Токсиколого-гігієнічна оцінка продуктів горіння полімерних матеріалів (механізми дії, експериментальне обґрунтування засобів профілактики отруєнь)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність дослідження. Офіційна статистика свідчить, що в Україні щорічно виникає біля 50 тис. пожеж, на яких гине до 4 тис. осіб. Показник загибелі людей в перерахунку на 1 млн. населення в Україні перевищує такий в провідних країнах світу у 2-8 разів. Значний внесок у світову та національну статистику щодо пожежної небезпеки вносить транспорт, де серед різноманітних надзвичайних ситуацій біля 40 % становлять пожежі. Тому актуальною проблемою гігієни і профілактичної токсикології є розробка і впровадження заходів, спрямованих на зменшення ризику небезпечності таких надзвичайних ситуацій для життя та здоров'я населення і пожежних-рятувальників, запобігання та біокорекції негативних наслідків отруєнь. Це завдання органічно витікає з основних напрямків розвитку сучасної профілактичної медицини.

За останні десятиріччя суттєво змінився внесок і розподіл між основними чинниками пожежі (високою температурою, димом, токсичними продуктами горіння, зниженням кисню) в ґенез уражень постраждалих і пожежних-рятувальників. Якщо раніше від опіків на пожежах гинуло більше ніж 60 % постраждалих, то за останні десятиріччя, за даними світової статистики, їх частка знизилася до 20-15 %. Кількість отруєних токсичними продуктами горіння, або внаслідок їх сумісної дії з високою температурою і димом, перевищує 70 % від загальної кількості загиблих. Враховуючи той факт, що на одного загиблого припадає від 10 до 20 і більше постраждалих від гострих несмертельних отруєнь токсичними продуктами горіння, загальна кількість людей, які потребують медичної допомоги, суттєво зростає. Проте, офіційні дані щодо чисельності несмертельно отруєних, за винятком осіб, які одержали політравми, практично відсутні.

З медичних позицій несмертельні отруєння, порушуючи функціональний стан організму і знижуючи працездатність людей, становлять найбільш актуальну проблему у зв'язку з відсутністю чітких рекомендацій щодо надання невідкладної медичної допомоги і подальшого лікувально-профілактичного супроводження експонованих токсичними продуктами горіння та іншими чинниками пожежі контингентів пожежних-рятувальників, а також постраждалих при пожежах. Проблема виходить далеко за межі пожежонебезпеки. Вона кореспондується з використанням сучасних термотехнологій синтезу пластмас та виготовлення полімерних виробів, ліквідацією відходів і забрудненням оточуючого середовища продуктами згоряння палива на транспорті, в енергетиці та інших галузях економіки.

Враховуючи тенденцію зростання чисельності пожеж у всьому світі і в Україні, значну кількість жертв і постраждалих, підвищення кількості осіб, що працюють в системах, які забезпечують ліквідацію пожеж, актуальною гігієнічною і загально медичною проблемою є вивчення механізмів дії факторів пожежі на організм і розробка на цій основі системи профілактичних та лікувальних заходів.

Мета дослідження: розробити систему профілактичних заходів із застосуванням фармакологічних препаратів та біологічно активних добавок, спрямованих на попередження отруєнь продуктами горіння полімерних матеріалів шляхом проведення їх токсиколого-гігієнічної оцінки та визначення механізмів дії в експериментальних умовах.

Завдання дослідження, обумовленні поставленою метою, передбачали:

- визначити в експериментальних умовах показники токсичності продуктів горіння основних класів полімерних матеріалів;

- ранжувати досліджені матеріали по ступеню токсичності продуктів горіння за методикою відповідно до ГОСТ 12.1.044-89;

- оцінити внесок основних компонентів токсичних продуктів горіння в інтегральний показник токсичності (HCL50);

- дослідити патофізіологічну роль гіпоксії як основного механізму токсичної дії продуктів горіння полімерів;

- експериментально обґрунтувати можливість та ефективність використання дикарбонових кислот, вітамінів та мікроелементів і препаратів на їх основі для профілактики отруєнь, викликаних продуктами горіння полімерних матеріалів.

1. Матеріали і методи дослідження

З метою оцінки токсичності продуктів горіння згідно ГОСТ 12.1.044-89 проведені токсиколого-гігієнічні випробування 378 полімерних матеріалів, з яких 24 було відібрано для поглиблених досліджень. Моделювання пожежі проводили в камері при двох температурах 400 оС і 750 оС з різною насиченістю зразками полімерів і експозицією 30 хв. Результати досліджень були використані для ранжування полімерів різних класів за інтегральним показником токсичності продуктів горіння (HCL50) і мотивації відбору зразків для подальших поглиблених експериментальних токсикологічних досліджень. За повною схемою досліджено 4 зразки: пінополіуретан (ППУ); композиція на основі поліефірів - склопластик (Спл); полівінілхлорид (ПВХ, матеріал коробів кабельних); композиція на основі каучуків (покриття з каучуку для підлоги «NORA»).

Хіміко-аналітичні дослідження складу продуктів горіння проводили газохроматографічними методами на хроматографі «Кристалл 4000 люкс», методами колориметрії та спектрофотометрії на приладах КФК-2МП згідно МВ 8.8.2.4-127-2006, а також на газоаналізаторі Multiwarn II (фірми Дрегер, Німеччина). Уся використана апаратура пройшла держповірку, лабораторія атестована на право проведення даних видів досліджень (сертифікат № РО-335/2010, дійсний до 31.03.2013 р.) та акредитована в системі НААУ (атестат акредитації № 2Н853, дійсний до 19.07.2012 р.).

Експериментальні дослідження виконані на білих мишах масою 20-22 г., білих щурах-самцях з масою тіла 180-200 г. Тварин утримували на стандартному раціоні віварію з вільним доступом до води та їжі. Експериментальні дослідження проводились відповідно до національних «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах», які узгоджуються з положенням «European conventhion for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes (1985 г.)». Експеримент включав: 1-гострі дослідження з одноразовим спалюванням відповідного матеріалу, маса зразка якого відповідала величині НCL50; 2-підгострі дослідження (на протязі 3 діб щоденно) в дозах, еквівалентних 1/10 від НCL50; 3-субхронічні дослідження з повторною (на протязі 30 діб) щоденною (5 днів на тиждень) експозицією ТПГ ПМ, в дозах, еквівалентних 1/100 від НCL50; 4-вивчення ефективності профілактичної дії бурштинової та глютамінової кислот в комплексі з вітамінами та мікроелементами у субхронічному експерименті (1/100 НCL50). Умови утримання лабораторних тварин контролювали за показниками температури, вологості та швидкості руху повітря за загально прийнятими методами [В. П. Пішак, 2006] з використанням необхідних приладів, що регулярно проходять метрологічну атестацію.

Токсикологічні дослідження з оцінки продуктів горіння полімерів проводили на установці для маломасштабних випробувань згідно ГОСТ 12.1.044-89 і МВ 8.8.2.4-127-2006. В окремому експерименті для визначення нормативних токсикометричних показників (зокрема, CL50) провідного компоненту ТПГ ПМ - оксиду вуглецю (ІІ), відповідно до умов лабораторії, застосовували камери об'ємом 10 та 200 л, в яких створювали необхідні концентрації хімічних речовин, що підлягали токсикометрії за загально прийнятими методами.

Фізіологічні дослідження проводили з метою оцінки загального стану тварин (динаміка маси тіла), а також, головним чином, для оцінки ступеню гемічної гіпоксії. Вони включали визначення рівнів дериватів гемоглобіну після експозиції ТПГ ПМ - карбоксигемоглобіну (COHb) за Л.П. Букиной (1979), метгемоглобіну (MtHb) та сульфгемоглобіну (SHb) на приладі СФ-46 за О. Г. Архиповою (1988). Зміни показників ЕКГ визначали до і після експозиції ТПГ на комп'ютерному електрокардіографі «Полі-Спектр-8/В» (виробництва ООО «Нейрософт», Росія).

Біохімічні методи застосовувалися, перш за все, для визначення показників тканинної гіпоксії та оцінки внеску у цей процес оксидативного стресу. Крім того, біохімічні маркери використовували для визначення ефективності застосування препаратів бурштинової та глютамінової кислот. Рівень розвитку тканинної гіпоксії оцінювали за показниками енергетичного обміну: ферментів - гексокінази (глюкокінази) (К.Ф.2.7.1.1-ГК) за МР (1989), лактатдегідрогенази (К.Ф.1.1.27-ЛДГ) за Л.А. Даниловою (2003), піруватдегідрогенази (К.Ф.1.2.4.1-ПВДГ), ізоцитратдегідрогенази (К.Ф.1.1.1.41-ІЦДГ), альфа-кетоглутаратдегідрогенази (К.Ф.1.2.4.2-б-КДГ), сукцинатдегідрогенази (К.Ф.1.3.99.1-СДГ) за М.И. Прохоровою (1982), цитохромоксидази (К.Ф.1.9.3.1-ЦХО) за В.Н. Ореховичем (1997) а також окисленої та відновленої форм нікотинамідних коферментів (НАД+ і НАДН) та їх співвідношення за М.И. Прохоровою (1982). Вираженість оксидативного стресу (ОС) оцінювали за кількістю малонового діальдегіду (МДА) та дієнових кон'югатів (ДК) за В.Н. Ореховичем (1997), а стан антиоксидантних систем - за активністю супероксиддисмутази (К.Ф.1.5.1.5-СОД), глутатіонпероксидази (К.Ф.1.11.1.7-ГП), глутатіонредуктази (К.Ф.1.6.4.2-ГР) та глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази (К.Ф.1.1.1.49-Г-6-ФДГ) за Л.А. Даниловою (2003). Досліджувалась активність гамма-глутамілтрансферази (К.Ф.2.3.2.1-ГГТ) за Л.А. Даниловою (2003), кількість відновлених та окислених тіолових груп за В.Н. Ореховичем (1997). Визначалась активність лізосомальних гідролаз - лужної (К.Ф.3.1.3.1-ЛФ) і кислої фосфатаз (К.Ф.3.1.3.2-КФ) за Л.А. Даниловою (2003). Зв'язок між біоенергетичними та біосинтетичними процесами просліджували за станом переамінування в тканинах з визначенням активності аланінамінотрансферази - (К.Ф.2.6.1.2-АЛТ) і аспартатамінотрансферази (К.Ф.2.6.1.1-АСТ) за Л.А. Даниловою (2003). Поряд із загальною активністю ферментів у тканинах в ряді дослідів визначали її в субклітинних фракціях - мітохондрій та надмітохондріальній (що вміщувала мікросоми та лізосоми). Виділення відповідних фракцій проводили методом диференційного центрифугування на рефрижераторній центрифузі фірми «Еппендорф» за М. И. Прохоровою (1982). Активність ферментів у гомогенатах тканин (печінки, нирок, головного мозку, серця) розраховували на мг білку в гомогенаті, який визначали за методом Лоурі-Фоліна за Р. Донсон (1991).

Статистична обробка матеріалів досліджень проведена методами варіаційного та кореляційного аналізу за допомогою програмного додатку Microsoft® Office Excel 2003 (ліцензійний № 74017-640-0000106-57490).

Результати дослідження були розглянуті комітетом з біоетики ДП “УНДІ МТ” (протокол № 1/16 від 03.06.2009 р.).

2. Результати дослідження та їх обговорення

Токсиколого-гігієнічні дослідження продуктів горіння основних видів полімерних матеріалів. Проведеними комплексними гігієнічними дослідженнями 378 полімерних матеріалів встановлено, що за показником HCL50 до ІІ класу (високонебезпечні) увійшло 16,1 %, до ІІІ (помірнонебезпечні) - 63,0 %, до IV класу (малонебезпечні) - 20,9 % усіх досліджених матеріалів. Одним з провідних критеріїв при гігієнічній регламентації полімерів є дослідження критичної температури, при якій продукти горіння проявляють більшу токсичність: для 38,1 % композицій вона була визначена при 400 оС, а для 61,9 % - при 750С.

Поглиблені токсиколого-гігієнічні дослідження 24 матеріалів, які за хімічною основою належать до різних класів полімерних матеріалів (ПМ) показали, що СО і СО2 є постійними компонентами продуктів горіння для всіх класів ПМ. Величини утворення оксидів вуглецю за умови згоряння 1 г матеріалу коливаються у широкому діапазоні значень (для СО від 35,7 до 270,0 мг/г, а для СО2 - від 111,0 до 1560,0 мг/г матеріалу). Але відносити токсичні ефекти тільки в контексті проведеного аналізу синтезу СО і СО2, як і нестачі кисню, неправомірно, оскільки в сумішах продуктів горіння визначали також інші органічні і неорганічні речовини на рівні гігієнічно значущих, що могли зробити свій внесок у загальну токсичність продуктів горіння матеріалів.

Наведені в табл. 1 дані свідчать, що водень ціаністий (HCN) утворюється при горінні поліуретанів, поліефірів, полікарбонатів, водень хлористий (HCl) - при горінні полівінілхлоридів, поліефірів, полікарбонатів, гум та каучуків. Аміак (NH3) та оксиди азоту (NOx) присутні в ТПГ поліуретанів, поліефірів, гум та каучуків. Виділення органічних сполук також пов'язане із хімічною основою досліджених зразків: ацетон (СН3СОСН3) - визначено в ТПГ поліуретанів, поліолефінів; формальдегід (НСНО) - в ТПГ поліуретанів, поліолефінів, полістиролів, гум та каучуків; представники ароматичних вуглеводнів (стирол (С6Н5СН=СН2), толуол (С6Н5-СН3) або бензол (С6Н6)) - присутні у всіх сумішах, за винятком кремнійорганічних матеріалів. Для більшості представників класу полікарбонатів процентне відношення фенолу (С6Н5ОН) до загальної кількості мінорних компонентів в суміші склало понад 70,0 %.

Таблиця 1. Гігієнічно значущі компоненти (концентрація яких в суміші ТПГ ПМ знаходиться вище рівню 1/100 від CL50) для різних класів полімерів

Питання реального внеску різних компонентів у токсичність продуктів горіння матеріалів досить складне і оцінюється за вкладом в інтегральний показник фракційної ефективної дози (fractional effective dose - FED) згідно стандарту ISO 13344-96. Найбільш високі значення для СО (ІІ) на рівні 0,8-1,0 виявлено у поліолефінів, полікарбонатів, поліефірів та у полівінілхлоридних матеріалів. Найбільш низькі значення FED (0,64-0,78) знайдено у поліуретанів та полістиролів. Матеріали, які відносяться до класу поліуретанів і поліефірів, характеризуються найбільшим вкладом ціаністих сполук у показник FED - 0,1-0,34. Суттєвий внесок HCl у розвиток токсичного ефекту на рівні 0,1-0,45 зафіксовано для матеріалів, що відносяться до класу полівінілхлоридів, поліефірів, гум та каучуків. Матеріали з полікарбонату при згорянні виділяють в повітря фенол на рівні 0,36 від долі усіх компонентів у показник FED. Сумарний вклад речовин наркотичної дії, до яких зокрема відносяться бензол, толуол, стирол та їх похідні у показник FED найбільш значущим виявився для матеріалів, що відносяться до класу поліолефінів (до 0,12), ПВХ (0,1).

В дослідженнях з оцінки токсичності продуктів горіння полімерних матеріалів визначення рівню СОHb в крові тварин несе в собі досить значний обсяг інформації і не обмежується традиційною кореляцією з концентрацією СО в камері. В залежності від величини цього показника при смертельному отруєнні тварин, а також інших дериватів гемоглобіну, можна робити висновок про внесок інших компонентів ТПГ у розвиток ефекту. Смертельні ефекти (на рівні НСL50) для 71,4 % матеріалів при 400 оC i для 77,3 % матеріалів при 750 оC були досягнуті при концентрації СО (ІІ) в камері на рівні 3320,0 -7654,0 мг/м3 і значно нижчих рівнях вмісту COHb, чим це необхідно з позицій СL50 для СО (ІІ). При експозиції 30 хв. цей показник дорівнює 7900,0±364,0 мг/м3 , а концентрація СОHb складає 62,4±2,6 %. Таким чином, не більше як 30,0 % смертельних отруєнь токсичними продуктами горіння можна віднести тільки за рахунок отруєння оксидом вуглецю (ІІ).

Вивчення біохімічних та фізіологічних показників у білих щурів при отруєнні продуктами горіння полімерних матеріалів, корекція метаболічних зрушень. В даному розділі подано результати дослідження залежності час-доза-ефект при дії ТПГ в гострому, підгострому та субхронічному експериментах з метою вивчення розвитку основних механізмів токсичної дії продуктів горіння представників різних класів ПМ. Дослідження показали, що у тварин, які вижили після гострого отруєння ТПГ ПМ, сумарна частка дериватів гемоглобіну (СOHb, MtHb, SHb) склала 42,8-55,1 %, після підгострого отруєння - 21,5-29,5 %, а в субхронічному експерименті - 5,1-10,4 % від загального гемоглобіну. Поява і кількісні параметри динаміки дериватів гемоглобіну при горінні полімерних матеріалів суттєво змінювалися в залежності від класу (хімічного складу) матеріалу. В гострому експерименті внесок MtHb у блокування Hb для ППУ майже у 3 рази перевищував такий у ПВХ, а у зразків каучуку величина утворення SHb була в 2 рази вища за ППУ.

Дослідження біохімічних зрушень, які виникають в організмі експериментальних тварин під впливом ТПГ, виявило, що гостре отруєння викликає посилення ПОЛ в тканинах тварин на протязі 2 годин після закінчення експозиції і супроводжується порушенням у роботі ферментів глутатіон-антиоксидантної системи (ГАОС). На прикладі ТПГ склопластику показано зростання МДА майже у 1,25-2,0 рази, зниження активності ГР на 26,5 %, та пов'язаної з ним активності Г-6-ФДГ - на 31,2 %, що призводить до розвитку оксидативного стресу (ОС).

Підгостра експозиція експериментальних тварин ТПГ супроводжувалася поступовим накопиченням в тканинах як ДК, так і МДА. Співвідношення між величинами ДК і МДА було максимальним у тканинах печінки, де воно перевищувало вихідні значення майже у 2,5 рази. Активність ферментів ГАОС знаходилась на рівні, вищі за контрольні показники на 49,2-86,4 %. В цілому, для підгострого отруєння ТПГ характерною була ініціальна фаза оксидативного стресу при відносно високому збереженні потенціалу ГАОС. Щодо залежності змін показників ПОЛ у тварин від експозиції ТПГ різними видами спаленого пластику, то матеріали розташувалися у наступній послідовності: каучук > Спл > ПВХ > ППУ.

Інтенсивність ПОЛ в тканинах на протязі субхронічного експерименту достовірно змінювалась під дією ТПГ усіх досліджених матеріалів, але ступінь вираженості та час прояву ефектів був різним. Найбільш ранні зміни в накопиченні МДА виявлені в тканинах печінки та нирок при дії ТПГ ПВХ - зростання на 20,4-25,8 %, а на подальших термінах експерименту - в нирках (зростання більш ніж у 1,5 рази). Дослідження ключових ферментів АОС показало симфазне підвищення на початкових термінах дослідження активності ГП та СОД на 10,2-33,4 %, найбільш виражене в печінці. Активація ГР на 20,6-45,9 % спостерігалась на третьому тижні і співпадала із підвищенням активності Г-6-ФДГ. Відновлювальний період характеризувався збереженням інтенсивності ПОЛ на тлі низької активності ГП в нирках та серці, ГР - в головному мозку, та СОД в нирках та головному мозку - зниження активності ферментів на 9,2-18,6 %, що є показником виснаження системи антиоксидантного захисту при довгостроковій дії ТПГ.

Активність ферментів ЦТК і дихального ланцюга мітохондрій при вивченні дозо-часових ефектів ТПГ змінювалася у широкому діапазоні значень, і також залежала від типу спаленого пластику. Гостре отруєння продуктами горіння ППУ, до складу яких входять HCN та ізоціанати, характеризувалося більш значною здатністю до активації ЛДГ та більш значним пригніченням ЦХО - на 22,1 % і 15,4 % відповідно, по відношенню до дії ТПГ ПВХ, у складі яких присутній HCl. Стабілізації даних показників не відбувалося на протязі 24 годин, а їх значення відрізнялися від контрольних на 22,4-44,0 % та 5,4-17,8 % відповідно.

Підгостре отруєння викликало генералізовану реакцію змін як у аеробному, так і анаеробному обміні. Це проявлялося в активації на початкових термінах експерименту таких маркерів суто аеробного обміну, як СДГ та ЦХО. Перший - більш ніж у 80,0 % визначень перевищував вихідні данні на 5,4-36,8 %. Вже після другого затруєння активність СДГ в тканинах мозку була у 1,2 рази вищою ніж у печінці, а в подальшому розвиток інтоксикації призводив до повільного зниження її активності. Що стосується ЦХО, то найбільш суттєве зниження її активності (на 9,4-14,8 % по відношенню до контролю) відбулося в головному мозку після третьої доби.

При співставленні роботи ферментних систем тканин печінки і головного мозку, що характеризуються різними потребами в постачанні кисню і відповідно, різним співвідношенням аеробних та анаеробних процесів, найбільша активація процесів гліколізу внаслідок підгострої дії ТПГ виявлена в тканинах печінки, де відмічалося поступове, в залежності від кратності дії, підвищення активності ЛДГ в 1,28, 1,35 та 1,56 рази. В головному мозку динаміка наростання активності даного ферменту в 1,18-1,32 рази відмічалась тільки після двох перших експозицій. Важливим показником виявлених зрушень є спостереження їх стійкості у часі. Навіть через 4 доби після останньої експозиції (на сьомий день експерименту) активність ЛДГ в тканинах досліджуваних органів залишалася підвищеною на 10,1-45,3 %.

Дослідження інтермедиаторного обміну в динаміці субхронічного отруєння тварин виявило різну чутливість НАД-залежних ферментних систем до дії ТПГ: підвищення активності ПВДГ на початкових строках експозиції (1 тижд.) було найбільш вираженим в тканинах головного мозку - майже на 21,0 % вище. Симфазно із ПВДГ - комплексом в головному мозку активувалися інші НАД-залежні дегідрогенази ЦТК (-КДГ та ІЦДГ). Подальші строки дослідження виявили поступове зниження активності ПВДГ на 9,0-14,0 %. В тканинах нирок на 2-й та 3-й тижд. поступово підвищувалась активність ІЦДГ - на 31,0 % і 68,0 %, а на 4-тий тижд. знижувалась активність ПВДГ - на 14,0 %.

Зміни енергетичного обміну та активація процесів пероксидації вплинули на стан цитоплазматичних та лізосомальних мембран. В печінці на другому тижні експозиції спостерігалось підвищення ЛФ на 11,6-17,5 %, в нирках - до 20,9 %, менш значущі зміни були виявлені в серці та головному мозку. Надалі в печінці проявилась тенденція до стабілізації даного показника, а в нирках - зростання в окремих групах до 25,5 % із збереженням такої ж тенденції і у відновлювальний період. Найбільш виражені зміни КФ на протязі усього експерименту просліджувалися в нирках при дії ТПГ ПВХ - підвищення активності до 41,8 %.

Проведені дослідження показали, що в механізмах розвитку патогенетичних станів при отруєнні ТПГ ПМ тканинній гіпоксії та оксидативному стресу належить провідна роль. Це положення і визначило шляхи пошуку засобів профілактики та корекції функціональних зрушень в організмі експериментальних тварин із застосуванням препаратів бурштинової, глютамінової кислот та ряду вітамінів і мікроелементів. Довгострокова дія ТПГ ППУ викликає також розбалансування у роботі ЦХО - зниження майже на 15,0 %. Профілактичний ефект екзогенного введення бурштинової (Бк) або глютамінової (Гк) кислот починає виявлятися після двох тижнів експозиції. На кінцевих термінах експерименту (4 тиждень), активність ЦХО в групі, що піддавалась отруєнню ТПГ та отримувала Бк або Гк, була на 26,1-31,2 % вища, ніж в групі, що піддавалась тільки отруєнню ТПГ ППУ.

Подальші терміни експозиції характеризувалися статистично значущими (р<0,05) відмінностями в активності ЦХО при введені різних комбінацій досліджених препаратів. На третьому тиждні активність ЦХО в групі Бк+Гк+ВМК+гор. була вища на 10,0-19,0 % по відношенню до усіх дослідних груп. На четвертому (останньому) тиждні показники в цій групі були вищі на 39,2 % у порівнянні з групою, що піддавалася тільки отруєнню ТПГ, і до 13,4 % вищі за такі, що були в групах, яким вводили дикарбонові кислоти без включення вітамінів та мікроелементів. Таким чином, сумісне введення зазначених препаратів було більш ефективним у порівнянні із ізольованим. Аналогічні ефекти спостерігалися і при дослідженнях по відношенню до показників оксидативного стресу.

Аналіз та узагальнення результатів дослідження. В даному розділі наведено результати аналізу матеріалів досліджень щодо ранжування з токсиколого-гігієнічних позицій полімерних матеріалів за основними небезпечними для людини факторами пожежі, які є основою гігієнічної регламентації матеріалів та виробів і використовується державною санепідслужбою, органами протипожежного нагляду для вирішення питання щодо можливості їх застосування на об'єктах різного призначення.

Ранжування - це інтегральна гігієнічна оцінка токсичності продуктів горіння полімерів, що проведена на основі фізико-хімічних властивостей самого полімеру та розвитку провідних патогенетичних механізмів дії ТПГ на організм - гіпоксії та оксидативного стресу.

До класу високонебезпечних (Т3) увійшли матеріали, що належать до поліуретанів. Цей клас характеризується низьким значенням HCL50 (в межах 16,0-37,0 г/м3), високою кількістю утворення СО (ІІ) - 180,0-269,0 в розрахунку мг/г зразку, рівнем COHb та інших його дериватів в межах 50,4-56,0 % та 1,3-2,7 % відповідно.

До класу помірнонебезпечних (Т2) належать представники різних класів досліджених полімерних матеріалів - поліолефіни, полівінілхлориди, полістирол, поліефіри, полікарбонати, гуми та каучуки. Він характеризується великим розмахом показника HCL50, що об'єднує принципово різні за токсичністю полімерні композиції. Тому даний клас, на основі проведених експериментальних досліджень і відповідного обґрунтування, за показником HCL50 був поділений на два підкласи - Т2/А (40,0-80,0 г/м3) та Т2/Б (81,0-120,0 г/ м3).

Це співпадає з основними положеннями нормативних документів, які діють в інших країнах, зокрема нового Федерального закону «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», що прийнятий з 1 травня 2009 року в Росії. Виділення СО (ІІ) із матеріалів класу небезпечності Т2 знаходилось в межах 101,0-147,3 мг/г і 60,6-72,8 мг/г для підкласів А та Б, відповідно. Летальна концентрація CОHb в крові експериментальних тварин визначалась в діапазоні значень 55,0-62,4 %, а рівень інших дериватів гемоглобіну, в цілому у підкласі Б, перевищував такі ж показники у порівнянні із підкласом А в 1,3 рази.

До класу малонебезпечних (Т1) увійшли кремнійорганічні матеріали, які характеризуються високим показником HCL50 - 121,2 і вище, низьким рівнем виділення СО (ІІ) (30,0-36,0 мг/г), високим рівнем у крові піддослідних тварин COHb (>62%), а також низьким сумарним вмістом інших дериватів гемоглобіну у порівнянні із класом помірно небезпечних полімерів.

Таким чином, належність полімерних матеріалів до відповідних класів небезпеки згідно до ГОСТ 12.1.044-89 обумовлюють не тільки показники НСL50 та кількість виділення СО (ІІ), а й вклад оксиду вуглецю та мінорних компонентів у токсичність газоподібних сумішей. Це підтверджується, як вмістом COHb, MtHb і SHb, так і показником FED, який характеризує вклад компонентів ТПГ у розвиток летального ефекту.

Урахування таких факторів пожежі, як дим та зниження вмісту кисню у повітрі камери, внесок різних видів гіпоксичних станів, що також залежать від фізико-хімічних властивостей полімерів і сценарію моделі пожежі, дозволяє суттєво розвинути класифікацію полімерів і оцінити з гігієнічних позицій вплив практично всіх основних небезпечних факторів пожежі.

За результатами власних досліджень встановлено, що матеріалам, які відносяться до класу поліуретанів, полівінілхлоридів, полістиролів, гум та каучуків притаманна здатність високого димоутворення, горючості, і як наслідок цього, значної втрати маси при горінні. За даними показниками вище означені полімери виходять на перші місця за можливістю негативного вкладу у розвиток патологічних станів екзогенної гіпоксії. Зниження тиску кисню в зоні пожежі досягає найбільш вагомих значень для поліуретанів, поліолефінів, гум та каучуків - що виводить їх на перші місця за ризиком розвитку гіпоксичної гіпоксії. Це кореспондується також з даними вітчизняних авторів [Денисюк О. Б. та співавт., 2001; Волощенко О. І. та співавт, 2001; Жартовський В. М. та співавт, 2006] і спеціалістів ФДУ ВНДІП ПО МНС Росії [Меркулов А. А. с соавт., 2006; Веревкин В. П. с соавт., 2008].

Викладені дані показують, що для полімерів всіх класів небезпеки за показником токсичності згідно до ГОСТ 12.1.044-89 та результатами ранжування, оксиду вуглецю належить провідна роль, однак значний вклад в реалізацію токсичного ефекту для класу високонебезпечних матеріалів вносить водень ціаністий та дим, для класу помірно небезпечних - органічні і неорганічні сполуки, зниження вмісту кисню і дим, а для класу мало небезпечних - в основному СО (ІІ). Таким чином, ТПГ ПМ являються провідними, але не єдиними причинами виникнення патологічних станів, а їх сполучена дія з іншими чинниками пожежі може призводити до потенціювання ефектів.

Виявлені механізми не можна звести до викликаної СО (ІІ) гемічної гіпоксії, хоча приблизно в 30,0 % випадків вона відіграє вирішальну роль в патогенезі отруєнь. Необхідно враховувати відсутність чіткої кореляції між вмістом COHb та важкістю картини інтоксикації, що підтверджується, як нашими особистими дослідженнями, так і даними інших авторів [Тиунов Л. А. и соавт., 1980; Omaey S. T., 2002; Hasofer A. M. et al., 2006]. В основі такої розбіжності лежить низка біохімічних зрушень, що викликає різні за механізмом дії поліорганні функціонально-метаболічні зрушення.

Підтвердженням цих положень можуть бути отримані нами експериментальні данні щодо змін, які відбуваються в серцево-судинній системи при дії ТПГ різних полімерних матеріалів. Вони характеризуються порушенням автоматизму (зниження або підвищення ЧСС на 15,0-20,0 %), зміною показників збудження (коливання в межах 18,0-23,0 % відносно вихідних даних, що отримані до початку експозиції) та провідності (подовження часу проходження імпульсів більш ніж на 25,0 %). Результати наших досліджень співпадають з літературними даними щодо прояву кардіотоксичних ефектів у постраждалих після отруєння монооксидом вуглецю, в тому числі і внаслідок пожеж, а також з даними щодо високої захворюваності пожежних-рятувальників на серцево-судинні хвороби [Матюшин А. В., 2005; Нехорошкова Ю. В., 2006].

Необхідно також враховувати фактор часу і дію ефективних доз ТПГ, що просліджується в різниці і характері основних біохімічних зрушень в гострому, підгострому та субхронічному експериментах.

Гостре отруєння ТПГ на рівні смертельних доз ініціює термінову активацію процесу гліколізу в тканинах, підгостре - викликає активацію як анаеробної, так і аеробної складової основного метаболізму. При субхронічному отруєнні простежується фазовий характер ефектів ТПГ, який характеризується розбалансуванням в системі інтермедиаторного обміну. Відмічається також поступова активація амінотрансферазних реакцій, пов'язаних з функціонуванням циклу Кребса - зростання активності АЛТ та АСТ у 1,2-1,6 рази в тканинах тварин на третьому тижні експерименту. Особливе значення даний процес відіграє в головному мозку, де він крім підсилення роботи ЦТК, відіграє й детоксикаційну роль, впливаючи на зниження кількості аміаку, що утворюється при гіпоксичних станах різного ґенезу.

Оксидативний стрес, який розвивається при дії ТПГ, в залежності від дози та довгостроковості впливу, має різний механізм розвитку. Це проявляється як в активації ПОЛ і пригніченні ферментів ГАОС (в умовах гострого отруєння), так і в дисбалансі їхньої роботи за рахунок виснаження пулу антиоксидантів і, як наслідок, активації ПОЛ (при довгостроковій дії). Посилення процесів ПОЛ та порушення в системі енергоутворення лежать в основі дезорганізації цитоплазматичних мембран, розбалансування ферментних систем [Владимиров Ю. А., 2000;. Губський Ю. І., 2000].

Таким чином, ґрунтуючись на даних літератури та результатах проведених досліджень, можна стверджувати, що гіпоксія і оксидативний стрес є ведучими інтегральними патогенетичними механізмами при отруєнні ТПГ. Вони визначають важкість функціональних порушень в організмі і залежать від дози токсиканту та тривалості його дії. Отримані експериментальні дані були використані для цілей гігієнічної регламентації нових полімерних матеріалів і цілеспрямованого пошуку ефективних засобів профілактики отруєнь, серед яких патогенетично зумовленим стало використання препаратів бурштинової і глютамінової кислот у комплексі з вітамінами та мікроелементами.

Висновки

токсичність полімерний дикарбоновий

У дисертаційній роботі проведено комплексне токсиколого-гігієнічне дослідження та теоретичне узагальнення результатів щодо розв'язання актуальної проблеми гігієни і токсикології - вивчення питання оцінки токсичності продуктів горіння полімерних матеріалів і обґрунтування на цій основі рекомендацій щодо гігієнічного регламентування полімерів та засобів профілактики отруєнь при пожежах.

1. Проведено гігієнічне дослідження та одержано наукове рішення проблеми профілактики отруєнь токсичними продуктами горіння полімерних матеріалів, стан якої на теперішній час є вирішеним недостатньо. Результатом роботи стало визначення основних біомаркерів ураження, розкриття патогенетичної ролі гіпоксії та оксидативного стресу у реалізації токсичної дії, а також експериментальне обґрунтування ефективності застосування комплексу фармакологічних препаратів та біологічно активних добавок для профілактики і біокорекції інтоксикацій.

2. Комплексними токсиколого-гігієнічними дослідженнями 378 представників основних класів полімерних матеріалів показано, що токсичність продуктів горіння та інтегральний показник (HCL50) залежить від складу і фізико-хімічних властивостей композицій. Визначено, що СО (ІІ) і СО2 утворюються при горінні всіх матеріалів, а вклад СО (ІІ) у розвиток ефекту для матеріалів із поліуретанів і поліефірів складає 0,65-0,78, для інших - 0,80-1,00. Водень ціаністий, аміак та оксиди азоту утворюються переважно при згорянні поліуретанів, поліефірів, полікарбонатів, гум та каучуків, а найбільший вклад у інтегральний показник для ціаністого водню на рівні 0,10-0,34 виявлено для поліуретанів та поліефірів. Водень хлористий виділяється з полівінілхлоридів, поліефірів, полікарбонатів, гум та каучуків, і його вклад сягає рівню 0,10-0,45. Ароматичні вуглеводні утворюються при згорянні поліолефінів (вклад до 0,12), полівінілхлориду (вклад до 0,10), поліефірів (вклад до 0,09), полістиролу, полікарбонатів; фенол - полікарбонатів (вклад до 0,36), а формальдегід - поліуретанів, поліолефінів, полістиролу, гум і каучуків. Склад продуктів горіння суттєво залежить від умов протікання пожежі - температури горіння та вмісту О2 у повітрі - що має суттєве гігієнічне значення.

3. За результатами випробувань широкого кола полімерів різних класів згідно з ГОСТ 12.1.044-89 проведено їх ранжування за показником токсичності продуктів горіння (HCL50) для гігієнічної оцінки матеріалів та прогнозування можливого рівню токсичного ефекту. Встановлено, що поліуретани відноситься до класу високонебезпечних; поліолефіни, полівінілхлориди, полістироли, поліефіри, полікарбонати, гуми та каучуки - до класу помірнонебезпечних; кремнійорганічні матеріали - до малонебезпечних. Це суттєво скорочує час на проведення сертифікаційних токсиколого-гігієнічних досліджень в ході їх гігієнічного регламентування.

4. Доведено, що у розвитку отруєнь серед основних факторів пожежі (токсичні продукти, дим, висока температура, дефіцит кисню в повітрі) домінуюча роль належить токсичним продуктам горіння, а провідним видом біологічної дії є різні форми гіпоксії і оксидативний стрес, які проявляються у типових біохімічних зрушеннях (показники енергетичного обміну) та фізіологічних (показники серцево-судинної системи) зрушеннях в організмі піддослідних тварин.

5. Визначено, що гостре смертельне отруєння експериментальних тварин токсичними продуктами горіння у 30,0 % випадків обумовлене утворенням COHb і розвитком гемічної гіпоксії. В 70,0 % інших випадків смертельні отруєння зумовлені розвитком гемічної, тканинної та гіпоксичної гіпоксії внаслідок комбінованої дії компонентів продуктів горіння. Доведено, що тканинна гіпоксія є домінуючим патогенетичним механізмом підгострих та субхронічних отруєнь, яка проявляється пригніченням аеробного, та активацією анаеробного гліколізу з підвищенням активності маркерних ферментів (ГК - до 48,0 %, ЛДГ - до 69,7 %), а також зниженням активності дегідрогеназ ЦТК та ЦХО - до 30,0%. Встановлено, що у експериментальних тварин розвивається також оксидативний стрес, патогенетичними ознаками якого є дозозалежна активація процесів перекисного окислення ліпідів (за показниками ДК і МДА) від 50,0 до 250,0 %, та відмічається інгибування активності ферментів антиоксидантного захисту (СОД, ГП, ГР, Г-6-ФДГ) - до 60,0 %.

6. На основі виконаних експериментальних досліджень показана ефективність комплексного застосування ряду фармакологічних препаратів та біологічно активних добавок, що містять у своєму складі бурштинову та глютамінову кислоти, вітаміни та мікроелементи у якості антигіпоксантів, антиоксидантів та адаптогенів для профілактики функціональних зрушень, викликаних токсичними продуктами горіння полімерних матеріалів.

Література

1. Третьякова Е.В. Токсиколого - гигиеническая оценка винилискож транспортного назначения / Е.В. Третьякова // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2006. - № 1. - С. 137-141.

2. Третьякова Е.В. Проблема гипоксии в токсикологии горения / Е.В. Третьякова // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2006. - № 4. - С. 78-85.

3. Третьякова О.В. Токсиколого-гігієнічна оцінка продуктів горіння полімерних матеріалів транспортного призначення / О.В. Третьякова // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2009. - № 4. - С. 110-123.

4. Третьякова Е.В. Токсикокинетика окиси углерода в продуктах горения полимеров / Е.В. Третьякова, Н.Г. Селиваненко, Л.М. Шафран // Гігієна населених місць. - 2004. - Вип. 44. - С. 193-199.

5. Шафран Л.М. Влияние токсичных продуктов горения пенополиуретана на некоторые биохимические показатели у лабораторных животных // Л.М. Шафран, Е.В. Третьякова // Гігієна населених міст. - 2006. - Вип. 48. - С. 192-197.

6. Шафран Л.М. Влияние хронического воздействия токсичных продуктов горения полимеров на биоэнергетику клеток / Л.М. Шафран, Е.В. Третьякова // Гігієна населених міст. - 2008. - Вип. 51. - С. 185-190.

7. Цианиды в составе продуктов горения: источники, токсичность, лечение и профилактика (обзор) / Е.В. Третьякова, А.В. Манюта, Д.И. Леонова, Л.М. Шафран // Вісник гігієни та епідеміології. - 2008. - Т. 12, № 2. - С. 185-190.

Размещено на Allbest.ru