3.2 Влияние химического строения и физико-химических свойств на биологическую активность веществ

Большое влияние на степень токсичности оказывают физико-химические свойства вредных веществ:

- агрегатное состояние;

- летучесть;

- растворимость.

Токсичность твердых и жидких веществ часто проявляется при переходе их в пылеобразное или парообразное состояние. Токсические пыли образуются вследствие тех же причин, что и обычные пыли (измельчение, сжигание, испарение с последующей конденсацией), и выделяются в воздух через открытые проемы, неплотности пылящего оборудования или при пересыпке их открытым способом.

Если жидкие вещества находятся в открытых емкостях, с их поверхности происходит испарение вещества в воздух рабочих помещений; чем больше открытая поверхность жидкости, тем больше она испаряется. В том случае, когда жидкость частично заполняет закрытую емкость, образующиеся пары насыщают до предела незаполненное пространство этой емкости, создавая в нем весьма высокие концентрации. При наличии неплотностей в данной емкости концентрированные пары могут проникать в атмосферу цеха и загрязнять ее. Выход паров увеличивается, если емкость находится под давлением. Массивные выделения паров происходят также в момент заполнения емкости жидкостью, когда заливаемая жидкость. вытесняет из емкости скопившиеся концентрированные пары, которые через открытую часть или не плотности поступают в цех (если закрытая емкость не оборудована специальным воздушным выводом за пределы цеха). Выделение паров из закрытых емкостей с вредными жидкостями происходит при открывании крышек или люков для наблюдения за ходом процесса, перемешивания или загрузки дополнительных материалов, взятия проб и т. п.

Жидкие вредные вещества чаще всего просачиваются через не плотности в аппаратуре, коммуникациях, разбрызгиваются при открытом сливе их из одной емкости в другую. При этом они могут попасть непосредственно на кожный покров работающих и оказывать соответствующее неблагоприятное действие, а кроме того, загрязнять окружающие наружные поверхности оборудования и ограждений, которые становятся открытыми источниками их испарения. При подобном загрязнении создаются большие поверхности испарения вредных веществ, что приводит к быстрому насыщению воздуха парами и образованию высоких концентраций.

Чем больше летучесть (максимально возможное содержание паров вещества, мг, содержащееся в единице объема воздуха, л (м3) при данной температуре), тем большая концентрация вещества образуется в воздухе, увеличивая опасность отравления. Летучесть всех веществ сравнивают с летучестью эфира при тех же условиях, принятой за единицу. Вещества с малой летучестью медленнее насыщают воздух, чем вещества с высокой летучестью, которые сравнительно быстро могут испариться, создав высокие концентрации их в воздухе. Следовательно, вещества с повышенной летучестью представляют большую опасность, чем с малой. С увеличением температуры вещества увеличивается и его летучесть.

Некоторые парообразные и газообразные вещества, выделяясь в воздух и загрязняя его, сорбируются (впитываются) отдельными строительными материалами, такими, как древесина, штукатурка, кирпич и др. С течением времени такие стройматериалы насыщаются этими веществами и при определенных условиях (изменения температуры и др.) сами становятся источниками их выделения в воздушную среду - десорбции; поэтому иногда даже при полном устранении всех остальных источников выделения вредностей повышенные концентрации их в воздухе могут оставаться длительное время.

Растворимость различных соединений в воде близка к растворимости в крови. Поэтому увеличение растворимости влияет на скорость проникновения вредных веществ и увеличивает токсическое воздействие. Чем больше растворимость вещества в липоидах (жироподобной ткани) по сравнению с растворимостью в воде, тем сильнее выражено его нейротропное (наркотическое) действие, так как нервная ткань богата липоидами. Вещества, близкие по своему химическому составу к жирам и липоидам, при попадании на кожный покров относительно быстро растворяются в жирах и липоидах кожи и вместе с ними проходят через кожный покров внутрь организма (через ее поры, протоки сальных и потовых желез). Многие жидкости обладают способностью сами растворять жиры и липоиды и за счет этого также относительно быстро проникают через кожу.

Следовательно, вещества, обладающие этими свойствами, представляют большую опасность, чем другие с противоположными физико-химическими свойствами (при равных прочих условиях).

Существует связь между химической структурой вещества и его токсическим действием. Химический состав вещества определяет его основные токсические свойства: различные вещества по своему химическому составу обладают разным токсическим действием на организм как по характеру, так и по силе. Строго определенной и последовательной зависимости между химическим составом вещества и его токсическими свойствами не установлено, однако некоторые правила, действующие в рамках определенных классов соединений или гомологических рядов, свуществуют:

- правило Ричардсона: в гомологическом ряду углеводородов токсичность возрастает. Это правило применимо для веществ алифатического ряда, спиртов (кроме метилового), однако оно не подтверждается для рядов ароматических соединений;

- правило кратных связей: токсичность органических соединений возрастает с увеличением числа ненасыщенных связей, например, от этана (CH3-CH3) к этилену (СН2=СН2) и, далее, к ацетилену (СН=СН);

- правило разветвленных цепей: токсичность органических веществ снижается с увеличением разветвленности цепи. Это правило справедливо для многих линейных и циклических углеводородов и спиртов (известно, например, что изогептан и изооктан менее ядовиты, чем гептан и октан, пропиловый и бутиловый спирты - более сильные наркотики, нежели изопропиловый и изобутиловый и т.п.);

- замыкание цепи углеродных атомов ведет к увеличению силы действия углеводородов (пары циклопропана, циклогексана, циклопентана и их гомологов действуют сильнее, чем пары соответствующих метановых углеводородов - пропана, пентана, гексана);

- введение в молекулу гидроксильной группы обычно ослабляет силу действия соединения в связи с увеличением его растворимости (так, например, спирты менее токсичны, чем соответствующие углеводороды);

- изменение характера действия (как правило, возрастание токсичности наблюдается при введении в молекулу атомов галогенов, метильных, амино- и нитрогрупп. Так, введение в молекулу органических соединений хлора и фтора придает им раздражающие свойства и, как правило, увеличивает их токсичность.

Выявленные некоторые взаимосвязи между химическим составом веществ и их токсическими свойствами позволили подойти к ориентировочной оценке степени токсичности новых веществ исходя из их химического состава.