25 декабря 2015г.
Профилактика и диагностика производственно обусловленных заболеваний работников предприятия по нефтепереработке зависит не только от ее технологии, но и от природы перерабатываемого сырья. Высокое содержание серы, азота и металлоорганических соединений с учетом гигиенических требований к безопасности и безвредности в техническом регламенте на нефтепродукты обуславливает малотоннажную технологию переработки нефти, при которой после ее разделения на фракции не предусматриваются процессы каталитического риформинга с образованием ароматических углеводородов, вызывающих заболевания верхних дыхательных путей и легких. В тоже время при реконструкции нефтеперерабатывающего комбината в г. Туапсе не предусмотрена инновационная технология профилактики производственно обусловленных заболеваний, связанных с переработкой парафинистой грозненской нефти. Программа санитарно-гигиенических исследований предусматривает гигиеническую оценку взаимодействия токсиканта с биосистемами организма человека, основанную на качественной и количественной оценке физико-химических факторов среды обитания. В отличии от отечественного подхода к характеристике вредных веществ [1] в современной зарубежной литературе отсутствует характеристика реакционной способности, в частности, стабильности вещественной формы токсиканта, его кислотно-основных (по величине водородного показателя), окислительно-восстановительных (по значению стандартного потенциала), поверхностно-активных (по показателю гидрофильно-липофильного баланса) свойств, включая металл-лигандный гомеостаз, токсикологические параметры для различных путей поступления в организм, химической и/или биологической трансформации, способности к биокумуляции [6]. В качестве физико-химических свойств были использованы молярная масса, плотность, парахор, молекулярная рефракция, растворимость в воде, коэффициент поверхностной активности, удельная адсорбция активным углем из водных растворов, давление насыщенных паров, коэффиценты Овертона-Мейера и Ганча, характеризующие распределение неэлектролитов в системе липофильный-гидрофильный растворитель (для системы октанол-вода обозначаются символом Р). Впервые для оценки параметров токсичности органических веществ [2,3] была предложена хроматографическая модель, поскольку процессы поступления, распределения и выделения ксенобиотиков в организме по механизму перехода через границы раздела фаз близки к хроматографическим. В качестве хроматографических характеристик была предложена величина отношения индексов удерживания вредного вещества на полярной и неполярной фазах, которую использовали для прогноза параметров токсичности гомологов и аналогов. В настоящее время индексы удерживания Ковача с точки зрения теории межмолекулярных взаимодействий не могут быть использованы для оценки взаимодействия частиц токсикантов с макромолекулами биосистем из-за различия энергий образования полостей в полярном и неполярном сорбентах.
Целью исследования являлась разработка инновационной технологии профилактики и диагностики профессионально обусловленной заболеваемости, основанной на определении токсичности органических соединений вследствие комплексообразования между вредным веществом и фрагментом макромолекул биосистем организма работающих.
Материал и методы исследования состояли из индивидуальных органических веществ различных классов, чистота которых контролировалась методами газовой хроматографии, электронной молекулярной спектроскопии и протонного парамагнитного резонанса. Метод обращенной хроматографии (ОГХ), используемый для прогнозирования комплексообразующей способности токсикантов, разработан и апробирован нами [4,5]. Для проведения процесса ОГХ может быть использован любой газовый хроматограф для определения физико- химических характеристик вещества, имеющий систему термостатирования, например, хроматографы «Цвет- 200», «ХЛМ–8МД, а также приборы зарубежных фирм. В схему газового хроматографа входят блок подготовки газов, дозатор компонентов тест–системы, хроматографическая колонка, детектор и регистратор. Хроматографические колонки различной модификации предназначены для размещения большого объема исследуемых проб и разделения компонентов тест–системы. Твердым носителем в ОГХ обычно служит практически инертный модифицированный адсорбент. Детекторы предназначены для получения выходной кривой, фиксирующей изменения состава выходящего из колонки элюента. В ОГХ используются дифференциальные детекторы, аналитический сигнал которых зависит от концентрации компонентов, в частности, пламенно-ионизационный.
Результаты исследования и их обсуждение: Удельный объем удерживания является кинетической характеристикой равновесия пар-жидкость, а термодинамическая характеристика (коэффициент активности) компонентов ТС при бесконечном разбавлении в сорбенте определяется точнее, чем при статических измерениях параметров равновесия жидкость – газ. Донорно-акцепторные межчастичные связи лежат в основе металл- лигандного гомеостаза организма, естественно, что они влияют на хроматографические параметры удерживания, а неидеальность поведения веществ в организме методом ОГХ может быть выявлена точнее, поскольку в колонке реализуются разбавленные растворы. Математическое описание понятия ингаляционной токсичности более сложное, так как оно может быть определено однозначно только тогда, когда для него предложена модель, учитывающая кинетические и термодинамические характеристики межчастичного взаимодействия. Токсичность можно определить межмолекулярным взаимодействием двух частиц: изучаемого ряда Аn с частицами окружения В. Нами методом ОГХ определены удельные объемы удерживания компонентов тест-систем в 10 алканах С5-С24, загрязняющих воздушную среду при перегонке грозненской нефти, рассчитаны кинетический параметр (Vb), хроматографические параметры токсичности (lg Vb/V6 ).
Метаболизм жидких алканов С5-С16 наиболее изучен для гексана и гептана, которые на первой стадии окисляются при участии цитохромов Р-450, В5 и NADF.H–зависимой редуктазы до моногидроксипроизводных по всем атомам углерода с преобладанием 2-замещенных продуктов. Наиболее токсичны по степени нейротоксичного действия следующие метаболиты гексана: 2,5 –гександиол; 2-гексанон 2,5-гександион; Для гептана идентифицированы 2- и 3- гептаноны, 2,5- и 2,6- гептандиолы, 5- и 6- гидрокси-2-гептаноны, 6-гидрокси- 3-гептанон, 2,5- и 2,6-гептандионы иγ -валеролактон. Несмотря на химическую инертность алканов, они обладают сильным наркозным действием в воздушной среде, которое линейно увеличивается в гомологическом ряду и превосходно описывается уравнением lgP = 0.266n + 0.220, n- число СН-связей в молекуле. В связи с незначительной растворимостью алканов в воде (lgа = -10,97n - 3.14; а- растворимость в мол/дм3), водных растворах и крови необходимы высокие концентрации в воздухе при ингаляции для получения токсичных содержаний алканов в биосредах. Зависимость острой ингаляционной токсичности (LC50) алканов от числа СН – связей (n) превосходно отражается линейным уравнением lg LC50 = -0,169n + 7,563, а от молярной растворимости в воде lg LC50 = -0,599lg + 6,887; Увеличение токсичности алканов в гомологическом ряду связано с увеличением скорости биотрансформации в гомологическом ряду до дикетонов и других более токсичных кислородсодержащих органических соединений. Поэтому газообразные алканы физиологически малоактивны, жидкие (С5 –С16) оказывают умеренно раздражающее воздействие на органы дыхания, а при пероральном поступлении их токсичность также превосходно описывается соотношением lg LD50 = -0,674 lg a + 6,150. Высшие члены гомологического ряда алканов более опасны при перкутанном поступлении в организм. Для установления корреляционной зависимости показателей ингаляционной токсичности алканов от хроматографических параметров токсичности (ХПТ), полученных методом ОГХ, необходимо было установить влияние изменения величины дисперсионных взаимодействий в гомологических рядах алканов, использованных в качестве сорбатов и сорбента. Действительно, ХПТ для гомологического ряда алканов зависит от числа СН - связей по параболическому уравнению: ХПТ = -0,0007 n2 + 0,0394 n – 0,4438 с коэффициентом корреляции r =0,98; При комбинированном действии алканов и продуктов его окисления в организме необходимо установить применимость метода ОГХ для оценки параметров токсикометрии органических соединений с общей формулой Rm X, где m - номер члена гомологического ряда монофункциональных соединений. Специфическая токсичность является сложным свойством, которое определяется не только элементным составом вещества, но и суммой межмолекулярных и (или) межчастичных взаимодействий вещества с гидрофобной и гидрофильной средой, энергия которой вряд ли может быть описана оператором физико- химических свойств. Кроме парафинов, грозненская нефть содержит значительное количество нафтенов, которые в процессе дыхания метаболируют до алкил производных циклогексанола, циклогексанона и, в конечном итоге, 1,3-дикарбонильных соединений. Поскольку в структуре заболеваемости работников предприятий по переработки Северо -кавказской нефти основное место занимают болезни органов дыхания при воздействие нафтенов, которые изменяют гидрофильно - липофильный баланс кровеносной системы, что приводит к накоплению возбудителей острых респираторных заболеваний. Зависимость заболеваний органов дыхания от максимальной концентрации нафтенов в воздухе рабочей зоны описывается полиномом y = 4E-07x3 - 0,0007x2 + 0,2899x + 3,9231; R = 0,85. в то же время заболеваемость органов дыхания от средней концентрации нафтенов имеет максимум при значении 20 ±5 мг/м3. Циклический характер зависимости заболеваемости органов дыхания от максимальной концентрации обусловлен их трансформацией в организме работников до карбонильных и дикарбонильных соединений. В тоже время переработка нефти Волжского региона приводит к загрязнению воздушной среды ароматическими углеводородами, что приводит к заболеваемости органов дыхания вследствие нарушений убихинонового цикла. В отличии от профилактических мероприятий по устранению загрязнения воздушной среды процессами физической адсорбции поглощение аренов требует применения процессов хемосорбции.
Заключение
В результате проведенного исследования предложена новая технология профилактики и диагностики профессионально обусловленной заболеваемости, основанная на определении комплексообразующей способности многокомпонентной смеси методом обращенной газовой хроматографии. Установлены корреляционные зависимости хроматографического параметра токсичности и параметров токсикометрии при однократном ингаляционном воздействии, а также их взаимосвязь с химическим строением. Технология апробирована для определения токсичности многокомпонентных смесей, загрязняющих воздушную среду при переработке нефти различных регионов.
Список литературы
1. ГОСТ Р 12.1.052-97. Система стандартов безопасности труда. Паспорт безопасности вещества (материала). Основные положения .-М.: Из-во стандартов,2012.-12с.
2. Есин М.С., Айзенштадт В.С. // Патологическая физиология.-1984.-№5.-С.84-86
3. Есин М.С., Эскин А.М., Вигдергауз М.С. // Гигиена труда и профессиональные заболевания.-1988.-№10.- С.25-27
4. Захаров А.П. Теоретические основы применения обращенной газовой хроматографии в санитарно- гигиенических исследованиях //Фундаментальные исследования в технических университетах: материалы III Всеросс. научно-технической конф. – СПб, 1999. – С. 158-159.
5. Методические основы применения обращенной газовой хроматографии в эколого-гигиеническом мониторинге /Захаров А.П. [и др.] // Экоаналитика 2000: мат. IV Всеросс. Конф. по анализу объектов окружающей среды с междунар. участием. – Краснодар, 2000. – С. 198-199.
6. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда: В 4т.: т.4:Справочники/ Пер. с англ.-/Под. Ред. А.П. Починок.-М.: Мин. Труда и соц. Развития РФ,2001.- 712 с.
