Научное обоснование гигиенического норматива тфг в воздухе рабочей зоны с оценкой риска здоровью при промышленном производстве

На правах рукописи

АСАДУЛЛИНА

Анжела Рашитовна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМАТИВА ТФГ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ С ОЦЕНКОЙ РИСКА ЗДОРОВЬЮ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Иркутск – 2009

Работа выполнена в НИИ Биофизики Ангарской государственной технической академии Федерального агентства по образованию РФ.

Научный руководитель:

кандидат медицинских наук,

профессор Юшков Геннадий Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор Дорогова Варвара Борисовна

кандидат медицинских наук,

доцент Панкратов Игорь Павлович

Ведущая организация: Иркутский государственный институт усовершенствования врачей Министерства здравоохранения и социального развития РФ.

Защита диссертации состоится « » 2009г. в ___час. на заседании Диссертационного совета Д.–208.032.02. Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Иркутского государственного медицинского университета» по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО ИГМУ Минздрава России.

Отзыв на автореферат высылать по адресу:

664003, г. Иркутск ул. Красного Восстания, 1, ИГМУ

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.м.н, профессору Е.П. Лемешевской.

Автореферат разослан __________2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор медицинских наук,

профессор Е.П. Лемешевская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Высокое качество жизни и здоровья людей, как признак национальной безопасности может быть обеспечен только при условии поддержания соответствующего качества окружающей среды, что должно быть одним из приоритетных направлений деятельности государства (А.А. Каспаров, 1986; З.Л. Баскин, 2002).

Необходимо правильно определить действительный уровень загрязнения вредными веществами окружающей, в том числе производственной среды, а также установить характер и степень его влияния на здоровье человека (Женева: ВОЗ, 1981). Все это в полной мере относится и к тетрафториду германия (ТФГ), что и определяет отчетливую актуальность работы.

ТФГ является исходным продуктом в производственном цикле получения высокочистого германия. Он представляет собой газообразное вещество и по своим физико-химическим свойствам может попадать в воздух рабочей зоны, и отрицательно влиять на здоровье людей, которые непосредственно заняты в производственном процессе (А.В. Рощин, 1976).

Как показал анализ источников информации, гигиенические нормативы для тетрафторида германия в объектах окружающей среды, в частности в воздухе рабочей зоны, а также утвержденные методы определения его массовых концентраций в этих объектах до недавнего времени отсутствовали, что и позволило наметить цель и задачи данной работы.

Цель исследования – токсиколого-гигиеническое исследование тетрафторида германия с оценкой риска для здоровья работающих.

Задачи исследования:

1. Установить особенности действия ТФГ в условиях эксперимента;

2. Выделить основной действующий компонент быстрогидролизующегося соединения;

3. Обосновать применимость методов определения ТФГ в условиях производства и токсиколого-гигиенического исследования.

4. Оценить риск возможности возникновения вредных эффектов у рабочих при производстве ТФГ.

Научная новизна.

Получены токсикологические характеристики ингаляционного воздействия ТФГ с выделением основного действующего компонента быстрогидролизующегося соединения при эмпирически доказанной невозможности определения его целой молекулы;

Проведен сравнительный анализ фотометрического и ионометрического методов определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны применительно для измерения ТФГ, позволяющие определять концентрации в широком диапазоне.

Практическая значимость.

1. Результаты исследований позволили обосновать величину ПДК тетрафторида германия (по фтористому водороду) в воздухе рабочей зоны (0,5 мг/м3), утвержденную Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию МЗ РФ от 30 июля 2007г., которая вошла в дополнение №3 к ГН 2.2.5.1313-03. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.2241-07 (зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации, № 5468 от 19 мая 2003г.).

2. Результаты исследований внедрены в работу ПромСанХим лаборатории (ЛПСК, Зеленогорский ЭХК), используются в исследовательском процессе НИИ Биофизики Ангарской государственной технической академии, а также в учебном курсе АГТА по промышленной экологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Особенность токсического действия ТФГ определяется основным продуктом его гидролиза – фтористым водородом при сублиматном производстве высокочистого германия.

2. Параметры токсического действия ТФГ относят его ко 2 классу опасности с остронаправленным характером действия.

3. Гигиенический норматив тетрафторида германия в воздухе рабочей зоны научно обоснован и соответствует существующим требованиям.

4. Ионометрический метод измерения массовых концентраций фтористого водорода, апробированный для ТФГ, отвечает требованиям, предъявляемым нормативными документами к ионометрическому анализу, что делает возможным его использование в токсикологическом эксперименте и санитарно-гигиеническом контроле воздуха рабочей зоны.

5. Рассчитанная величина риска характеризует возможность возникновения вредных эффектов у рабочих при производстве ТФГ.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на:

1. Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна - 2007». Комсомольск-на-Амуре, 7-8 июня 2007г.

2. Одиннадцатой международной научной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экологии Южной Сибири и сопредельных территорий». Абакан, 2007г.

3. Втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме. Санкт-Петербург, 1-4 июля 2008г.

4. Международной научной конференции «Проблемы биоэкологии и пути их решения». Саранск, 15-18 мая 2008г.

5. Третьем съезде токсикологов, Москва 2-5 декабря 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, иллюстрирована 24 таблицами и 17 рисунками. Состоит из списка используемых сокращений, введения, главы аналитического обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Библиографический указатель включает 170 источников, из которых 148 отечественных и 22 зарубежных. Приложения содержат: 1) Методические указания по выполнению измерений массовой концентрации гидрофторида (фтористого водорода) в воздухе рабочей зоны фотометрическим и ионометрическим методом; 2) Цифровой массив данных по установлению порога раздражающего действия ТФГ и порога общетоксического действия (в сравнении с ГФС и ФВ); 3) Документы об утверждении Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию гигиенического норматива в виде ПДК GeF4 (по фтору) для воздуха рабочей зоны.

Личный вклад автора. Непосредственное участие при проведении токсикологических исследований и анализ полученных результатов; апробирована, метрологически обоснована методика измерения ФВ для определения содержания ТФГ в воздухе рабочей зоны; оценен риск для здоровья работающих на ЭХЗ г. Зеленогорска при загрязнении воздуха рабочей зоны тетрафторидом германия. Автор выражает глубокую благодарность за помощь, оказанную при проведении исследований коллективу НИИ биофизики АГТА. Выражаю особую признательность глубокоуважаемому научному руководителю к.м.н., профессору Г.Г. Юшкову за оказанное внимание, помощь, советы и замечания при подготовке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы обобщены и систематизированы данные, характеризующие физико-химические свойства наиболее известных соединений германия, применение, возможное токсическое действие, а также методы определения этих соединений в воздухе рабочей зоны. Также приведена сравнительная характеристика некоторых гомологичных фторидов.

Материалы и методы исследования

При выполнении данной работы были применены токсиколого-гигиенические, химико-аналитические и математико-статистические методы исследования.

В токсиколого-гигиенических исследованиях объектом изучения (в хроническом эксперименте) являлись белые нелинейные крысы-самцы, с исходной массой 150-160г. При этом все исследования проводились в соответствии с Методическими указаниями к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны, а также методическими указаниями к постановке исследований по изучению раздражающих свойств и обоснованию ПДК избирательно действующих раздражающих веществ в воздухе рабочей зоны. Было проведено около 500 проб воздуха ингаляционных камер, 102 пробы воздуха рабочей зоны (ОАО “Производственное объединение” “Электрохимический завод”, г. Зеленогорск Красноярского края).

Для проведения однократного эксперимента в качестве показателей общетоксического действия тетрафторида германия выбраны: общий анализ крови, спонтанная двигательная активность, норковый рефлекс, динамика массы тела, сумационно-пороговый показатель, потребление кислорода. В качестве показателей раздражающего действия: частота дыхания, витальная окраска легких.

Для сравнения параллельно проводились исследования действия фтористого водорода и гексафторида селена как веществ, обладающих сходными физико-химическими свойствами.

Обследование животных проводилось через 1,3,7 и 14 сутки после экспозиции. Патоморфологические исследования – на 14 сутки.

В ходе выполнения хронического опыта изучалось действие ТФГ на уровнях 0,2; 1,5 и 5,5 мг/м3 (экспозиция – 4 часа ежедневно, в течение 4 месяцев).

Состояние организма животных оценивалось по следующим показателям:

- физиологические: норковый рефлекс (НР), спонтанно-двигательная активность (СДА), суммационно-пороговый показатель (СПП), потребление кислорода;

- биохимические: активность щелочной фосфатазы, кислой фосфатазы нейтрофилов, кислой фосфатазы лимфоцитов, сукцинатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы, устойчивость липопротеидного комплекса (ЛПК), восстановленный глутатион (GSH);

- гематологические: содержание гемоглобина, количества эритроцитов, ретикулоцитов и лейкоцитов.

Обследование животных проводили до ингаляционного воздействия, через 1, 2, 3 и 4 месяца после начала воздействия и через 1 месяц после его окончания. Количество животных в каждой обследуемой группе, для каждого срока – 24.

В химико-аналитических исследованиях при сравнительном изучении применимости фотометрического и ионометрического методов определения массовой концентрации фтористого водорода для измерения тетрафторида германия в воздухе рабочей зоны были использованы химические вещества как отечественного, так и зарубежного производства, которые соответствовали маркировке ЧДА и ХЧ. Для приготовления стандартных растворов использовали ГСО водных растворов фторид-иона ГСО №6095-91.

Лабораторная мерная посуда соответствовала ГОСТам, предъявляемым к данному оборудованию при выполнении контрольно-измерительных работ.

Измерение оптической плотности анализируемых растворов осуществляли на отечественном фотоэлектроколориметре КФК-2.

Измерение потенциала анализируемых растворов осуществлялось на отечественном иономере ЭВ-74.

Математико-статистическая обработка полученных результатов измерений проводилась по общепринятым методикам [Чарыков А.К.,1984; Доерфель К., 1969; ГОСТ Р ИСО, 2002]. Статистические гипотезы проверялись при уровне значимости р 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ТФГ крайне неустойчивое соединение, которое мгновенно гидролизуется с образованием диоксида германия и фтористого водорода (ФВ), а также промежуточных продуктов: германиевых кислот, солей и др. При этом реакция гидролиза обратима.

GeF4 + 2 H2O D GeO2 + 4HF

В связи с быстрым протеканием реакции гидролиза определение самого ТФГ в воздухе рабочей зоны крайне осложнено.

Метод определения содержания вредного вещества в воздухе рабочей зоны должен соответствовать ГОСТу 12.1.016–79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентрации вредных веществ»

Для оценки соответствия этим требованиям нами были изучены все известные на сегодняшний день способы индикации соединений германия, в т.ч. весовые, объемные, фотометрические, флуорометрические, полярографические и спектральные методы определения соединений германия в объектах окружающей среды. Метода определения именно ТФГ в доступной литературе не найдено.

Наиболее специфичные методы определения соединений германия основаны на реакциях образования комплексных соединений с органическими лигандами. Это, как правило, фотометрические методы с применением ортодифенолов, гематеина, оксифлавонов, гидроксиантрахинонов и производных трополона. Но данные органические реактивы менее чувствительны по сравнению с фенилфлуороном, который является достаточно популярен и наиболее распространен при измерении массовых концентрации германия и его соединений (четырехлористого германия, диоксида и гидрида германия) в воздухе рабочей зоны, основанный на взаимодействии в солянокислой среде с образованием комплексного соединения, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Однако существующий метод позволяет определять соединения германия, а не исходное вещество – ТФГ. И в ходе применения данного фотометрического метода определения для ТФГ, выявили, что он не соответствует необходимым требованиям выполнения анализа по чувствительности и погрешности.

Для оценки влияния фтора (водный раствор) на определение содержания ТФГ была проведена серия опытов. При этом в качестве стандартного раствора германия использовали рабочий раствор с содержанием германия 10 мкг/см3, а в качестве добавки - раствор плавиковой кислоты с различным содержанием фтора.

Было установлено, что присутствие фтора оказывает значительное влияние на определение ТФГ, причем определяемая концентрация серии стандартных растворов германия с добавкой фтора, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к погрешности измерений фотометрическим методом.

Эмпирически было установлено, что в воздухе ингаляционных камер продукты гидролиза тетрафторида германия находятся в различных агрегатных состояниях – фтористый водород в виде паров, диоксид германия в виде аэрозоля дезинтеграции. Причем часть последнего остается в воздушных коммуникациях, часть оседает на дно камер, в воздухе же на бумажный фильтр отбирается количество диоксида германия, в концентрационном соотношении с фтористым водородом в 130 раз меньшее.

Динамика гидролиза ТФГ доказала образование ФВ в считанные доли секунд, что свидетельствует о его мгновенном гидролизе (рис. 1).

Рис. 1. Изменение концентрации ФВ

Таким образом, опыт разработки метода определения ТФГ оказался отрицательным, т.к. он мгновенно, с взрывом распадается на ФВ и комплекс германиевых соединений, в которых преобладает диоксид германия, что не позволяет характеризовать количество молекулярного ТФГ. Фтористые вещества вступают в реакции синтеза, из-за которых создается непостоянная смесь, где преобладающим воздействием обладает фтористый водород, как наиболее токсичный компонент исходного соединения.

При проведении токсикологических исследований необходимо было иметь высокочувствительный и селективный метод определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны. С этой целью нами было предварительно апробировано две методики определения фтористого водорода:

1.Фотометрический метод, основанный на реакции с ализаринкомплексонатом лантана – МУК 4.1.1342-03;

2. Ионометрический метод, основанный на измерении фторидного потенциала на фоне 0,1М раствора цитрата натрия с рН 5,2-5,6 – МУК №5930-91.

При сравнительном анализе этих методов измерения концентрации ФВ выявили, что при фотометрическом методе существуют некоторые неудобства, заключающиеся в долговременности и сложности приготовления точной концентрации ализаринкомплексона, а также узкому диапазону измеряемых концентраций. По сравнению с фотометрическим методом определения ФВ при измерениях ТФГ ионометрический имеет также ряд приемуществ, связанных с тем, что чувствительность определения выше 0,04 мкг/мл и предел обнаружения 0,01 мг/м3 вместо 0,05 мг/м3 по сравнению с фотометрическим.

В последние годы ионометрический метод определения фторид-иона получил распространение благодаря несомненным достоинствам фторидного электрода: стабильности показаний, простоте и надежности эксплуатации, высокой чувствительности и селективности по отношению к фтор-иону.

При проверке условий проведения методики ионометрического определения ФВ также выявили ее пригодность и соответствие по всем параметрам анализа измерения ТФГ (по фтористому водороду), что подтверждено результатами определения погрешностей, представленных в таблице 1, которые также удовлетворяют всем предъявляемым условиям.

Таблица 1

Характеристики погрешности методики определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны

Наименование определяемого компонента	Диапазон определяемых содержаний фтористого водорода, мг/м3	Наименование метрологической характеристики
		Характеристика погрешности, m, мг/м3	Характеристика случайной составляющей погрешности (о), мг/м3	Характеристика систематической составляющей погрешности, С, мг/м3
ФВ	0,1-5,0	0,14х	0,0203х	0,132х

Для данной методики нами рассчитаны метрологические характеристики метода, ранее не существовавшие. Внутренний оперативный контроль (ВОК) результатов КХА (повторяемости, прецизионности, точность) рассчитывали в соответствии с МИ 2335-2003 (табл. 2).

Таблица 2

Нормативы оперативного контроля измерения концентрации фтористого водорода в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества	Диапазон измеряемых мг/м3	Нормативы оперативного контроля, мг/м3
		Повторяемости r, мг/м3 (Р=0,95; n=2)	Прецизионности R, мг/ м3 (Р=0,95; n=10)	Точности К, мг/м3 (Р=0,90; n=10)
ФВ	0,1-5,0	0,042х	0,044х	0,39х

Метрологические характеристики (значение характеристики погрешности и ее составляющих) приведены в виде аналитической зависимости от массовой концентрации определяемого компонента (х, в мг/м3) в пробе.

Так, ВОК позволяет сделать заключение о том, что полученные показатели повторяемости, прецизионности, точности удовлетворительны и соответствуют показателям КХА, установленным для данной методики.

Производственные испытания ионометрического метода определения реальных концентраций фтористого водорода в воздухе рабочей зоны проводились в лаборатории производственно-санитарного контроля отдела охраны труда (ЛПСК), г. Зеленогорск.

Результаты проведенных производственных измерений концентрации ФВ для определения ТФГ в воздухе рабочей зоны производственных помещений приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты измерений концентрации ФВ для определения ТФГ

Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3	Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3	Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3
10.01.2008	0,31±0,02	02.04.2008	0,5±0,000Е	29.07.2008	0,51±0,002
11.01.2008	0,104±0,000Е	07.04.2008	0,104±0,0004	30.07.2008	0,3±0,000Е
21.01.2008	0,1032±0,0024	08.04.2008	0,3±0,000Е	08.08.2008	0,3±0,02

24.01.2008	0,9835±0,073	15.04.2008	0,104±0,000Е	12.08.2008	0,2915±0,007
28.01.2008	0,3±0,000Е	04.05.2008	0,1±0,000Е	22.08.2008	0,499±0,000Е
30.01.2008	0,5±0,000Е	05.05.2008	0,505±0,01	29.08.2008	0,309±0,000Е
06.02.2008	0,103±0,000Е	06.05.2008	0,294±0,000Е	01.09.2008	0,5005±0,003
18.02.2008	0,102±0,000Е	16.05.2008	0,104±0,004	05.09.2008	0,1045±0,000Е
19.02.2008	0,997±0,002	20.05.2008	0,3±0,000Е	11.09.2008	0,301±0,000Е
26.02.2008	0,3±0,000Е	29.05.2008	0,289±0,01	17.09.2008	0,301±0,000Е
29.02.2008	0,5±0,000Е	10.06.2008	0,1±0,001	24.09.2008	0,103±0,006
03.03.2008	0,3±0,000Е	20.06.2008	0,1035±0,001	01.10.2008	0,102±0,004
18.03.2008	0,1±0,000Е	24.06.2008	0,3±0,000Е	06.10.2008	0,3±0,000Е
26.03.2008	0,505±0,01	03.07.2008	0,301±0,000Е	08.10.2008	0,9855±0,023
01.04.2008	0,3±0,000Е	07.07.2008	0,485±0,01	15.10.2008	0,301±0,000Е

Анализируя полученные данные из таблицы 3, можно сделать вывод о том, что отбор проб при условиях загрязнения производственной среды позволил получить результаты измерения на требуемых уровнях, т.е. на уровне ПДК для воздуха рабочей зоны, на уровне ПДК и выше. На основании этих данных можно заключить:

а) установлена применимость ионометрического метода определения ФВ для условий определения тетрафторида германия;

б)пределы обнаружения соответствуют диапазону измеряемых концентраций фтористого водорода (0,1-5,0 мг/м3);

в) метод применим для определения концентраций, превышающих ПДК в несколько раз.

Таким образом, выявили, что существенным преимуществом использования метода определения ТФГ будет обладать ионометрический способ, т.к. является наиболее простым, удобным в применении и с меньшей погрешностью анализа.

Апробация метода в условиях производства на основе межлабораторных испытаний показала, что воспроизводимость, правильность и сходимость результатов измерений удовлетворительны. Все выполненные измерения ЛПСК (Зеленогорский ЭЗ) и лаборатории НИИ биофизики АГТА удовлетворяют условиям, предъявляемым к методикам измерения.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что концентрации ФВ в воздухе рабочей зоны производственных помещений колеблются от 0,1 до 0,997 мг/м3, то есть могут превышать предельно допустимую концентрацию ФВ при определениях ТФГ, равную 0,5 мг/м3 и тем самым оказывать вредное воздействие на здоровье рабочих, занятых в технологическом процессе получения высокочистого германия.

Материалов по характеру интоксикации тетрафторидом германия в литературе не найдено, имеется лишь предположение, что ведущим компонентом токсического действия выступает фтористый водород и даже сам фтор, образующиеся при бурном гидролизе исходного соединения. Доля диоксида германия в развитии интоксикации признается незначительной, т.к. диоксид германия является менее токсичным компонентом в сравнении с фтористым водородом.

Исходя из физико-химических свойств ТФГ и его высокой гидролизуемости в воздухе посчитали целесообразным проводить токсикологические исследования, ориентируясь на уровни фтористого водорода, который оказался наиболее токсичным продуктом гидролиза и наиболее стабильным соединением при ингаляциях тетрафторидом германия.

Данный подход к определению подобных лекгогидролизующихся вредных соединений является довольно распространенным, к примеру, для определения гексафторидов вольфрама и молибдена применен такой же способ нормирования (Н.Г. Иванов, 1973).

Определение ТФГ по фтористому водороду с выполнением необходимых условий токсикологического исследования, заставило прибегнуть именно к широкомасштабному, отличающемуся от стандартного, способу проведения эксперимента с привлечением нескольких методов.

При оценке общетоксического и раздражающего действия тетрафторида германия при однократной ингаляции было принято во внимание изменения показателей, свидетельствующих о гематотоксическом действии и об эффекте раздражения дыхательных путей и легочной ткани, свойственных проявлениям при воздействиях ФВ.

Изменение показателей состояния организма животных при однократном ингаляционном действии ТФГ приведены в таблице 4 и рисунках 2-3.

Таблица 4

Изменение показателей состояния организма животных при однократном ингаляционном воздействии ТФГ

№ п/п	Показатель	Концентрация, мг/м3
		10	20	28
1	Гемоглобин крови	—		*
2	Эритроциты	—
3	Ретикулоциты
4	Лейкоциты	*	*	*
5	Масса тела	—	—
6	Потребление кислорода	—	*	*
7	Частота дыхания	*	*	*
8	Витальная окраска легких	—	*	*
9	Спонтанная двигательная активность	—
10	Норковый рефлекс	—	—
11	Суммационно-пороговый показатель	—

Примечание:

* отличия от контроля статистически достоверны при уровне значимости р<0,05.

— - изменений не происходило

- увеличение и уменьшение значения показателей.

По основным показателям раздражающего действия были получены следующие результаты.

При концентрации 10 мг/м3 витальная окраска легких существенно не отличалась от контроля, но в промывочной жидкости возросло количество макрофагов. Большая концентрация ТФГ (по ФВ) (20 мг/м3) вызвала повышение накопления красителя и снижение скорости его выведения. При концентрации 28 мг/м3 отмечено снижение накопления красителя в легких, появление в промывочной жидкости эпителиальных клеток и лимфоцитов. Данные представлены на рис.2а.

Рис. 2а. Изменение накопления красителя легкими при воздействии ТФГ

Сходная картина наблюдалась и при использовании фтористого водорода. Это доказывает, что, именно, ФВ является ведущим компонентом воздействия ТФГ.

Что касается гексафторида селена как медленногидролизующегося соединения, то для него характерна зависимость при еще более выраженном раздражающем действии, основанном на влиянии селеновых кислот (рис.2б).

Рис. 2б. Изменение накопления красителя легкими при воздействии ГФС

Что касается частоты дыхания, то она снижалась на всех уровнях воздействия тетрафторидом германия, начиная с 5 мг/м3 (Limir) (дополнительно изучалось действие ТФГ в концентрациях 1 и 5 мг/м3) (рис. 3).

Рис. 3. Динамика частоты дыхания у животных при ингаляции ТФГ

При всех исследуемых концентрациях в периферической крови повышалось количество лейкоцитов. Одновременно при воздействии в концентрации 28 мг/м3 обратило на себя внимание статистически достоверное снижение уровня гемоглобина в крови, сочетающееся со снижением количества эритроцитов и повышением количества ретикулоцитов. Также снизилось потребление кислорода. Спонтанная двигательная активность, норковый рефлекс, сумационно-пороговый показатель оказались не информативны.

Таким образом, минимальные признаки (количественные) общетоксического действия (гемоглобин крови, эритроциты, масса тела и потребление кислорода) оставались при концентрации 10 мг\м3, которую условно можно принять за порог острого действия.

Полученные данные позволяют отнести ТФГ к веществам остронаправленного раздражающего действия с величиной показателя зоны раздражающего действия больше единицы (Zir) и равной 2. Limac = 10 мг\м3, Limir = 5 мг\м3.

Zir = = 2

Следуя требованиям нормативных документов, расчетная ПДК ТФГ в воздухе рабочей зоны может быть получена из формулы:

lg ПДКрз = 0,11 lgCL50 + 0,65lg Limirкр – 0,72 lg Zir – 0,65

откуда lg ПДКрз = 0,11 lg64,5 + 0,65 lg5 – 0,75 lg2 – 0,65 = - 0,223

ПДКрз = 0,6 мг\м3

В результате однократного исследования установлено, что порог раздражающего действия ниже общетоксического и ТФГ является веществом остронаправленного действия.

Для установления возможной связи наблюдаемых эффектов с действием ФВ, образующегося при гидролизе ТФГ, был проведен хронический эксперимент. При этом полученные данные сопоставляли с известными из литературы эффектами, наблюдаемыми при хроническом действии фтора и фтористого водорода, наиболее известными из которых являются характерные ферментные изменения (активность кислой и щелочной фосфатазы нейтрофилов), флюороз, ломкость зубов и т.д.

Изменения таких биохимических показателей, как активность кислой и щелочной фосфатазы нейтрофилов и лимфоцитов играют важную роль в кальцификации и резорбции костной ткани, дентина и эмали, что, в свою очередь, отражает воздействие ФВ. Увеличение этого показателя может свидетельствовать о нарушении обменных процессов в костях, что представлено на рис.4 и 5.

Рис. 4. Активность щелочной фосфатазы нейтрофилов животных при различных уровнях ингаляционного воздействия ТФГ

Рис. 5. Активность кислой фосфатазы нейтрофилов и лимфоцитов животных при различных уровнях ингаляционного воздействия ТФГ

Изменения такого биохимического показателя, как миелопероксидаза нейтрофилов свидетельствует об инициировании процессов пероксидации, также подтверждающих воздействие фтористого водорода (рис.6).

Рис. 6. Изменение миелопероксидазы нейтрофилов животных при различных уровнях ингаляционного воздействия ТФГ

Характерными оказались и патоморфологические изменения, свидетельствующие о развитии флюороза (ломкость зубов), а также геморрагических очагов в легких.

В конце хронического эксперимента измерялось содержание фтора в моче и исследовались бедренные кости на излом. Результаты исследования свидетельствовали о повышенной ломкости костей (рис. 7).

Рис. 7. Результаты исследования бедренных костей кроликов на поперечный излом с помощью мини-копра Шарпи после воздействия ТФГ на фоне содержания фтора в моче.

Немаловажным показателем воздействия ФВ при гидролизе ТФГ является динамика изменения картины крови и цитохимия ее форменных элементов, изменения некоторых физиологических и биохимических показателей, представленные в таблице 5.

Таблица 5

Динамика величин гематологических, физиологических и биохимических показателей состояния животных при хроническом ингаляционном воздействии ТФГ (n=6, X ± Sx, P < 0,05)

Показатель	Конц-я, мг/м3	Срок наблюдения (мес.)
		1	2	3	4	Восст.
1	2	3	4	5	6	7
Гемоглобин в крови, г/л	Контроль	16,3±0,51	14,51±0,26	17,07±0,26	14,5±0,32	15,33±0,35
	0,2	15,97±0,24	14,27±0,39	16,37±0,82	14,63±0,2	15,23±0,31
	1,5	14,97±0,24	14,77±0,18	16,57±0,48	15,03±0,38	15,73±0,61
	5,5	14,93±0,54*	14,53±0,43	15,17± 0,42*	14,03±0,61	14,8±0,36
Эритроциты периферической крови, млн/мкл	Контроль	5,67±0,18	4,9±0,08	5,82±0,28	5,07±0,2	5,9±0,13
	0,2	5,55±0,2	4,93±0,11	5,78±0,35	4,8±0,16	5,7±0,72
	1,5	5,68±0,16	5,02±0,08	5,68±0,25	5,13±0,11	5,68±0,14
	5,5	5,12±3,2*	5,05±0,06	5,08±0,24*	4,8±0,16	5,55±0,12*
Ретикулоциты периферической крови, %	Контроль	21,9±3,59	22,89±2,28	23,5±4,98	20,89±2,2	20,72±3,17
	0,2	21,94±5,04	22,5±4,54	24,61±4,87	21,33±2,86	20,22±3,68
	1,5	25,43±2,7	22,5±5,38	23,87±1,94	23,94± 6,29*	23,0±5,58
	5,5	28,6±5,93*	26,78±5,38*	26,83±4,74*	25,0±4,13*	21,1±3,61

Продолжение таблицы 5

1	2	3	4	5	6	7
Лейкоциты периферической крови, тыс/мкл	Контроль	15,33±0,54	15,08±1,49	15,6±0,71	12,97±0,67	12,3±1,19
	0,2	14,62±0,94	16.32±1.12	15.56±2.59	13,45±0,85	12,1±0,7
	1,5	16,22±2,56	19.28±2.17*	14.8±1.88	17,9±1,71	12,6±0,46
	5,5	16,82±1,17	13.77±1.41	21.7±0.95*	9,48±0,46	11,8±1,0
«Норковый» рефлекс	Контроль	—	8,17±1,01	8,67±1,2	6,83±1,23	8,0±1,23
	0,2	—	4,67±1,36	7,0±1,06	6,67±0,88	6,87±1,23
	1,5	—	7,83±1,87*	6,17±1,22	4,33±0,26	6,17±1,11
	5,5	—	9,5±1,48	5,67±1,17*	3,5±0,96*	5,33±0,92*
Потребление кислорода, л(кг·ч)	Контроль	—	8,75±0,53	8,83±0,48	9,92±0,5	8,92±0,59
	0,2	—	8,0±0,26	8,42±0,24	9,33±0,16	8,58±0,47
	1,5	—	7,83±1,24	8,25±0,24	7,75±0,06*	7,83±0,92
	5,5	—	7,67±1,03	7,42±1,29	6,17±0,56*	7,0±0,56
СПП	Контроль	12,7±1,4	15,5±0,45	19,5±1,57	21,4±1,06	21,2±1,0
	0,2	13,1±2,3	15,2±0,71	19,6±1,83	20,3±1,3	19,8±1,6
	1,5	16,2±1,8*	17,4±0,92*	18,2±1,4	17,1±0,7*	19,7±1,7
	5,5	19,3±2,1*	22,6±1,6*	19,1±1,73	16,3±0,1*	13,2±1,8*
Частота сердечных сокращений уд\мин	Контроль	490±20	495±10	480±20	505±10	500±10
	0,2	490±30	500±11	490±15	510±15	510±20
	1,5	510±10	5515±10	510±15	500±30	510±20
	5,5	540±18*	520±15	510±30	520±20	510±15

Сукцинатдегидрогеназа лимфоцитов (СЦК)	Контроль	14,0±1,3	—	10,5±0,9	10, ±0,7	10,6±0,4
	0,2	11,2±1,1	—	8,9±0,6	8,5±0,7	11,0±09
	1,5	10,5±1,0*	—	5,1±0,9*	5,0±0,4	12,5±0,6*
	5,5	9,1±0,8*	—	5,3±1,4*	4,3±0,3*	6,4±1,2*
Лактатдегидро- геназа лимфацитов (СЦК)	Контроль	21,7±1,3	—	19,6±1,9	22,2±1,9	19,1±1,1
	0,2	17,6±0,6*	—	16,7±0,9	18,3±0,9	20,5±0,7
	1,5	12,3±1,8*	—	11,1±1,0*	12,8±1,1*	19,7±1,3
	5,5	13,6±1,8*	—	9,5±0,9*	13,3±1,2*	20,2±1,4
Восстановлен- ный глутатион крови, мкмоль/мл	Контроль	—	0,935±0,053	—	1,048±0,05	1,088±0,05
	0,2	—	1,008±0,056	—	1,065±0,5	1,090±0,06
	1,5	—	0,86±0,048	—	0,976±0,10	1,058±0,05
	5,5	—	1,073±0,049	—	0,962±0,04	1,035±0,04
Липопротеид- ные комплексы в сыворотке крови, г/л	Контроль	—	0,118±0,016	—	0,134±0,008	0,152±0,02
	0,2	—	0,139±0,004	—	0,145±0,03	0,151±0,009
	1,5	—	0,167±0,018*	—	0,152±0,01	0,141±0,007*
	5,5	—	0,159±0,02*	—	0,050±0,01	0,138±0,007*

* отличия от контроля статистически достоверны при уровне значимости р<0,05.

Проведя анализ данных из таблицы 5, было получено, что сходные, но в значительно меньшей степени выраженные, изменения большинства показателей были отмечены и при воздействии вещества в концентрации, равной 1,5 мг/м3.

Следует отметить и факт сохранения отличий от контроля в периоде «восстановления». При концентрации 0,2 мг/м3 существенных отличий от контроля по множеству показателей отмечено не было, что позволяет считать этот уровень недействующим и достаточно надежным в гигиеническом смысле.

Таким образом, на основании данных, полученных в результате исследований, было доказано токсическое действие ФВ при гидролизе ТФГ и научно обоснована ПДК ТФГ (по фтористому водороду).

Комитет по госсанэпиднормированию при Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека рекомендовал даже более высокую величину – 0,5 мг/м3 в качестве предельно допустимой концентрации в воздухе рабочей зоны (по фтористому водороду, пары, 2 класс опасности). Этот уровень согласуется и с уже принятыми для многих неорганических фторидов.

Для ориентировочной характеристики надежности предлагаемого гигиенического норматива можно использовать вычисление условной границы безопасного ингаляционного воздействия, в частности, в виде референтной дозы, часто используемой за рубежом при оценке эффектов неканцерогенных веществ, равной 0,005 мг/кг.

Рекомендуемая ПДКврз= 0,2 мг/м3 или 0,005 мг/кг в день, т.е. равна референтной при условии минимизации фактора неопределенности и модифицирующего, поскольку эффекты устанавливались с использованием множества информативных показателей.

Та же самая величина получилась и при расчете концентрации с учетом допустимого риска.

Полученные нами результаты по оценке риска развития неблагоприятных эффектов в хроническом эксперименте устанавливают доза-эффективную зависимость воздействия ТФГ (по ФВ), благодаря которой возможно оценить вредное воздействие ТФГ на здоровье человека при сублиматном производстве этого соединения.

Полученное превышение коэффициента опасности до 1,99 показывает вероятность воздействия ТФГ (по ФВ) на работающих ЭХЗ г. Зеленогорска, что позволяет рекомендовать медико-санитарной службе предприятия обратить внимание на некоторые показатели состояния здоровья работающих, могущих свидетельствовать о воздействии ТФГ (по ФВ), а именно: рентгенография костей и зубов для выявления ломкости и флюороза, изменения некоторых характерных биохимических показателей (активности кислой и щелочной фосфатазы нейтрофилов и лимфоцитов, миелопероксидазы нейтрофилов).

ВЫВОДЫ

1. Установлена избирательность действия ТФГ как раздражающего вещества с величиной показателя зоны раздражающего действия Zir = 2.

2. Токсический эффект действия тетрафторида германия обусловлен воздействием фтористого водорода, являющегося продуктом гидролиза ТФГ и подтвержденный изменением характерных биохимических показателей, также развитием флюороза, ломкостью костей.

3. ПДК ТФГ в воздухе рабочей зоны, определяемая по фтористому водороду равна 0,5 мг/м3 (пары, 2 класс опасности). Утверждена Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию МЗ РФ от 30 июля 2007г. ГН 2.2.5.2241-07, дополнение №3 к ГН 2.2.5.1313-03.

4. При апробации ионометрического метода определения ФВ в производственных условиях впервые дана количественная оценка содержания ТФГ в воздухе рабочей зоны.

5. Рассчитанная величина риска возможности возникновения вредных эффектов у рабочих при производстве ТФГ позволяет рекомендовать медико-санитарной службе предприятия обратить внимание на некоторые характерные показатели состояния здоровья работающих, могущих свидетельствовать о воздействии ТФГ (по ФВ).

Список публикаций по теме диссертации

1. Разработка метода определения тетрафторида германия в воздухе рабочей зоны / А.Р.Асадуллина, Г.Г.Юшков, Р.В.Давыдов // Сборник научных трудов. В 2-х томах. Том 2: Экология, Гуманитарные и социальные науки, Экономические науки. – Ангарск: АГТА, 2005. – С. 3-7.
2. Введение в индикацию и профилактическую токсикологию соединений германия / А.Р.Асадуллина, Г.Г.Юшков, М.В. Долгушин и соавт. // Сборник научных трудов 10-летию кафедры «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». – Ангарск: АГТА, 2006. – С. 15-22.
3. Особенности интоксикации быстрогидролизующимися и медленногидролизующимися фторидами металлов (на примере соединения германия и селена). Пути решения проблем контроля загрязнения среды. / А.Р.Асадуллина, О.В.Горбунова, Г.Г.Юшков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец.выпуск: «Безопасность.Технологии. Управление». – Самара, 2007. – С. 10-13.
4. Особенности измерения тетрафторида германия в воздухе рабочей зоны / А.Р.Асадуллина, О.В.Горбунова, Г.Г.Юшков // Материалы международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности. «Дальневосточная весна-2007» – Комсомольск-на-Амуре, 2007. – С. 166-168.
5. Материалы к профилактической токсикологии тетрафторида германия (ТФГ) / А.Р. Асадуллина, Г.Г.Юшков, А.С. Вахрин и соавт. // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий. Выпуск №11. Том 2. – Абакан, 2007. - С. 117.
6. Тетрафторид германия – гигиенический норматив в воздухе рабочей зоны и химико-аналитическое обеспечение / Асадуллина А.Р., Горбунова О.В., Юшков Г.Г. и соавт. // Вестник российской военно-медицинской академии. Приложение 2. Часть 1. № 3 (23), СПб.: ВМедА, 2008. – С. 119.
7. Научное обоснование подходов к разработке метода определения тетрафторида германия в условиях гигиенического нормирования / Асадуллина А.Р., Юшков Г.Г. // Проблемы биоэкологи и пути их решения (Вторые ржавитинские чтения). Саранск.: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. - С. 298-299.
8. К проблеме токсикологической оценки тетрафторида германия и контроля загрязнения его парами воздуха рабочей зоны / Асадуллина А.Р., Горбунова О.В., Юшков Г.Г. и соавт. // Сибирский медицинский журнал. - №2 – 2008, - С. 67-69.
9. К проблеме разработки метода определения тетрафторида германия в условиях обоснования гигиенического норматива в воздухе рабочей зоны / Асадуллина А.Р., Юшков Г.Г.// Вестник Ангарской Государственной Технической Академии. - №1. - 2008. Том 2. - С. 79-81.
10. Сравнительное исследование раздражающего действия тетрафторида германия (ТФГ) в условиях эксперимента / Асадуллина А.Р., Юшков Г.Г., Колесник Д.И., Горбунова О.В. и соавт. // 3-й съезд токсикологов России 2-5 декабря 2008г. Тезисы докладов. Под ред. Акад. РАМН, проф. Г.Г. Онищенко и член-корр. РАМН, проф. Б.А. Курляндского – М., 2008. – С. 47-48.
11. Гигиеническое нормирование тетрафторида германия в воздухе рабочей зоны / Юшков Г.Г., Асадуллина А.Р., А.С.Вахрин, Горбунова О.В. и соавт. // Гигиена и санитария. - №1. – 2009. – С. 70-72.

Список сокращений используемых в тексте

ГСО – государственные стандартные образцы

ГФС – гексафторид селена

КХА – количественный химический анализ

ПДКврз – предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны

ТФГ – тетрафторид германия

ФВ – фтористый водород

CL50 – средняя концентрация вещества вызывающая гибель 50% животных

Limir – порог раздражающего действия

Limac – порог острого действия

Zir – зона раздражающего действия