лікарі-гігієністи на підставі даних експериментальних досліджень над тваринами, а також за даними спостережень стану здоров'я людей, які знаходяться під впливом шкідливих речовин. ГДК шкідливих речовин, що забруднюють повітряне середовище, регламентується керівними документами. Для атмосферного повітря введена гранично допустима максимальна разова концентрація шкідливих речовин ГДРК. Разова концентрація визначається по пробах, відібраних на протязі 20 хвилин. Для деяких шкідливих речовин установлений норматив середньо змінних ГДК, а для повітря населених пунктів – середньодобових ГДКсд. Уведенням цих нормативів контролюється вміст у повітрі речовин, що накопичують свій шкідливий вплив на людину.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Небезпечні хімічні речовини, що знаходяться у оточуючому середовищі» з дисципліни «Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях»
