Токсикологічна характеристика кротонового альдегіду – одоранту природного газу – при його інгаляційному надходженні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Токсикологічна характеристика кротонового альдегіду - одоранту природного газу - при його інгаляційному надходженні

Природний газ на сьогодні є пріоритетним енергоресурсом та найбільш екологічно чистим видом палива (Е.В. Крейнин и соавт., 2003). В загальному балансі використання первинних ресурсів України його частка становить 41-43%. Споживання природного газу в 2001 р. становило 70,5 млрд. куб. метрів.

Оскільки природний газ є легкозаймистою, вибухонебезпечною, токсичною речовиною і не має власного запаху, то з метою контролю його витікання і накопичення небезпечних концентрацій у приміщеннях використовують одоранти - речовини, які мають сильні специфічні запахи (А.Н. Янович и соавт., 1978). Найчастіше в якості одорантів використовують меркаптани (етилмеркаптан, третбутилмеркаптан, ізопропілмеркаптан, пропілмеркаптан), сульфіди (диметилсульфід, диетилсульфід), тіофан, їх суміші та інші (Т.А. Бухтиарова, 1999, S.T. Roberson, 1988, Л.Е. Гаврилов, 1971).

Донедавна в Україні було відсутнє виробництво одорантів природного газу. Тому ці речовини імпортувалися переважно з Російської Федерації. Найпоширенішим одорантом, що використовується в Україні, є суміш природних меркаптанів (СПМ) із родовищ Оренбурзької області. Основним компонентом СПМ є етилмеркаптан (С2Н5SH).

У зв'язку зі шкідливим впливом високих концентрацій етилмеркаптану на організм людини, ГОСТ 5542-87 обмежує вміст меркаптанової сірки в паливних газах для побутово-комунального призначення в кількості 36 мг/м3 (70 мг/м3 у перерахунку на етилмеркаптан). Нормативне значення концентрації одоранта в газі становить 16 мг/м3 (А.А.Данилов и соавт., 1997).

У зв'язку з тим, що сполуки сірки викликають корозію трубопроводів і арматури, а також утворюють токсичні окисли при згоранні, використання сірковмісних одорантів є небезпечним для здоров'я людини і потребує обмеження.

Враховуючи вищевикладене, а також те, що проблема виробництва вітчизняних одорантів в Україні є актуальною, АТ “Укргазпром” розробив і запропонував новий одорант природного газу - кротоновий альдегід (КА) (Патент на винахід № 17963 А від 17.06.1997р.).

Аналіз літератури (Н.В. Лазарев, 1976) свідчить про те, що КА належить до хімічних речовин, яким властивий різко виражений подразнюючий ефект на слизові оболонки очей і дихальних шляхів. Згідно з ГОСТ 12.1.007-76, за показниками гострої пероральної токсичності КА відноситься до 2-го класу небезпеки.

Механізм подразнюючої дії КА не вивчено. Не досліджено і його вплив на різні органи і системи організму (нервову, дихальну, серцево-судинну, функціональний стан печінки, нирок, морфологічний склад периферичної крові).

Ще у 60-ті роки було запропоновано розрахункову гранично-допустиму концентрацію (ГДК) КА в повітрі робочої зони. Але у робітників, які на виробництві контактували з КА в концентраціях на рівні ГДК (0,5 мг/м3) або незначно вищих, спостерігалися такі прояви інтоксикації, як сухість слизових оболонок носа, носова кровотеча, риніти, вегето-судинна дистонія, головний біль, швидка втома, свербіж шкіри (Т.Н. Левис и соавт., 1969). Це свідчить про те, що раніше запропонований рівень ГДК в повітрі робочої зони не відповідає вимогам безпеки праці.

І досі ГДК КА в атмосферному повітрі населених місць не розроблено.

КА виробляється в Україні Сєверодонецьким ДПП “Об'єднання “Азот”, згідно з ТУ У 6-04687873.021-95. АТ “Укргазпром” планує широко застосовувати його в Україні в якості одоранта природного газу.

У зв'язку з цим актуальним є поглиблене вивчення токсичної дії КА і визначення його безпечних рівнів впливу на людину, що дозволить науково обгрунтувати профілактичні заходи для протидії цієї речовини у разі виникнення екстремальних ситуацій, зокрема аварій, при яких стається витікання газу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є фрагментом комплексних досліджень, які проводились Інститутом екогігієни і токсикології ім. Л. І. Медведя МОЗ України на замовлення АТ “Укргазпром”: “Вивчення токсичних властивостей і мутагенної активності нового типу одоранту природного газу” (№ держреєстрації 0194U018711); “Вивчення деяких віддалених наслідків дії кротонового альдегіду і його гігієнічна регламентація в атмосферному повітрі населених місць” (№ держреєстрації 0196U009923).

Мета і задачі дослідження.

Мета дослідження полягає у визначенні в експерименті токсичної дії кротонового альдегіду при його інгаляційному надходженні, а також обгрунтуванні безпечних для людини рівнів за лімітуючими і загальнотоксичними показниками.

Відповідно до поставленої мети були сформульовані такі задачі:

1. Встановити параметри гострої інгаляційної токсичності КА (ЛК50) для лабораторних тварин (миші, щури).

2. Вивчити токсикодинаміку КА в умовах одноразового надходження в організм щурів за деякими показниками функціонального стану нервової, дихальної та серцево-судинної систем, печінки, нирок, а також периферичної крові.

3. Дослідити особливості впливу КА на різні органи і системи щурів в умовах субхронічної (28 діб) та хронічної дії (4 місяці, експозиція - 4 години).

4. Вивчити токсикодинаміку КА в умовах цілодобового хронічного інгаляційного надходження в організм щурів (4 місяці).

5. Дослідити активність альдегіддегідрогенази та N-деметилази, вміст парамагнітної форми цитохрому Р-450 та показники спонтанного перекисного окислення ліпідів у печінці щурів при інгаляційному отруєнні КА за різних термінів надходження препарату.

6. Встановити пороги гострої та хронічної інгаляційної дії КА для лабораторних тварин.

7. Науково обґрунтувати гігієнічні регламенти КА в повітрі робочої зони та атмосферному повітрі населенних місць для безпечного застосування препарату в якості одоранту природного газу.

Об'єкт дослідження - миші та щури з експериментальним інгаляційним отруєнням КА.

Предмет дослідження - токсикодинамика КА при одноразовому та тривалому надходженні до організму щурів.

Методи дослідження - токсикологічні, фізіологічні, біохімічні, біофізичні, морфологічні, статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше визначено, що:

· особливістю токсичної дії КА на дихальну систему при різних режимах його інгаляційного надходження в організм щурів (одноразове, субхронічне, хронічне) є порушення стану сурфактантної системи легень, функції рецепторів дихальної системи та морфологічної структури легень;

· КА спричиняє токсичну дію на лімфоцити периферичної крові та викликає їх морфологічні порушення;

· КА в токсичних концентраціях викликає індукцію ферменту альдегіддегідрогенази та зниження вмісту парамагнітної форми цитохрому Р-450 у печінці щурів. При цьому інтенсивність перекисного окислення ліпідів та реакції деметиліювання амідопірину вірогідно не змінюються.

Поріг гострої токсичної дії КА для щурів становить 87 мг/м3 (за загальнотоксичними показниками), поріг подразнюючої дії - 1 мг/м3. Поріг хронічної дії препарату при інгаляційному шляху надходження в організм (експозиція 4 години) - 0,56 мг/м3, при цілодобовій експозиції - 0,011 мг/м3 (за загальтоксичними показниками та подразнюючою дією).

Практичне значення роботи.

На основі експериментально встановлених порогів гострої і хронічної інгаляційної дії КА (за загальнотоксичними та лімітуючими показниками), науково обгрунтовано, запропоновано та затверджено гігієнічні нормативи КА в атмосферному повітрі населених місць (Постанова Головного державного санітарного лікаря України №97 від 10.08.1999 р., Наказ Міністерства охорони здоров'я України №30 від 23.02.2000 р.) на рівнях ГДКм.р. - 0,005 мг/м3, ГДКс.д. - 0,001 мг/м3.

Виявлені результати щодо особливостей токсичної дії КА як представника групи ненасичених альдегідів, використовуються в навчальному процесі на кафедрі гігієни та екології людини Київської медичної академії післядипломної освіти ім. П. Л. Шупика та на кафедрі фармакології Луганського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача.

Автором самостійно проведені аналіз літературних джерел, експериментальні дослідження, статистична обробка й аналіз результатів, розробка основних положень та висновків роботи. Морфологічні дослідження легень та печінки виконані за консультативної допомоги к.б.н. Н.М. Недопитанської; консультації та допомогу з питань вивчення показників системи крові надавала к.б.н. В.Г. Шуляк, за що висловлюємо їм щиру подяку.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на IV Конгресі з гігієни, епідеміології, мікробіології та паразитології Pеспубліки Молдова (1997 р.), I З'їзді токсикологів Росії (м. Москва, 1998 р.), конференції молодих вчених “Сучасні проблеми медицини праці в Україні”, присвяченій 70-річчю Інституту медицини праці АМН України (м. Київ, 1998 р.), I З'їзді токсикологів України (м. Київ, 2001 р.), науково-практичній конференції “Організація токсикологічної допомоги в Україні” (м. Київ, 2002 р.), VI Міжнародному медичному конгресі студентів і молодих учених (м. Тернопіль, 2002 р.), III Міжнародній медичній конференції студентів і молодих учених “Medicine-Health-XXI century” (м. Дніпропетровськ, 2002 р.), 40 Конгресі європейських товариств токсикологів EUROTOX 2002 (м. Будапешт, Угорщина, 2002 р.), V Всеукраїнській науковій конференції молодих учених гігієністів, токсикологів, хіміків-аналітиків “Сучасні проблеми гігієни, токсикології та аналітичної хімії” (м. Київ, 2003 р.), II З'їзді токсикологів України (м. Київ, 2004 р.)

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 15 робіт, e тому числі 5 статей у профільних фахових виданнях, рекомендованих ВАК України.

Структура та обсяг роботи.

Основний текст дисертаційної роботи викладено на 145 сторінках машинопису і складається зі вступу, огляду літератури, 3-х розділів власних досліджень, обговорення отриманих результатів, висновків, списку використаних джерел (123 вітчизняних (кирилицею) та 90 іноземних (латиною)). Робота ілюстрована 37 таблицями та 34 рисунками.

Матеріали та методи дослідження. Дослідження проведено на 426 щурах лінії Вістар масою 120-180 г та 46 білих мишах (20-22 г).

Моделювання інгаляційної дії парів КА на організм щурів проводили в газопарових камерах Б.А.Курляндського об'ємом 200 л. В камерах забезпечувався 3-ох разовий обмін повітря, підтримувалися нормальні умови мікроклімату. Визначення вмісту КА в повітрі проводили газохроматографічним методом, розробленим в Інституті екогігієни і токсикології ім.Л.І.Медведя.

У гострому експерименті при експозиції 4 години одноразово визначали середньосмертельну концентрацію (ЛК50) КА для щурів та мишей за методом В.Б. Прозоровского (1978).

Для встановлення порогів шкідливої і подразнюючої дії КА, тварин піддавали одноразовому (експозиція 4 години) інгаляційному впливу парами речовини в концентраціях 130,012,6; 87,010,2; 5,00,85 і 1,00,18 мг/м3, вибір яких ґрунтувався на параметрах гострої токсичності та подразнюючого ефекту КА. Дослідження впливу препарату на тварин проводили в динаміці: через 1 год., 3 і 7 діб після надходження препарату.

В умовах субхронічного дослідження (1 місяць) застосовувалася концентрація КА 1,2 мг/м3 (на рівні Limir у гострому досліді). Показники, що характеризують функціональний стан основних життєвоважливих органів і систем організму, досліджували через 0,5 і 1 місяць після початку затравки.

В хронічному експерименті дослідження проводили при дії КА в концентраціях 5,18±0,83; 0,56±0,09 і 0,14±0,04 мг/м3 (експозиція 4 год. на день, 5 діб на тиждень), а також у концентраціях 0,011±0,003 і 0,0058±0,0001 мг/м3 (цілодобова експозиція, 5 діб на тиждень) через 0,5, 1, 2 і 4 місяця. Вибір досліджуваних концентрацій базувався на тому, що ГДК КА в повітрі робочої зони раніше запропонована на рівні 0,5 мг/м3 (Н.В. Лазарев, 1976). Тому були використані концентрації, які відповідають 10 ГДК, 1 ГДК та 0,2 ГДК. Для цілодобового експерименту концентрації становили 1 та 0,5 значення орієнтовно безпечного рівня дії в атмосферному повітрі, який затвердженний раніше (0,01 мг/м3, Н.В. Лазарев, 1976).

В динаміці досліджували інтегральні показники токсичної дії - клінічні симптоми інтоксикації, поведінку, споживання їжі і води, масу тіла тварин. Токсикодинаміку КА оцінювали за рядом інформативних фізіологічних, гематологічних, біохімічних і морфологічних показників.

Кардіотоксичну дію КА вивчали за зміною біоелектричної активності серця (ЕКГ) за відомою методикою. Для оцінки функціонального стану серцево-судинної системи і її регуляторних механізмів застосовували метод математичного аналізу серцевого ритму (метод варіаційної пульсометрії).

Хвилинний об'єм крові (ХОК), частоту дихання (ЧД), хвилинний об'єм дихання (ХОД) вивчали реографічним методом. Реограми реєстрували на восьмиканальному поліграфі П8Ч-01.

Для оцінки резервних можливостей функції легень тварин застосовували функціональне навантаження парами фенолу упродовж 20 секунд. Після припинення вдихання парів реєструвалися показники ЧД, ХОД, ХОК і частота серцевих скорочень (ЧСС) (Г.Е. Верич, 1988).

Поверхнево-активні властивості сурфактанту вивчали за методом сталагмометрії лаважа і обліку деяких гістеорезисних показників сурфактантної системи легень (ССЛ) - поверхневий натяг (ПН) сурфактанта легенів, поверхневий натяг максимальний (ПНмакс) і мінімальний (ПНмiн). Кількість макрофагів визначали за методом мікроскопії (А.А. Биркун и соавт., 1981).

Функціональний стан периферичної нервової системи щурів визначали за допомогою електрофізіологічного методу (С.Д. Ковтун и соавт., 1980) за такими показниками, як швидкість поширення збудження по нерву, зміна величини амплітуди викликаних потенціалів дії латерального м'яза, лабільність міоневральної передачі.

Поведінкові реакції оцінювали за методом “відкритого поля” Холла за латентним періодом - початком руху у “відкритому полі” (ЛП) в секундах, кількості пересічених квадратів (горизонтальна активність - ГА) і вертикальних стійок (вертикальна активність - ВА) (Я. Буреш и соавт., 1991).

Гематологічні дослідження виконували за допомогою уніфікованих методів (И.А. Кассирский и соавт., 1970). При цьому підраховували кількість еритроцитів, лейкоцитів, ретикулоцитів, тромбоцитів, визначали концентрацію гемоглобіну, аналізували гемограму та порушення морфології клітин. Підраховували середній вміст гемоглобіну в одному еритроциті.

Функціональний стан печінки оцінювали за показниками активності аланін- і аспартатамінотрансфераз (за методом Райтмана і Френкеля) і вмісту сечовини в сироватці крові. В умовах гострого експерименту також визначали кількість загального білка за допомогою біуретового методу (В.В. Меньшиков и др., 1987), активність лужної фосфатази (ЛФ) в сироватці крові (V.Bodansky, 1953), інтенсивність процесів деметилювання амідопіріну в постмітохондріальній фракції печінки (T.Nash, 1953). В тканинах печінки визначали кількість малонового диальдегіду, яка утворилася при спонтанному перекисному окисленні гомогенату печінки (И.Д. Стальная и соавт., 1977). Активність альдегіддегідрогенази (АльДГ) в печінці визначали спектрометричним методом (Б.М. Кершенгольц и соавт., 1989). З метою вивчення стану ліпідного і вуглеводного обміну при дії КА визначали вміст загального холестерину в сироватці крові за методом Ілька, вміст загальних ліпідів крові та тригліцеридів за допомогою стандартного набору Біотест-Лахема, глюкози в крові - ортотолуідиновим методом (В.Г. Колб и соавт., 1976).

Визначення цитохрому Р-450 в печінці за допомогою методу електронно-парамагнітного резонансу (ЕПР) проводили на радіоспектрометрі "Varian E-109" за наступних умов: потужність СВЧ - 5 мВт; магнітне поле 0,25-0,35 Тл; частота СВЧ 9,5-9,6 ГГц; частота модуляції 100 кГц; амплітуда модуляції 0,8 мТл.

Видільну і фільтраційну функцію нирок оцінювали за добовим діурезом, відносною густиною і рН сечі, вмістом білка, сечовини та хлоридів в сечі. Вміст білка в сечі визначали в пробі з сульфосаліциловою кислотою (В.В.Меньшиков, 1987), сечовини - за допомогою стандартного набору реактивів “Біотест-Лахема” (Ф.И. Комаров и соавт., 1981), концентрацію хлоридів - титрометричним методом.

Вивчення морфологічних змін у легенях та печінці щурів, що виникали під впливом гострої інгаляційної дії КА, проводили на сьому добу досліджень; при тривалому надходженні препарату - через 2 тижні (концентрація 5,18 мг/м3 ) та 4 місяці (концентрації 5,18 мг/м3 та 0,56 мг/м3 ). Фіксацію тканин легень та печінки проводили 10% нейтральним формаліном, заключали їх в парафін, робили тонкі зрізи, виготовляли препарати, фарбували їх гематоксилін-еозином і вивчали за допомогою мікроскопії.

Отримані результати досліджень статистично оброблені за допомогою програмного продукту ”STATISTICA 4.5 for Windows”. Оцінку вірогідності відмінностей проводили з використанням t- критерію Ст'юдента.

Визначення параметрів гострої токсичності КА.

Величина ЛК50 КА за умов гострої інгаляційної дії становила для щурів: 160,0 35,0 мг/м3, для мишей - 295,0 65,0 мг/м3, що відповідає 1 класу небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76.

Клінічна картина інтоксикації у щурів при впливі КА (концентрації від 160 мг/м3 до 1065 мг/м3) характеризувалася ознаками подразнюючої дії. Спочатку відзначалося занепокоєння тварин, тертя мордочки, заплющування очей. Надалі реєстрували зволоження навколо носа та очей, часте поверхневе дихання, пінисті виділення з рота, сукровичні виділення з носа, сльозотеча. Тварини гинули від задухи внаслідок розвитку набряку легень, що підтверджувалося результатами розтину. Переважним впливом КА на центральну нервову систему є симптоми наркотичної дії - загальмованість, адинамія, бокове положення, втрата реакції на больові подразники.

У мишей показники подразнюючої дії не відрізнялися від ознак впливу речовини в дослідах на щурах.

Коефіцієнт видової чутливості - 1,83 (щури, миші). Видова чутливість до препарату не виражена.

Вплив КА на організм щурів за умов гострого інгаляційного надходженя.

При дії КА в усіх досліджених концентраціях на організм щурів протягом всього терміну спостереження загибелі тварин не відбувалося. Було зареєстровано зниження маси тіла протягом 7 днів експерименту (130 і 87 мг/м3, р?0,05). Клінічні симптоми інтоксикації відзначалися тільки при надходженні препарату в організм щурів у найвищій концентрації 130 мг/м3.

При дослідженні функціональних змін дихальної системи встановлено зниження ЧД при одноразовому впливі КА в концентрації 130 мг/м3 (контроль - 107,04,0; дослід: 1 година - 82,37,9, через 3 доби - 90,34,2; р?0,05) і тенденція до зниження цього показника в менших концентраціях, що є наслідком подразнюючої дії препарату. Зміни, що спостерігаються, як правило, призводять до розвитку дихальної гіпоксії при надходженні КА у високих концентраціях (130 мг/м3 та вище).

Дослідження функціонального стану легень і їх резервних можливостей за допомогою навантажувальної проби парами фенолу показали, що у контрольних тварин ЧД збільшується на 30%, а у дослідних тварин - у значно меншому ступені (від 3% до 18%). Зміна показника ХОД мала аналогічне спрямування.

Отримані результати свідчать, що КА пригнічує функцію рецепторів дихальної системи. Ступінь і стійкість виявлених змін знаходиться в прямій залежності від концентрації речовини.

При вивченні подразнюючої дії КА шляхом дослідження ССЛ встановлено вірогідне збільшення ПН сурфактанта легень протягом всього експерименту і при використанні речовини у всіх концентраціях, що може свідчити про застійні явища в легенях. При цьому зареєстровано підвищення як максимального, так і мінімального ПН, виразність котрих визначається терміном дослідження і концентрацією речовини. Таке різке підвищення мінімального і максимального ПН може бути обумовлено руйнуванням сурфактанта легень, що може призводити до синдрому дихальної недостатності.

При дослідженні лаважа легень при гострому впливі КА в концентраціях від 130 до 5 мг/м3 спостерігається значне зниження кількості альвеолярних макрофагів, що свідчить про різку подразнюючу дію препарату. Водночас концентрація 1 мг/м3, навпаки, викликала підвищення кількості макрофагів, що вказує на реалізацію адаптаційних механізмів.

Отримані дані свідчать, що дія КА на ССЛ є типовою для речовин, які мають виражену подразнюючу дію і здатні викликати набряк легень. Це твердженя в повній мірі узгоджується з результатами А.А. Биркун і співавт. (1981).

Макроскопічні дослідження легень показали, що з підвищенням концентрації препарату з'являються елементи “мармурового” забарвлення легень. Також спостерігалося “вузликове” ущільнення тканини легень на сьому добу при дії КА в високих концентраціях (130 і 87 мг/м3). При мікроскопічних дослідженнях легень відзначалися стовщення міжальвеолярних перетинок, повнокрів'я капілярів та судин (130 мг/м3).

Таким чином, особливістю токсичної дії КА на дихальну систему при одноразовому інгаляційному надходженні в організм щурів є порушення стану ССЛ (зміна поверхневого натягу сурфактанта легень, гістеорезисних показників, кількості макрофагів у лаважі), функції рецепторів дихальної системи, зміни частоти дихання та морфологічної структури легень, що призводить до розвитку дихальної гіпоксії.

При дослідженні токсикологічних властивостей КА в гострому експерименті зміни функціонального стану інших органів і систем (нервової, серцево-судинної, функціональний стан печінки, нирок, морфологічний склад периферичної крові) були неістотними (р>0,05).

Так, КА суттєво не впливає на функціональний стан периферичної нервової системи (за показниками швидкості поширення збудження по n. caudalis та величиною амплітуди викликаних потенціалів дії m. lateralis) та деякі гемодинамічні показники (ЧСС, ХОК). Препарат не має вираженої кардіо- та нефротоксичної дії.

Однак виявлено, що при дії КА в максимальній концентрації (130 мг/м3) спостерігається брадикардія через 1 годину після затравки (на 7%, р0,05) з подальшою компенсацією, збільшення тривалості інтервалу QRSТ та систолічного показника в усі терміни дослідження. Також мало місце збільшення амплітуди зубців R (1 год., 3 доби) та Т (1 год., 3 та 7 діб) (р0,05).

Виявлені зміни свідчать, що КА в даній концентрації порушує шлункову провідність. Ці зміни можуть бути обумовлені розвитком гіпоксії в організмі щурів під впливом високих концентрацій КА.

При дії КА в досліджуваних концентраціях не спостерігаються токсичні ураження печінки, про що свідчить відсутність достовірних змін активності АЛТ, АСТ, ЛФ. Водночас, виявлено значне підвищення рівня загального білка і загального холестерину в ранній термін після впливу КА при концентрації 130 мг/м3, а також тригліцеридів і глюкози в більш пізні строки. Ці зміни не носять стабільного характеру і не є лімітуючими показниками.

Дослідження детоксикаційної функції печінки при надходженні КА в максимальній концентрації показало, що препарат знижує вміст парамагнітної форми цитохрому Р-450 (на 7 добу на 17%, р0,05) і вірогідно не впливає на процес N-деметилювання амідопірину.

Таким чином, КА в максимальній концентрації не має істотного впливу на систему мікросомальних монооксигеназ печінки.

При впливі КА в концентрації 130 мг/м3 було виявлено фазовий характер зміни активності АльДГ в печінці (підвищення активності на 3 добу - на 71% і зниження на 7 добу - на 54%, р0,05). Отримані дані дозволяють зробити припущення, що метаболізм КА, як і інших представників групи ненасичених альдегідів, проходить з участю цього ферменту.

Результати гематологічних досліджень вказують на те, що КА в різних концентраціях при гострому інгаляційному отруєнні не викликає стійких односпрямованих змін показників периферичної крові щурів. Виявлені фазові коливання можуть бути пов'язані з особливостями адаптаційних процесів в організмі тварин при дії КА.

Водночас, КА у високих концентраціях (130 і 87 мг/м3) чинить токсичну дію на клітини білої крові: переважно підвищує кількість лімфоцитів з атиповою структурою ядра.

На основі проведених експериментальних досліджень встановлено лімітуючі показники токсичної дії КА, що лягло в основу визначення порогів його гострої токсичної дії для щурів за загальнотоксичними показниках - 87 мг/м3, поріг подразнюючої дії - 1 мг/м3.

Вплив КА на організм щурів за умов хронічного інгаляційного надходження.

При дії КА в усіх концентраціях (5,18; 0,56 і 0,14 мг/м3) протягом всього терміну дослідження (4 міс.) загибелі тварин не спостерігалося. Поведінка, зовнішній вигляд щурів, споживання їжі і води в дослідних групах суттєво не відрізнялися від таких у контрольних тварин. КА в найбільшій концентрації (5,18 мг/м3) при тривалому надходженні викликає стійке, але не досить виражене зниження маси тіла тварин (на 8-11%, р0,05).

Результати оцінки функціонального стану легень і їх резервних можливостей (навантаження парами фенолу) свідчать про зміни ЧД і показника ХОД, що підтверджує тезу про пригнічення функції рецепторів дихальної системи. Так, у щурів піддослідних груп при дії КА в концентраціях 5,18 і 0,56 мг/м3 спостерігалося зниження ЧД після фенолової проби в початковий термін експерименту.

Вивчення дії КА в концентрації 5,18 мг/м3 показало, що при збільшенні строку дослідження знижувався відгук дихальної системи за показником ХОД (через 0,5 місяця зростання становило 44%, через 4 місяці - тільки 7%).

При тривалому надходженні КА в організм щурів у максимальній концентрації також спостерігалося підвищення ПН як максимального, так і мінімального ПН (у перший місяць експерименту). Через 2 міс. з початку надходження препарату в організм виявлено підвищення ПНмін при нормалізації ПНмакс. Наприкінці дослідження відбувалася нормалізація всіх досліджуваних показників (табл.1).

інгаляційний токсичність кротоновий альдегід

Таблиця 1. Динаміка змін поверхневої активності ССЛ щурів під впливом різних концентрацій КА

Групи	Строки дослідження (місяці)
тварин	0,5	1	2	3	4
Сталагмометичне значення поверхневого натягу (ПН), 10 -3 н/м 2
Контроль	44,20,2	44,60,1	44,40,2	43,90,3	44,40,1
0,56 мг/м3	44,40,1	44,80,3	44,90,2	44,80,2	44,70,2
5,18 мг/м3	45,80,2*	45,20,1*	44,90,3	44,90,2	44,80,2
Максимальне значення поверхневого натягу (ПН макс), 10 -3 н/м 2
Контроль	45,20,2	45,10,6	45,30,2	45,10,6	45,20,3
0,56мг/м3	44,90,4	45,30,2	44,20,5	45,20,1	45,00,6
5,18мг/м3	51,30,3*	54,00,3*	460,2	42,30,2*	45,10,2
Мінімальне значення поверхневого натягу (ПН мін), 10 -3 н/м 2
Контроль	8,50,1	8,40,2	8,200,3	8,40,4	8,20,4
0,56мг/м3	8,40,3	8,40,2	8,20,2	8,20,4	8,10,1
5,18мг/м3	10,10,3*	10,80,4*	9,90,1*	8,10,2	8,30,1

В лаважі легень реєстрували значне зниження кількості альвеолярних макрофагів тільки через 2 тижні при впливі препарату в концентрації 5,18 мг/м3 (контроль - 6,00,2, дослід - 4,30,3; р0,05). У більш пізній термін (1-4 місяця) істотних змін не виявлено. Ці результати збігаються з даними, які одержані за умов гострого експерименту щодо вираженого подразнюючого ефекту КА.

Морфологічними дослідженнями доведено, що найбільш виразні структурні зміни мають місце в легенях. Характерним для КА є гемодинамічні порушення, які проявляються в печінці, легенях, нирках, селезінці, надниркових залозах і були найбільш виразними наприкінці досліду.

Зміни деяких біохімічних показників сироватки крові і печінки не були суттєвими, відмічалося лише впродовж першого місяця досліджень підвищення активності АльДГ в печінці (5,18 мг/м3; 0,5 міс., в 4 рази, р0,05) і вмісту глюкози в крові (рис. 4).

Функціональний стан нирок за дослідженими показниками не змінювався.

Функціональні порушення ЦНС проявлялися збільшенням ВА піддослідних тварин (концентрація 5,18 мг/м3). При зниженні концентрації вплив КА на ЦНС був меншим, величина ВА нормалізувалася у відновлювальний період. Показники ГА та ЛП вірогідно не змінювались.

В кінці досліджень (4 місяці) у тварин на тлі впливу КА спостерігається слабке гальмування еритропоезу та токсична дія на лімфоцити периферичної крові (5,18 мг/м3). При дії КА в концентрації 0,56 мг/м3 вплив одоранту проявлявся в меншій мірі. Зміни гематологічних показників в умовах, що вивчалися, відбувалися тільки в місячний термін досліджень і характеризувались незначним підвищенням концентрації гемоглобіну, кількості тромбоцитів, лейкоцитозом (р 0,05), а також змінами еритроцитів у вигляді вираженого акантоцитоза.

В концентрації КА 0,14 мг/м3 значних змін усіх досліджуваних показників не виявлено.

Отримані результати дозволяють зробити висновк, що концентрація КА 5,18 мг/м3 є діючою, 0,56 мг/м3 - пороговою; 0,14 мг/м3 - підпороговою.

Токсикодинаміка КА при цілодобовому хронічному інгаляційному надходженні в організм щурів.

При дії КА в обох концентраціях (0,011 і 0,0058 мг/м3) на організм щурів протягом усього терміну дослідження (4 міс.) загибелі тварин не спостерігалося. Поведінка, зовнішній вигляд, споживання їжі і води в дослідних групах не відрізнялися від таких у тварин контрольних груп.

Вірогідні зміни показників, що досліджувалися, відмічалися тільки при застосуванні КА в концентрації 0,011 мг/м3. Найбільш характерним і суттєвим було зниження відгуку дихальної системи на навантаження парами фенолу, що вказує на пригнічення її функціональної активності та резервних можливостей. Вплив КА в цій концентрації не призводив до вірогідних змін частоти дихання (як до фенольного навантаження, так і після нього). З огляду на це, можна припустити, що КА в даній концентрації не має виразної подразнюючої дії на дихальну систему.

Показник хвилинного об'єму крові (ХОК) вірогідно зростав (на 62%, р0,05) тільки через 1 міс. досліджень. Пізніші значення цього показника не відрізнялося від показників у контрольних тварин. Підвищення рівня ХОК, імовірно, може бути обумовлено адаптаційною реакцією організму до впливу препарату.

При використанні КА в концентрації 0,011 мг/м3 показники поверхневої активності ССЛ не змінювались у всі терміни досліджень, за винятком суттєвого зменшення кількості макрофагів у трахеоальвеолярному лаважі через 0,5 міс. експерименту (контроль - 6,10,2, дослід - 5,00,1; р0,05). Цей ефект можна також розглядати як реалізацію компенсаторно-пристосувальних механізмів на дію токсичного агента.

В окремі терміни досліду виявлено вплив КА на показники морфологічного складу периферичної крові, що проявлялось у зменшенні рівня гемоглобіну (на 14% через 1 та 4 міс., р?0,05), кількості тромбоцитів (на 35% через 1 міс., р?0,05) і підвищення середнього вмісту гемоглобіну у одному ерітроциті (на 12% через 1 міс., р?0,05). Через 4 міс. відзначалися анізоцитоз, гіпохромія і поліхромазія еритроцитів, що ймовірно обумовлено зниженням вмісту гемоглобіну в еритроцитах і компенсаторній активації еритропоезу. З боку білої крові змін не виявлено, за винятком моноцитопенії (на 38%, р?0,05) через 2 міс. досліджень, що знаходилася в межах фізіологічних коливань. У відновлювальний період (1 місяць) значення показників нормалізувалися.

При хронічному впливі КА в концентрації 0,011 мг/м3 не спостерігалося достовірних змін активності трансаміназ, вмісту сечовини, глюкози, загальних ліпідів і холестерину в сироватці крові щурів. Не було виявлено нефротоксичної дії препарату, за винятком підвищення діурезу через 4 місяці дослідження (на 86%, р?0,05).

КА не впливає на поведінкові реакції тварин у “відкритому полі” Холла в усі терміни дослідження.

Препарат в концентрації 0,011 мг/м3 викликає деструктивно-дистрофічні порушення паренхіматозних органів тварин, що виявлялися в середньо- і слабовираженої жирової дистрофії гепатоцитов печінки, деякому збільшенні кількості жовчних проток печінки без проявів холангиофіброзу (4 місяці). Виявлені також гемодинамічні порушення в легенях.

Результати досліджень дозволяють зробити висновок, що при цілодобовому інгаляційному надходженні КА до організму щурів концентрація 0,011 мг/м3 є пороговою, концентрація 0,0058 мг/м3 - підпороговою.

Обґрунтування системи профілактичних дій при роботі з КА.

У зв'язку з тим, що КА передбачається широко застосовувати як одорант природного газу і контакт з ним будуть мати широкі верстви населення, необхідно обгрунтувати шляхи запобігання шкідливої дії препарату на організм людини у разі виникнення непередбаченних екстремальних ситуацій.

У літературі не описані випадки гострих чи хронічних отруєнь КА у людей. Методи лікування можливих отруєнь при аварійних ситуаціях неспецифічні і спрямовані на попередження розвитку набряку легень.

Головним заходом запобігання негативного впливу КА є попередження його надходження у довкілля та дотримання безпечних норм знаходження у повітрі робочої зони та атмосфері.

КА належить до речовин із вираженими подразнюючими властивостями. Його Limac > Limir у 87 разів. При обгрунтуванні ГДК КА в повітрі робочої зони керувалися Методичними рекомендаціями “Временные методические указания по обоснованию предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест” (1989).

Розрахунки ГДК проводили за формулою:

lgГДК = 0,69 lg Limщурir+ 0,18 lg Limлюдинаir- 0,7 lg Zir - 0,51 (мг/м3),

де Limщурir - поріг подразнюючої дії для щурів (1,0 мг/м3),

Limлюдинаir - поріг подразнюючої дії для людини ( 24,3 мг/м3, експ.1 хв),

Zir - зона подразнюючої дії ( 87 ).

ГДК КА в повітрі робочої зони за цією формулою становить 0,22 мг/м3.

Виходячи з даних хронічного експерименту (Limch - 0,56 мг/м3), величину ГДК можна розрахувати, розділивши величину Limch на величину коефіцієнту запасу (Кзап). Враховуючи, що кумулятивні властивості КА не виражені, а також величини зон гострої і хронічної дії - Кзап становить 5.

Таким чином, ГДК КА в повітрі робочої зони становить 0,1 мг/м3, агрегатний стан - пари, II клас небезпеки, необхідна помітка “подразник шкіри і слизових оболонок”.

Для обґрунтування максимальноразової ГДК (ГДК м.р.) була визначена порогова концентрація КА за показником рефлекторної дії (запах). Ці дослідження були виконані з участю 11 добровольців з дотриманням мір безпеки і належного медичного контролю на базі клініки Інституту екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя (П.Г. Жминько, 1999). Отримана пряма залежності “lg концентрація - ефект” дає нам можливість встановити поріг відчуття запаху (ЕС16) на рівні концентрації 0,01 мг/м3. Кут нахилу прямої залежності вірогідності відчуття запаху від величини концентрації КА, відтворений на пробітній сітці, становить 30 градусів. Згідно з номограмою визначення класу речовини і коефіцієнта запасу для ГДКм.р., встановлено, що кут 30о відповідає 4 класу, Кзап. - 1,5.

Для переходу від порогової концентрації, встановленої в цілодобовому експерименті, до ГДКс.д. використано Кзап Для визначення Кзап проведено розрахунок інтегрального показника небезпеки (В) (табл. 3).

Розрахунок показника небезпеки В проводили за формулою:

В = 1/V . V1Gi. Значення показника В становить 0,666. Кзап розраховано за формулою: Кзап. = 9В + 1 = 9 . 0,666 + 1 = 6,94 = 7,0.

Таблиця 3. Параметри токсикометрії КА для розрахунку показника небезпеки

Показники	Масовий коефіцієнт ( Vi )	Значення показника	Числове значення Gi
CL50	0,5	160	1
Zac	0,75	1,84	1
Zch	1,25	174	0,731
Z biol	1,25	320	0,269
Lim ch, мг/м3	1,0	0,5	0,666

Таким чином, на основі експериментальних досліджень нами обгрунтовано середньозмінну ГДК КА у повітрі робочої зони на рівні 0,1 мг/м3; ГДК м.р. в атмосферному повітрі на рівні 0,005 мг/м3, ГДК с.д. для атмосферного повітря на рівні 0,001 мг/м3, які затверджені Постановою Головного державного санітарного лікаря України та Наказом Міністерства охорони здоров'я України.

Висновки

У дисертації наведені нові дані щодо токсикодинаміки, в т.ч. механізмів подразнюючої та токсичної дії кротонового альдегіду - нового одоранту природного газу, - що дозволило обґрунтувати пороги токсичної дії за загальнотоксичними та лімітуючими показниками та запропонувати профілактичні заходи при його інгаляційному надходженні в організм.

1. Параметри гострої інгаляційної токсичності кротонового альдегіду (ЛК50) становлять 295 і 160 мг/м3, для мишей і щурів відповідно (1-й клас небезпеки згідно ГОСТ 12.1.007-76).

2. Лімітуючим показником при інгаляційному надходженні кротонового альдегіду є подразнюючий ефект. Особливістю токсичної дії кротонового альдегіду на дихальну систему в різних режимах його інгаляційного надходження в організм щурів (одноразове, субхронічне, хронічне) є порушення стану сурфактантної системи легень (зміна поверхневого натягу сурфактанта легень, гістеорезисних показників, кількості макрофагів у лаважі), функції дихальних рецепторів, зміни частоти дихання та морфологічної структури легень, що призводить до розвитку дихальної гіпоксії.

3. Кротоновий альдегід справляє токсичну дію на лімфоцити периферичної крові (підвищує кількість лімфоцитів з атиповою структурою ядра). При дії КА не зафіксовано односпрямованих та стійких змін кількістного складу периферичної крові в умовах як гострого, так і хронічного експерименту.

4. Кротоновий альдегід у концентрації 130 мг/м3 викликає індукцію ферменту альдегіддегідрогенази (на 71%, 3 доба, р?0,05) та знижує вміст парамагнітної форми цитохрому Р-450 в печінці щурів (на 17%, 7 доба, р0,05). При цьому інтенсивність перекисного окислення ліпідів та процесу деметиліювання амідопірину вірогідно не змінюються.

5. Кротоновий альдегід в умовах гострого та хронічного експерименту не викликає достовірних змін показників центральної (за поведінковими реакціями) та периферичної (за показниками швидкості поширення збудження по n. caudalis і величиною амплітуди викликаних потенціалів дії m. lateralis) нервової системи, а також гемодинаміки (ЧСС, ХОК). Не виявлено вираженої кардіо-, гепато- та нефротоксичної дії.

6. Встановлено, що поріг гострої токсичної дії кротонового альдегіду для щурів становить 87 мг/м3 (за загальтоксичними показниками), поріг подразнюючою дії - 1 мг/м3. Поріг хронічної дії препарату при інгаляційному шляху надходження в організм (експозиція 4 години) - 0,56 мг/м3, при цілодобовій експозиції - 0,011 мг/м3 (за загальнотоксичними показниками та подразнюючою дією). ГДК в повітрі робочої зони встановлено на рівні 0,1 мг/м3, ГДК с.д. в атмосферному повітрі населених місць - 0,001 мг/м3, ГДК м.р. в атмосферному повітрі населених місць - 0,005 мг/м3.

Список опублікованих праць

1. Хилькевич Т.В., Жминько П.Г., Кокшарева Н.В. Экспериментальные данные о воздействии кротонового альдегида на функцию дыхания // Современные проблемы токсикологии. - 1998. - № 1.- С.41-42. Дисертант виконав експериментальні дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів. Підготував статтю до друку.

2. Вековшинина С.В., Шуляк В.Г., Хилькевич Т.В., Жминько П.Г. Исследование ингаляционного воздействия кротонового альдегида на функциональное состояние организма // Современные проблемы токсикологии. - 1998. - № 2. - С.31-34. Дисертант особисто провів експериментальні дослідження та статистичну обробку даних щодо впливу КА на функціональний стан нервової, серцево-судинної та дихальної систем.

3. Жминько П.Г., Хилькевич Т.В., Шушурина Н.А., Кокшарева Н.В. Исследование функционального состояния печени при остром и хроническом воздействии кротонового альдегида // Современные проблемы токсикологии. - 1999. - № 3. - С. 14-17. Особистий внесок дисертанта полягає у проведенні досліджень, статистичній обробці матеріалу та аналізі отриманих результатів.

4. Жминько П.Г., Хилькевич Т.В., Шуляк В.Г., Кокшарева Н.В., Иваницкий В.А., Янкевич М.В., Лысенко Е.А., Кавецкая Л.Н., Баглей Е.А., Недопитанская Н.Н. К обоснованию ПДК кротонового альдегида в атмосферном воздухе населенных мест // Гигиена населенных мест. - 1999. - Вип. 35. - С.34-40. Дисертант особисто провів 50% експериментальних досліджень, обробку отриманих результатів. Підготував статтю до друку.

5. Хилькевич Т.В. Токсические свойства кротонового альдегида как продукта горения полимерных материалов // Науковий Вісник УкрНДІ пожежної безпеки. - 2000. - № 1-2. - С. 38-40.

6. Жминько П.Г., Каган Ю.С., Кокшарева Н.В., Шушурина Н.А., Шуляк В.Г., Иваницкий В.А., Янкевич М.В., Лысенко Е.А., Кавецкая Л.Н., Хилькевич Т.В. Некоторые особенности токсического действия кротонового альдегида при ингаляционном пути поступления в организм // Congresul IV al igienistilor, epidemiologilor, microbiologilor si parazitologilor din Republica Moldova. - Chisinau, 1997. - С. 184-185.

7. Хилькевич Т.В. К вопросу о механизме токсического действия кротонового альдегида // Тезисы докладов І съезда токсикологов России. - Москва, 1998. - С. 124.

8. Хількевич Т.В. Вплив кротонового альдегіду на стан сурфактантної системи легень при інгаляційній дії // Сборник докладов конференции молодых ученых “Современные проблемы медицины труда в Украине”. - Киев, 1998. - С. 99-101.

9. Хилькевич Т.В. Токсикологическая оценка кротонового альдегида // Тези доповідей І з'їзду токсикологів України. - Київ, 2001. - С. 34-35.

10. Хилькевич Т.В. Современные представления о токсических свойствах одорантов природного газа // Тези доповідей науково-практичної конференції “Організація токсикологічної допомоги в Україні”. - Київ, 2002. - С. 106.

11. Хилькевич Т. Особенности патогенеза интоксикации, вызванной кротоновым альдегидом при его ингаляционном воздействии // Матеріали VI Міжнародного медичного конгресу студентів і молодих учених. - Тернопіль, 2002. - С. 377.

12. Hilkevich T.V. Effect of acute and chronic crotonic aldehyde ingalation on functional state of the organs of rat // Abstracts of 40st Congress of the European Societies of Toxicology EUROTOX 2002. - Budapesht (Hungary), 2002. - P. 143-144.

13. Хількевич Т. Дослідження подразливої дії кротонового альдегіду на щурів і людину // Матеріали ІІІ Міжнародної медичної конференції студентів і молодих учених. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 314-315.

14. Хількевич Т.В. Токсикодинаміка кротонового альдегіду - нового одоранту природного газу // Матеріали V Всеукраїнської наукової конференції молодих учених “Сучасні проблеми гігієни, токсикології та аналітичної хімії”. - Київ, 2003. - С.38-40.

15. Хилькевич Т.В. Исследование маркеров повреждения печени крыс при ингаляционном воздействии кротонового альдегида // Тези доповідей 2 з'їзду токсикологів України. - Київ, 2004. - С. 49-50.

16. Размещено на Allbest.ru