Пути проникновения ядовитых веществ в организм человека. Пути проникновения вредных веществ
2.4.3. Пути проникновения вредных веществ в организм человека
Токсичные вещества, находящиеся в окружающей среде, могут проникать в организм человека тремя путями: ингаляционным, через дыхательные пути;пероральным, через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ);перкутантным, через неповрежденную кожу.
Абсорбция через дыхательные пути
Абсорбция через дыхательные пути – основной путь поступления вредных веществ в организм человека на производстве. Ингаляционные отравления характеризуются наиболее быстрым поступлением яда в кровь.
Дыхательные пути являются идеальной системой для газообмена с поверхностью до 100 м 2 при глубоком дыхании и сетью капилляров длиной около 2000 км. Их можно разделить на две части:
а) верхние дыхательные пути: носоглотка и трахеобронхиальное дерево;
б) нижняя часть, состоящая из бронхиол, ведущих в воздушные мешки (альвеолы), собранные в дольки.
С точки зрения поглощения в легких наибольший интерес представляют альвеолы. Альвеолярная стенка выстлана альвеолярным эпителием и состоит из внутритканевого каркаса, состоящего из базальных мембран, соединительной ткани и капиллярного эндотелия. Газообмен осуществляется через эту систему, имеющую толщину 0,8 мкм.
Поведение газов и паров внутри дыхательных путей зависит от их растворимости и химической реактивности. Водорастворимые газы легко растворяются в воде, содержащейся в слизистой оболочке верхних дыхательных путей. Менее растворимые газы и пары (например, оксиды азота) достигают альвеол, в которых они абсорбируются и могут реагировать с эпителием, вызывая местные повреждения.
Жирорастворимые газы и пары диффундируют через неповрежденные альвеолярно-капиллярные мембраны. Скорость абсорбции зависит от их растворимости в крови, вентиляции, кровотока и интенсивности обмена веществ. Газообразные вещества, имеющие высокую растворимость в крови, легко поглощаются, а те, у которых низкая растворимость, легко выделяются из легких с выдыхаемым воздухом.
Удержание частичек в дыхательных путях зависит от физических и химических свойств частичек, их размера и формы, а также от анатомических, физиологических и патологических характеристик. Растворимые частички в дыхательных путях растворяются в зоне осаждения. Нерастворимые могут удаляться тремя способами в зависимости от зоны осаждения:
а) с помощью мукоцилиарного покрова как в верхних дыхательных путях, так и в нижней части дыхательных путей;
б) в результате фагоцитоза;
в) путем прохождения непосредственно через альвеолярный эпителий.
Можно установить вполне определенную закономерность сорбции ядов через легкие для двух больших групп химических веществ. Первую группу составляют так называемые нереагирующие пары и газы, к которым относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного рядов и их производные. Названы яды нереагирующими вследствие того, что в организме они не изменяются (таких мало) или их превращение происходит медленнее, чем накопление в крови (таких большинство). Вторую группу составляютреагирующие пары и газы. К ним относятся такие яды, как аммиак, сернистый газ, оксиды азота. Эти газы, быстро растворяясь в жидкостях организма, легко вступают в химические реакции или претерпевают другие изменения. Имеются также яды, которые в отношении сорбции их в организме не подчиняются закономерностям, установленным для указанных двух групп веществ.
Нереагирующие пары и газы поступают в кровь на основе закона диффузии, т. е. вследствие разницы парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и крови.
Вначале насыщение крови газами или парами вследствие большой разницы парциального давления происходит быстро. Затем оно замедляется и, наконец, когда парциальное давление газов или паров в альвеолярном воздухе и крови уравнивается - прекращается (рис. 35).
Рис. 35. Динамика насыщения крови парами бензола и бензина
при вдыхании
*-После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорбция газов и паров и удаление их через легкие. Десорбция также происходит на основе законов диффузии.
Установленная закономерность позволяет сделать практический вывод: если при постоянной концентрации паров или газов в воздухе в течение очень короткого времени не наступило острое отравление, в дальнейшем оно не наступит, так как при вдыхании, например, наркотиков, состояние равновесия концентраций в крови и альвеолярном воздухе устанавливается мгновенно. Удаление пострадавшего из загрязненной атмосферы диктуется необходимостью создать возможность десорбции газов и паров.
Из рисунка видно, что, несмотря на одинаковую концентрацию в воздухе паров бензина и бензола, уровень насыщения крови парами бензола значительно выше, а скорость насыщения значительно меньше. Это зависит от растворимости, или, иначе, коэффициента распределения паров бензола и бензина в крови. Коэффициент распределения (К) представляет собой отношение концентрации паров в артериальной крови к концентрации их в альвеолярном воздухе:
К = С крови / С альв. возд. .
Чем меньше коэффициент распределения, тем быстрее, но на более низком уровне, происходит насыщение крови парами.
Коэффициент распределения является для каждого из реагирующих паров (газов) величиной постоянной и характерной. Зная К для любого 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, так как при вдыхании паров ацетона по появляющимся симптомам можно предупредить острое отравление, удалив человека из загрязненной атмосферы.
Использование коэффициента распределения в крови на практике облегчается тем, что коэффициент растворимости, т. е. распределения в воде (коэффициент Оствальда), имеет примерно такой же порядок величин. Если вещества хорошо растворимы в воде, то они хорошо растворимы и в крови.
Иная закономерность присуща сорбции при вдыхании реагирующих газов: при вдыхании этих газов насыщение никогда не наступает (табл. 10).
Таблица 10
Сорбция хлористого водорода при вдыхании его кроликом
|
Время от начала опыта, мин |
Всего поступило НCl, мг |
Сорбировалось |
||||
Сорбция, как видно из таблицы, протекает с постоянной скоростью, и процент сорбированного газа находится в прямой зависимости от объема дыхания. Вследствие этого опасность отравления тем значительнее, чем дольше находится человек в загрязненной атмосфере.
Эта закономерность присуща всем реагирующим газам; различия могут быть лишь в месте сорбции. Некоторые из них, например хлористый водород, аммиак, сернистый газ, хорошо растворимы в воде, сорбируются в верхних дыхательных путях; другие же, например, хлор, оксиды 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 и сорбция любой нетоксичной пыли. Опасность отравления при вдыхании пыли зависит от степени ее растворимости. Пыль, хорошо растворимая в воде или жирах, всасывается уже в верхних дыхательных путях и даже в полости носа.
С увеличением объема легочного дыхания и скорости кровотока сорбция происходит быстрее, поэтому при выполнении физической работы или пребывании в условиях высокой температуры, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличивается, отравление может наступить быстрее.
Пути проникновения вредных веществ в организм человека
Классификация ВОЯВ
Многие технологические процессы предприятий сопровождаются выделением в рабочую зону различных вредных веществ в виде паров, газов, пыли. Это – чистка и крашение одежды, деревообработка, швейное и трикотажное производство, ремонт обуви и др.
Токсичные вещества (яды), проникая в организм даже в незначительных количествах, вступают в соединение с его тканями и нарушают нормальную жизнедеятельность.
Все это требует разработки эффективных способов снижения вредных выбросов и создание надежных методов защиты человека и природной среды от загрязнений. Для реализации перечисленных задач в первую очередь крайне важно иметь представления о количественных составах вредных веществ, степени воздействия их на организм человека, на растительный и животный мир, что позволяет искать эффективные методы защиты. Для достижения поставленных целей в России действует ГОСТ 12.1.007-90 "Вредные и опасные вещества, Классификация" в котором изложены правила безопасности при производстве и хранению вредных веществ. Согласного этого ГОСТа все вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на 4 класса опасности.
ПДК - это предельно-допустимая концентрация ВОЯВ в воздухе рабочей зоны (мг/м3), которая при ежедневной работе в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья работающего.
Значения ПДК для ряда наиболее распространенных вредных газообразных веществ, с указанием класса опасности приведены в таблице 1 (извлечение из ГОСТ 12.1.005-88). Отнесение веществ к тому или иному классу опасности осуществляется исходя из предельно-допустимой концентрации (ПДК) веществ в воздухе рабочей зоны и средней смертельной концентрации в воздухе.
Вредное вещество - это вещество, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ при контакте с организмом человека может вызывать производственные травмы или профессиональные заболевания.
Средняя смертельная концентрация в воздухе - концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при 2-4х часовом ингаляционном воздействии.
В ГОСТе 12.1.007-90 приведены также мероприятия, обеспечивающие безопасность труда при работе с вредными веществами. Основными из них следующие:
1 выпуск конечных продуктов в не пылящих формах,
2 применение рациональной планировки цехов,
3 использование средств дегазации,
4 автоматический контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Под воздействием вредных веществ в организме человека могут происходить различные нарушения в виде острых и хронических отравлений. Характер и последствия отравлений зависит от их физиологической активности (токсичности) и длительности их воздействий.
Острые отравления относятся к несчастным случаям и возникают под воздействием больших доз токсических веществ на протяжении не более одной смены.
Хронические отравления возникают при постоянном поступлении в организм человека небольших количеств токсических веществ и могут привести к заболеваниям. Хронические заболевания вызываются обычно веществами, обладающими свойствами накапливаться в организме (свинец, ртуть).
По результатам воздействия ВОЯВ на организм человека и признакам отравления промышленные яды бывают:
нервные (тетраэтилсвинец, входящий в состав этилированного бензина, аммиак, анилин, сероводород и др.), которые вызывают расстройство нервной системы, мышечные судорги и паралич;
раздражающие (хлор, аммиак, окислы азота͵ туманы кислот, ароматические углеводороды), которые поражают верхние дыхательные пути;
яды крови (окислы углерода, ацетилен) ингибируют ферменты, участвующие в активации кислорода, взаимодействуют с гемоглобином.
прижигающие и раздражающие кожу и слизистые оболочки(неорганические и органические кислоты, щелочи, ангидриды)
разрушающие структуру ферментов (синильная кислота͵ мышьяк, соли ртути)
печеночные (хлорированные углеводороды. бромбензол, фосфор, селен)
мутагенные (хлорированные углеводороды, окись этилена, этиленамин)
алергенные , вызывающие изменения в реактивной способности организма (алкалоиды, соединения никеля)
канцерогенные (каменноугольная смола, ароматические амины, 3-4 бензаперен и др.).
На степень проявления токсического действия яда большое значение имеет его растворимость в организме человека. (с повышением степени растворимости яда уровень токсикологии его увеличивается). На практике очень часто имеет место одновременное воздействие на работающих нескольких веществ (окиси углерода и сернистого ангидрида; окиси углерода и окислов азота).
В общем случае возможны 3 типа одновременного действия ВОЯВ:
усиление одним веществом токсического действия другого;
ослабление одним веществом другого;
Суммирование - когда совместное действие нескольких веществ просто складывается.
В производственных условиях наблюдаются все 3 типа одновременного действия, однако чаще всего имеет место суммарный эффект.
Важное значение для проявления токсического действи я ВОЯВ имеютхарактеристики микроклимата в производственных помещениях. Так, к примеру, установлено, что высокая температура воздуха повышает опасность отравления некоторыми ядами. В летний период, при высоких температурах окружающей среды повышается уровень токсичности при контакте снитросоединениями бензола, окисью углерода .
Повышенная влажность воздуха усиливает отравляющее действие соляной кислоты, фосфористого водорода.
Большинство ядов оказывает общее токсическое действие на организм человека в целом. При этом это не исключает направленное воздействие яда на отдельные органы и системы. Так, к примеру, метиловый спирт преимущественно поражает зрительный нерв, а бензол является ядом для кроветворных органов.
В ГОСТ 12.1.005-88 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны” приведены данные по ПДК для 700 видов ВОЯВ, указывает класс опасности каждого вещества и его агрегатное состояние (пар, газ, или аэрозоль). В организм человека ВОЯВ могут попадать через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и через кожный покров.
Поступление ВОЯВ через дыхательные пути - наиболее распространенный и опасный канал, поскольку человек ежеминутно вдыхает около 30 литров воздуха. Огромная поверхность легочных альвеол (90--100м2) и незначительная толщина альвеолярных мембран (0,001--0,004 мм) создают исключительно благоприятные условия для проникновения газообразных и парообразных веществ в кровь. К тому же яд из легких попадает непосредственно в большой круг кровообращения, минуя обезвреживания его в печени.
Путь поступления ВОЯВ через желудочно-кишечный тракт менее опасен, поскольку часть яда, всасывающая через кишечную стенку, попадает вначале в печень, где они задерживаются и частично обезвреживаются. Часть необезвреженного яда выделяется из организма с желчью и с калом.
Путь поступления ВОЯВ через кожу также очень опасен, так как и в данном случае химические вещества поступают прямо в большой круг кровообращения.
Проникшие в организм человека тем или иным путем ВОЯВ подвергаются в нем различного рода превращениям (окислению, восстановлению, гидролитическому расщеплению), которые чаще всего делают их менее опасными и способствуют их выделению из организма. Основными путями выделения ядов из организма являются легкие, почки, кишечник, кожа, молочная и слюнные железы.
Через легкие выделяются летучие вещества, не изменяющие в организме: бензин, бензол, этиловый эфир, ацетон, сложные эфиры.
Через почки выделяются хорошо растворимые в воде вещества.
Через желудочно-кишечный тракт выделяются все трудно-растворимые вещества, в основном металлы: свинец, ртуть, марганец. Некоторые яды могут выделяться с грудным молоком (свинец, ртуть, мышьяк, бром), что создает опасность отравления вскармливаемых детей.
Существенное значение имеет соотношение между поступлением ВОЯВ в организм и их выделением или превращением. В случае если выделение или превращение происходит медленнее чем их поступление, то яды могут накапливаться в организме, отрицательно воздействуя на него.
Такими типичными ядами являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, фтор, фосфор, мышьяк), которые находятся в организме в пассивном состоянии. Так, к примеру, свинец откладывается в костях, ртуть в почках, марганец в печени.
Под влиянием различных причин (болезнь, травма, алкоголь) яды, находящиеся в организме, могут активизироваться и вновь поступать в кровь и через цикл, описанный выше, повторно разноситься про всему организму, с частичным выводом их из организма. По такой технологии пытались выводить ВОЯВ из организма людей, пострадавших при ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС.
Наряду с газообразными вредными веществами в организм человека могут попадать вещества в виде пыли.
Воздействие пыли на организм человека зависит не только от ее химического состав, но и от дисперсности и формы частиц. При работе в запыленной атмосфере, пыль в основном, тонкодисперсная проникая в альвеолы легких, вызывает различного рода заболевания пневмокониозы .
Нетоксичная пыль обычно оказывает раздражающее воздействие на слизистые оболочки человека, а при попадании в легкие - к возникновению специфических заболеваний. При работе в атмосфере, содержащей пыль диоксида кремния, у работающих развивается одна из тяжелых форм пневмокониоза - силикоз. Особую опасность представляет воздействие на работающих пыль бериллия или его соединений, которые могут вызывать очень тяжелое заболевание - бериллиоз.
Пути проникновения вредных веществ в организм человека - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Пути проникновения вредных веществ в организм человека" 2017, 2018.
Основными путями поступления вредных веществ в организм являются дыхательные пути, пищеварительный тракт и кожный покров.
Наибольшее значение имеет поступление их. через органы дыхания. Поступившие в воздух помещений токсические пыли, пары и газы вдыхаются рабочими и проникают в легкие. Через разветвленную поверхность бронхиол и альвеол они всасываются в кровь. Вдыхаемые яды оказывают неблагоприятное действие практически на протяжении всего времени работы в загрязненной атмосфере, а иногда даже и по окончании работы, так как всасывание их еще продолжается. Поступившие через органы дыхания в кровь яды разносятся по всему организму, вследствие чего токсическое их действие может сказываться на самых различных органах и тканях.
Вредные вещества поступают в органы пищеварения при заглатывании токсических пылей, осевших на слизистых оболочках полости рта, либо путем занесения их туда загрязненными руками.
Поступившие в пищеварительный тракт яды на всем его протяжении всасываются через слизистые оболочки в кровь. В основном всасывание происходит в желудке и кишечнике. Поступившие через органы пищеварения яды кровью направляются в печень, где некоторые из них задерживаются и частично обезвреживаются, потому что печень является барьером для поступающих через пищеварительный тракт веществ. Только пройдя через этот барьер, яды поступают в общий кровоток и разносятся им по всему организму.
Токсические вещества, обладающие способностью растворять или растворяться в жирах и липоидах, могут проникать через кожный покров при загрязнении последнего этими веществами, а иногда и при наличии их в воздухе (в меньшей степени). Проникшие через кожный покров яды сразу поступают в общий кровоток и им разносятся по организму.
Поступившие в организм тем или иным путем яды могут относительно равномерно распределяться по всем органам и тканям, оказывая на них токсическое действие. Некоторые же из них скапливаются преимущественно в каких-то одних тканях и органах: в печени, костях и др. Такие места преимущественного скопления токсических веществ называют депоида в организме. Для многих веществ характерны определенные виды тканей и органов, где они, депонируются. Задержка ядов в депо может быть как кратковременной, так и более длительной -- до нескольких дней и недель. Постепенно выходя из депо в общий кровоток, они также могут оказывать определенное, как правило, слабо выраженное токсическое действие. Некоторые необычные явления (прием алкоголя, специфическая пища, болезнь, травма и др.) могут вызвать более быстрое выведение ядов из депо, в результате чего их токсическое действие проявляется более выражено.
Токсические вещества поступают в организм человека через дыхательные пути (ингаляционное проникновение), желудочно-кишечный тракт и кожу. Степень отравления зависит от их агрегатного состояния (газообразные и парообразные вещества, жидкие и твердые аэрозоли) и от характера технологического процесса (нагрев вещества, измельчение и др.).
Преобладающее большинство профессиональных отравлений связано с ингаляционным проникновением в организм вредных веществ, являющимся наиболее опасным, так как большая всасывающая поверхность легочных альвеол, усиленно омываемых кровью, обусловливает очень быстрое и почти беспрепятственное проникновение ядов к важнейшим жизненным центрам.
Поступление токсических веществ через желудочно-кишечный тракт в производственных условиях наблюдается довольно редко. Это бывает из-за нарушения правил личной гигиены, частичного заглатывания паров и пыли,
проникающих через дыхательные пути, и несоблюдения правил техники неопасности при работе в химических лабораториях. Следует отметить, что в этом случае яд попадает через систему воротной вены в печень, где превращается в менее токсические соединения.
Вещества, хорошо растворимые в жирах и липоидах, могут проникать в кровь через неповрежденную кожу. Сильное отравление вызывают вещества, обладающие повышенной токсичностью, малой летучестью, быстрой растворимостью в крови. К таким веществам можно отнести, например, нитро- и аминопродукты ароматических углеводородов, тетраэтилсвинец, метиловый спирт и др.
Токсические вещества в организме распределяются неодинаково, причем некоторые из них способны к накоплению в определенных тканях.
Здесь особо можно выделить электролиты, многие из которых весьма быстро исчезают из крови и сосредоточиваются в отдельных органах.
Свинец накапливается в основном в костях, марганец -- в печени, ртуть -- в почках и толстой кишке. Естественно, что особенность распределения ядов может в какой-то мере отражаться и на их дальнейшей судьбе в организме.
Вступая в круг сложных и разнообразных жизненных процессов, токсические вещества подвергаются разнообразным превращениям в ходе реакций окисления, восстановления и гидролитического расщепления. Общая направленность этих превращений характеризуется наиболее часто образованием менее ядовитых соединений, хотя в отдельных случаях могут получаться и более токсические продукты (например, формальдегид при окислении метилового спирта).
Выделение токсических веществ из организма нередко происходит тем же путем, что и поступление. Нереагирующие пары и газы частично или полностью удаляются через легкие. Значительное количество ядов и продукты их превращения выделяются через почки. Определенную роль для выделения ядов из организма играют кожные покровы, причем этот процесс в основном совершают сальные и потовые железы.
Необходимо иметь в виду, что выделение некоторых токсических веществ возможно в составе женского молока (свинец, ртуть, алкоголь). Это создает опасность отравления грудных детей. Поэтому беременных женщин и кормящих матерей следует временно отстранять от производственных операций, выделяющих токсические вещества.
Токсическое действие отдельных вредных веществ может проявляться в виде вторичных поражений, например, колиты при мышьяковых и ртутных отравлениях, стоматиты при отравлениях свинцом и ртутью и т. д.
Серьезность вредных веществ для человека во многом определяется их химической структурой и физико-химическими свойствами. Немаловажное значение в отношении токсического воздействия имеет дисперсность проникающего в организм химического вещества, причем, чем выше дисперсность, тем токсичнее вещество.
Условия среды могут либо усиливать, либо ослаблять его действие. Так, при высокой температуре воздуха опасность отравления повышается; отравления амино- и нитросоединением бензола, например, летом бывают чаще, чем зимой. Высокая температура влияет и на летучесть газа, скорость испарения и т. д. Установлено, что влажность воздуха усиливает токсичность некоторых ядов (соляная кислота, фтористый водород).