2.1 Определение и нормирование содержания вредных веществ в рабочей зоне.

В настоящее время известно около 7 млн. химических веществ, из которых 60 тыс. находят применение в производственной деятельности человека, от 500 до 1000 новых химических веществ ежегодно появляется на международном рынке.

Вредными являются вещества, которые при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности могут вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений (ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»).

Вредное действие могут оказывать практически все химические вещества. Еще знаменитый врач древности Парацельс отмечал, что яд от лекарства отличает только доза. Например, поваренная соль, которую большинство людей ежедневно употребляет в пищу, служила средством самоубийства в древнем Китае. Человеку достаточно съесть 500 г соли, чтобы наступила смерть от сильнейшего обезвоживания организма.

По характеру воздействия на организм человека вредные вещества в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» подразделяются на следующие группы:

• общетоксические;

• раздражающие;

• сенсибилизирующие;

• канцерогенные;

• мутагенные;

• влияющие на репродуктивную функцию.

Большинство промышленных вредных веществ обладает общетоксическим действием. К их числу относятся ароматические углеводороды и их производные (бензол, толуол, ксилол, нитробензол, анилин) ртуть и фосфорорганические соединения, тетраэтилсвинец, метиловый спирт, окись углерода и т.д.

Раздражающим действием обладают различные химические вещества. Одни вызывают воспаление верхних дыхательных путей (сероводород, хлор, аммиак), другие - глубоких дыхательных путей, т е. легочной ткани (оксид азота, ароматические углеводороды). Сильные кислоты и щелочи, многие ангидриды кислот оказывают местное действие на кожу, вызывая ее омертвление. Нефть и продукты ее переработки (бензин, керосин и др.), попадая на кожу, обезжиривают и сушат ее, вызывая различные кожные заболевания (экземы, дерматиты).

Сенсибилизирующие вещества вызывают повышенную чувствительность (аллергические реакции) организма человека. При каждом повторном даже кратковременном контакте эффект действия на человека увеличивается приводя к астматическим явлениям, кожным реакциям, изменениям состава Крови. К веществам, вызывающим сенсибилизацию, относятся формальдегид (ароматические нитро-, нитрозо-, аминосоединения, карбрнилы никеля, железа, кобальта, некоторые антибиотики, например, эритромицин и др.

Канцерогенные вещества, попадая в организм человека, вызывают образование, как правило, злокачественных или доброкачественных опухолей. Канцерогенная опасность зависит от уровней и длительности воздействия конкретных веществ.

В гигиенических нормативах приведен перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека. Перечень подразделяется на 2 раздела:

1. Вещества, продукты, производственные процессы и факторы с доказанной для человека канцерогенностью;

2. Вещества, продукты, лекарственные препараты и производственные процессы, вероятно канцерогенные для человека.

В раздел 1 входят асбесты, бензол, бензапирен, бериллий и его соединения, каменноугольные и нефтяные смолы, минеральные масла неочищенные и неполностью очищенные, сажи бытовые, этилена оксид и др. Производство кокса, переработка каменноугольной, нефтяной и сланцевой смол, газификация угля, производство резины и резинотехнических изделий и др. К бытовым и природным факторам с доказанной канцерогенностью относятся солнечная радиация и табачный дым, поскольку в нем содержится бензапирен.

В раздел 2 «Перечня» включены вещества и факторы, канцерогенность которых согласно данным МАИР (международного агентства по изучению рака) доказана на животных, а доказательства канцерогенности для человека недостаточны. Это, например, отработавшие газы дизельных двигателей, формальдегид и др.

Мутагенные вещества вызывают изменение генетического кода клеток, наследственной информации. Это может вызвать снижение иммунитета организма, раннее старение, развитие заболеваний. Действие мутагенных веществ может сказаться на потомстве, не всегда первого, а возможно второго и третьего поколений. Мутагенной активностью обладают формальдегид, окись этилена, радиоактивные и наркотические вещества.

К веществам, влияющим на репродуктивную (детородную) функцию, относят бензол и его производные, сероуглерод, соединения ртути, радиоактивные вещества и др.

Среди веществ, влияющих на репродуктивную функцию, выделяется особая группа веществ, обладающих тератогенным действием. Тераторенные вещества вызывают дефекты развития ребенка в организме матери. К таким веществам относятся, например, талидомид, никотин, наркотики и некоторые вирусы, например вирус гепатита и т.д.

Существуют и другие классификации вредных веществ, например, по их преимущественному избирательному патологическому действию на определенные органы или системы организма человека:

• нервные (нейротропные), вызывающие расстройства функций центральной нервной системы, судороги, паралич (пары металлической ртути, марганец, соединения мышьяка, сероуглерод, углеводороды предельного, непредельного и циклического ряда, сероводород, тетраэтилсвинец, нар-котические вещества и др.);

• печеночные (гепатотропные), вызывающие структурные изменения в ткани печени (хлорированные углеводороды - метилхлорид, метиленхлорид,хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др.);

● кровяные, нарушающие процессы кроветворения (бензол, свинец и его неорганические соединения и др.) или взаимодействующие с гемоглобином крови (оксид углерода с образованием карбоксигемоглобина, а некоторые органические нитраты и нитриты с образованием метгемоглобина. Образовавшиеся соединения лишают гемоглобин его роли - переносчика кислорода из легких в ткани, вследствие чего развивается глубокая кислородная недостаточность, способная привести к летальному исходу);

• ферментные, нарушающие структуру ферментов, дезактивирующие их (синильная кислота и ее соли, мышьяк и его соединения, соли ртути, фосфорорганические соединения и др.);

• сердечные, обладающие кардиотоксическим действием (соли бария, кобальта, кадмия и др.);

• почечные, вызывающие патологические процессы в почках (ртуть, свинец, кадмий, литий, висмут и их соединения, соединения мышьяка, органические растворители и др.);

• раздражающие, преимущественно поражающие органы дыхания (хлор, аммиак, диоксид серы, оксиды азота, фосген и др.).

При современном уровне развития производства требование полного отсутствия содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны является часто нереальным, требующим неоправданно больших материальных затрат. В связи с этим особую значимость приобретает гигиеническая регламентация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и ГН 2.2.5.686-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» с дополнениями и изменениями от 10 марта 1998 г., 20 декабря 1999 г., 20 июля 2000 г.

Классы опасности вредных веществ

По степени воздействия на организм человека все вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности (ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.»):

1 - вещества чрезвычайно опасные (3,4-бензапирен, тетраэтилсвинец, ртуть, озон, фосген и др.);

2 - вещества высокоопасные (бензол, сероводород, оксиды азота, марганец, медь, хлор и др.);

3 - вещества умеренно опасные (нефть, метанол, ацетон, сернистый ангидрид);

4 - вещества малоопасные (бензин, керосин, метан, этанол и др.).

Следует отметить, что и вещества малоопасные в больших концентрациях могут вызвать тяжелые отравления.

Класс опасности вредного вещества устанавливают в зависимости от величины 7 показателей токсикометрии, приведенных в табл. 2.1. Показатели токсикометрии - это количественные показатели токсичности и опасности вредного вещества. При оценке опасности для одного и того же вещества по ряду показателей можно получить разные классы, но определяющим должен быть показатель, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Таблица 2.1 Классификация вредных веществ по степени

воздействия на организм

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны - концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 40 ч в неделю, в течение всего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений, ПДК, мг/м³.

Рабочая зона - пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Средняя смертельная доза при введении в желудок - доза вещества, вызывающая гибель 50% животных (белых мышей) при однократном введении в желудок, DL^Ж₅₀, мг/кг.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу - доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном нанесении на кожу, DL^K₅₀, мг/кг.

Средняя смертельная концентрация в воздухе - концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при двух - четырехчасовом ингаляционном воздействии, CL₅₀, мг/м .

Величины средних смертельных концентраций и доз, установленные непосредственно в эксперименте, рассматриваются как показатели абсолютной Токсичности вредных веществ. Степень токсичности вещества тем больше, чем меньше величины DL₅₀ и CL₅₀. Степень токсичности определяется отношением 1/ CL₅₀ или 1/ DL₅₀.

Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) -отношение максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20°С к средней смертельной концентрации вещества для мышей.

КВИО=С²⁰/ CL₅₀

КВИО объединяет два важнейших показателя опасности острого отравления: летучесть вещества и дозу, вызывающую наибольший биологический эффект, то есть гибель организма. Анализ оценки опасности различных вредных веществ по величине КВИО показывает, что в ряде случаев малотоксичное, но высоколетучее вещество в условиях производства может оказаться более опасным в развитии острого отравления, чем высокотоксичное. Но малолетучее соединение, так, например, ацетальдегид, обладая умеренной токсичностью (CL₅₀=21800 мг/м³), является высоколетучим (С²⁰=182*10⁴ мг/м³) и по величине КВИО относится к высокоопасным веществам (КВИО=82).

Зона острого (однократного) действия - отношение средней смертельной концентрации вредного вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций.

Z_ac= CL_S0/Lim_ac ,

Зона хронического действия - отношение минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций, к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа, пять раз в неделю на протяжении не менее четырех месяцев.

Z_ch= Lim_ac/Lim_ch

где:

Lim_ac - порог острого действия (от англ. Limit - граница, предел и acute - острый);

Lim_ch - порог хронического действия (от англ. chronic - хронический, длительный).

Зона острого действия характеризует способность организма к обезвреживанию и выведению вредного вещества и компенсации поврежденных функций. Чем меньше ее количественная характеристика, тем больше возможность развития острого отравления.

При токсикологической оценке вредных веществ нельзя исходить только из результатов острых экспериментов, так как часто вредные вещества, обладающие низкой токсичностью в остром опыте, при хроническом воздействии в малых концентрациях оказываются высокоопасными.

Puс. 2.2 Зависимость интенсивности вредного воздействия вещества от параметров токсикометрии

где:

R - интенсивность вредного воздействия (летальное, острое, хроническое отравление);

C(D) - параметры токсикометрии;

CL₅₀ - средняя смертельная концентрация в воздухе;

Lim_ac - порог острого действия;

Lim_ch - порог хронического действия;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

Z_ac, Z_ch - зоны острого и хронического действия (показаны на рис. условно);

K_s - коэффициент запаса.

Классическими примерами таких веществ являются ртуть, свинец, марганец и другие тяжелые металлы; среди органических соединений - бензол, тринитротолуол и др. Величина зоны хронического действия используется для характеристики опасности вещества при хроническом воздействии. Опасность хронического отравления прямо пропорциональна величине зоны хронического действия. Чем зона хронического действия шире, тем больше опасность хронической интоксикации и наоборот.

При установлении ПДК вредных веществ руководствуются следующими основными принципами:

• Принцип пороговости действия всех типов вредных веществ (в том числе мутагенного и канцерогенного действия). Есть концентрации, при кото­рых нет вредного воздействия на человека, при превышении порога про­исходит переход количества в качество и начинается вредное действие.

• Принцип приоритета медицинских и биологических показаний к установ­лению санитарных регламентов по сравнению с технической достижимо­стью и экономическими требованиями сегодняшнего дня.

• Принцип опережения токсикологических исследований и установления гигиенических нормативов по сравнению с внедрением вещества в производство.

Гигиеническое нормирование вредных веществ в настоящее время проводится в 3 этапа:

• обоснование ОБУВ (ориентировочного безопасного уровня воздействия);

• обоснование ПДК;

• корректирование ПДК с учетом условий труда работающих и состояния их здоровья;

1 этап соответствует периоду лабораторной разработки новых соединений, 2 – периоду полузаводских испытаний, а 3 выполняется после внедрения вещества в производство в сроки, установленные в зависимости от токсикологической характеристики вещества и гигиенической характеристики производства.

Установлению ПДК может предшествовать обоснование ОБУВ в воздухе рабочей зоны (ГН 2.2.5.687-98 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»). Значение ОБУВ определяется путем расчета по параметрам токсикометрии и физико-химическим свойствам или путем интерполяций и экстраполяции в гомологических (близких по строению) рядах соединений. ОБУВ должны пересматриваться через 3 года после их утверждения или заменяться утвержденной в установленном порядке ПДК с учетом накопленных данных о соотношении здоровья работающих с условиями труда.

ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны является обязательным санитарным нормативом и устанавливается на основании медико-биологических исследований. Обоснование величины ПДК основывается на показателях токсикометрии, установленных в экспериментах на животных. Исходной величиной для установления ПДК является порог хронического действия Lim_ch, в который вводится коэффициент запаса K_s:

ПДК = Lim_ch/K_s

ПДК устанавливают на уровне в 2...3 раза более низком, чем Lim_ch. При определении коэффициента запаса учитывают следующее. Коэффициент запаса увеличивается с увеличением абсолютной токсичности и КВИО, с уменьшением зоны острого действия, увеличением зоны хронического действия при наличии кумулятивных свойств и кожно-резорбтивного действия. При выявлении специфического действия - сенсибилизирующего, мутагенного, канцерогенного - принимаются наибольшие значения коэффициента запаса (10 и более). Решение в каждом конкретном случае зависит от особенностей действия вредного вещества.

До недавнего времени ПДК химических веществ оценивали как максимальные разовые ПДК_мр. Превышение их даже в течение короткого времени запрещалось. В последние годы для веществ, обладающих кумулятивными свойствами (медь, ртуть, свинец и его неорганические соединения, пыль металлической сурьмы, окись кадмия и др.) для гигиенического контроля введена вторая величина - среднесменная ПДК_СС. Это средняя концентрация, полученная при непрерывном или периодическом отборе проб воздуха при суммарном времени не менее 75% .

Продолжительности рабочей смены или средневзвешенной концентрации в течение всей смены в зоне дыхания работающих на местах постоянного или временного их пребывания.

Постоянное рабочее место - место, на котором работающий находится большую часть своего рабочего времени (более 50% или более 2 ч непрерывно).

При отсутствии постоянных рабочих мест среднесменная концентрация определяется как средневзвешенная величина, вычисленная по концентрациям, определенным на основных стадиях технологического процесса с учетом времени пребывания работающих в этих условиях.

Среднесменная концентрация рассчитывается по формуле:

K_сс = (K₁t₁+K₂t₂ +.....+K_nt_n) / (t₁ +t₂ +...+ t_n),

где К_сс - среднесменная концентрация; К₁, К₂, К_n - среднеарифметическая величина концентраций химического вещества на отдельных стадиях технологического процесса; t₁, t₂,... t_n - продолжительность пребывания рабочих на соответствующих рабочих местах.

Первые ПДК для 40 веществ были установлены в СССР в 1924г. В настоящее время установлены ПДК 2300 веществ и ОБУВ 511 веществ (на 1.09.1998г.). Свои ПДК устанавливают еще только 19 стран мира, в США установлены гигиенические нормативы для 646 веществ, в ФРГ для 529 веществ. ПДК, установленные в России, являются наиболее низкими. Например, в США установлена величина - пороговый предел - TLV (threshold limit value), единицы измерения - ppm (part per million). Это концентрация вещества в воздухе, ежедневное воздействие которой не вызывает заболеваний ИЛИ отклонений в состоянии здоровья у большинства работающих.

Список ПДК вредных веществ непрерывно расширяется, а величины ПДК пересматриваются по мере накопления новых данных в гигиенической науке и Практике. Так, например, ПДК бензола в несколько этапов была снижена с 200 до 5 мг/м³, анилина - с 10 до 0,1 мг/м³, ПДК же метана, наоборот, была увеличена с 300 до 7000 мг/м³.

В качестве примера в табл. 2.3 приведены ПДК некоторых веществ в воздухе рабочей зоны.

Для веществ, обладающих кожно-резорбтивным действием (бензол, толуол, нитробензол, метанол и др.) устанавливается предельно допустимый уровень (ПДУ) загрязнения кожи (мг/см³) в соответствии с ГН 2.2.5.563 - 96 «Предельно-допустимые уровни (ПДУ) загрязнения кожных покровов веществами».

Таблица 2.3

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ГН 2.2.5.686-98)

Значения ПДК приведены по состоянию на 01.09.98. Если в графе «Величина ПДК» приведено две величины то это означает, что в числителе дана максимальная, а в знаменателе – среднесменная ПДК.

Условные обозначения : п - пары и (или) газы; а - аэрозоль; п + а - смесь паров и аэрозоля; + -требуется специальная защита кожи и глаз; О - вещество с остронаправленным механизмом действия, опасное для развития острых отравлений, требующее автоматического контроля за его содержанием в воздухе; А - вещества, способные вызвать аллергические заболевания, , К - канцерогены, Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия. ПДК веществ, отмеченных символом Ф, являются среднесменными.