CC BY
8
Кирющенков А. П. Влияние вредных факторов на плод. М., 1978.
Красовицкая М. Л., Ширинкина Т. А. — В кн.: Здоровье населения Пермской области. Пермь, 1974, вып. 6, с. 90—92.
Красовицкая М. Л., Подлужная М. Я-, Аберг Л. Я-и др. — В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнителей как критерий безопасности воздействия промышленных выбросов на здоровье населения. Пермь, 1975, с. 53—56.
Красовицкая М. Л., Мамацашвили М. И., Гсфмек-лер В. А. — В кн.: Методические и теоретические вопросы гигиены атмосферного воздуха. М., 1976, с. 17—22.
Красовский К. //., Фридлянд С. А. — Гиг. и сан., 1971, № 2, с. 95—96.
Красовский Г. П., Кенесариев У. Ч., Васюкович Л. Я-и др. — Там же, 1980, № 9, с. 11—13.
Красовский Г. Н. — Там же, 1981, № 2, с. 20—22.
Красовский Г. Н., Бутенко П. Г., Васюкович Л. Я-и др. — Там же, 1980, № 6, с. 86—88.
Курляндский Б. А., Молибиц Ф. Д., Эйзенгард Р. С.— Грг. труда, 1966, № 11, с. 44—49.
Лемешевская Е. П., Силаев А. А. — Там же, 1979, № 9, с. . 56—58.
Лойт А. О., Кочанов М. М., Заугольников С. Д. — Там же, 1971, № 5, с. 15—17.
Надеенко В. Г., Ленченко В. Г., Ощенкова А. Н. и др. — Гиг. и сан., 1977, № 3, с. 7—11.
Надеенко В. Г., Ленченко В. Г., Генкина С. Б. и др. — Фармакол. и токсикол., 1978, Л"г 5, с. 620—623.
Надеенко В. Г., Ленченко В. Г., Архипенко Т. А. и др. — Гиг. и сан., 1979, № 6, с. 86—88.
Надеенко В. Г., Ленченко В. Г., Сайченко С. П. и др. — Там же, 1980, № 2, с. 27—29.
Надеенко В. Г.,. Борзунова Е. А., Селякина К. Г. и др. — Там же, № 3,' с. 8—10.
Попова О. Я-, Перетолчина Н. М. — Там же, 1976, № 2, с. 82-84.
Рощин А. В., Казимов М. А. — Гиг. труда, 1980, № 5, с. 49—51.
Русин В. Я- — В кн.: Основы общей промышленной токсикологии. J1., 1976, с. 30—48. Саноцкий И. В., Гродецкая Н. С., Кударов С. Е. и др. — В кн.: Свинец в окружающей среде. М., 1978, с. 35—48.
Светлов П. Г. — Вестн. АМН СССР, 1966, № 6, с. 26—28. Селякина К. С., Яхимоаич Н. П., Ленченко В. Г. и
др. — Гиг. и сан., 1975, № 10, с. 14—18. Силаев А. А. Влияние соединений бария на генеративную функцию и его гигиеническое значение. Автореф. дис. канд. М., 1973. Силаев А. А., Лемешевская Е. П. — Гиг. труда, 1980,
№ 9, с. 46—48. Тарасенко Н. Ю., Пронин О. А., Силаев А. А'. —Ж. гиг., эпндемиол., мнкробиол. и нммунол. (Прага), 1977, т. 21, № 4, с. 313-323. Трахтенберг И. Л1. — Е кн.: Общие вопросы промышленной токсикологии. М., 1967, с. 33—37. Фоменко В. Н., Глущенко В. И., Катосова Л. Д. н др. —
Гиг. труда, 1982, № 10, с. 38—41. Никифоров Б., Табакова С., Калпазанов И. и др. —Гиг.
и сан., 1979, № 10, с. 56—61. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ./Заугольников С. Д., Кочанов М. М.. Лойт А. О. и др. Л.. 1978. A mi el ■ Т ¡son С. — Rev. Pediat., 1974. v. 10, p. 502—506. Jaczcwska R. — Acta med. auxol., 1975, v. 7, p. 27—30.
Поступила 04.05.83
Summary. The analysis of literature data and experimental research conducted by the authors to study toxico-logical and embryological effects of metal-containing agents on the warm-blooded organism made it possible to suggest a methodological scheme modification for the tentative safe exposure levels of metallic compounds and metalloids in the air of populated areas, which would enhance iiyglenic reliability of rated regulations for xenobiotics.
УДК 6H.7!/.7313.155.31:551.594.12
В. И. Ляшенко
О ВЗАИМОСВЯЗИ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ С ПОТЕНЦИАЛОМ ИХ ИОНИЗАЦИИ
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
Выявление взаимосвязи между физико-химическими характеристиками веществ и параметрами их токсичности не только представляет практический интерес с точки зрения разработки ускоренных методов нормирования, но и имеет важное теоретическое значение. Эти вопросы уже неоднократно затрагивались в литературе. Так, выявлена зависимость между токсичностью ряда феноль-ных соединений в воде и константами Гаммета (3. И. Жолдакова). Установлена применимость метода Хэнча (НапвсЬ и РиЩа) для прогнозирования параметров токсичности некоторых кетонов, альдегидов и эфиров жирных кислот в воде, ► (Н. А. Егорова), а также производных фенолов (С. М. Новиков). Определенная взаимосвязь между ПДК веществ в атмосферном воздухе и их некоторыми физико-химическими константами обнаружена Н. Г. Андреещевой.
В настоящей работе предпринята попытка .установить взаимосвязь между уже действующими в нашей стране ПДК веществ в атмосферном воздухе и потенциалами их ионизации.
Потенциал ионизации можно рассматривать как меру реакционной способности молекул. Величины первых потенциалов ионизации пропорциональны энергии высших заполненных молекулярных орбитален и связаны с донорной функцией молекулы. Чем меньше потенциал ионизации, тем легче происходит ее поляризация, тем устойчивее положительно заряженный карбониевый ион и тем легче протекает реакция с его участием.
Анализ зависимости ПДК веществ от их первых потенциалов ионизации проводили дифференцированно для парафиновых углеводородов, замещен-' ных бензола, спиртов, ацетатов, альдегидов и кислот, что обусловлено адекватностью биологиче-
Зависимость ПДК веществ в атмосферном воздухе от потенциалов их ионизации
Вещество пдк ыг/м* пдк, моль/ы* Потенциал ионизации, ккал/моль Класс опасности
Парафиновые углеводороды
Бутан 50 0,86 208,9 IV
Пентан 25 0,35 237,4 IV
Гексан 15 0,17 234,3 IV
Гептан 10 0,10 231,8 IV
Октан 6,0 0,05 227,0 IV
Бензол Толуол Кснлол Этилбензол
Метанол
Этанол
Пропанол
н-Бутанол
н-Амиловый
Акролеин Формальдегид Ацетальдегнд Масляный
Винилацетат
Этилацетат
Пропилацетат*
Бутилаиетат
Амилацетат
Замещенные бензола
0,8 1,02-Ю-2 213,1 II
0,6 0,65- Ю-« 203,2 III
0.2 0,18-10-' 194,5 III
0,02 201,8 III
Спирты
0,5 1,56-Ю-2 250,0 III
5,0 (?) 46,07-10-г 235,2 IV
0,3 0,50-10-2 233,9 III
0,1 0,13-Ю-2 225,0 III
0,01 0,11-10-» 218,0 III
Альдегиды
0,03 5,35-10-" 256,5 111
0,012 4,0- Ю-4 251,5 III
0,01 2,27-Ю-4 235,5 III
0,015 2,08. Ю-4 230,6 III
Ацетаты
0,15 0,10 0,10 0,10 0,10
1,68-10-» 237,0 111
1,13-ю-3 232,0 IV
0,95- Ю-3 230,8 IV
0,86-Ю-3 230,0 IV
0,78-Ю-3 228,0 IV
Кислоты
Уксусная 0,06 1,0-ю-3 238,5 III
Масляная 0,01 0,13-ю-3 235,5 III
Валериановая 0,01 0,98-10—» 232,2 III
Капроновая 0,005 0,42-Ю-4 229,9 III
* Ожидаемые величины ПДК.
ского действия в рядах родственных по своей химической структуре веществ. На необходимость применения такого подхода указывалось ранее (НапясЬ и Рифа), что вполне справедливо и подтверждается появившимися в последнее время данными о метаболизме некоторых веществ в организме животных. Нельзя, например, считать одинаковыми механизмы биологического действия гексана, бензола и аналина, если известно, что конечными их метаболитами являются соответственно гексанол-1 и гексанол-2 (РегЬеШш и соавт.), катехол и гидрохинон (К1скег1 и соавт.), а также Ы-ацетиламиносульфат (Као и соавт.). Тем не менее, связывая воедино физико-химические и токсические характеристики веществ с механизмами метаболизма, необходимо иметь в виду, что ПДК — это максимальная не действующая на
0,1 0,3 0,5 0,7 0,9
Зависимость ПДК веществ от потенциала их ионизации для парафиновых углеводородов (/), замещенных бензола (2), спиртов (5), альдегидов (4), ацетатов (5) и кислот (6).
1 — потенциал ионизации (в ккал/моль); С — концентрация (» ыоль/м*).
организм концентрация веществ, вряд ли достигающая уровня метаболизма, тем не менее это величина, найденная по минимальной действующей концентрации с учетом порога запаха, взятая с коэффициентом запаса. Данные о ПДК веществ шести классов и их первых потенциалах ионизации представлены в таблице. ПДК приведены как в принятых единицах, так и в термодинамических — молях на 1 м3, поскольку потенциал ионизации относится к термодинамическим характеристикам. К сожалению, следует констатировать, что представленные в таблице данные о ПДК отдельных групп органических веществ не слишком многочисленны. Так, из углеводородов парафинового ряда среднесуточная ПДК имеется только для бутана; для других углеводородов — пентана и гексана — в качестве среднесуточной ПДК нами взята V5 их максимальных разовых концентраций аналогично соотношению таковых для бутана. Что касается других групп органических соединений, то ПДК установлены в основном для 4— 5 их представителей.
Из представленных в таблице данных можно сделать вывод, что с увеличением донорной способности молекул (понижением потенциала ионизации) токсические свойства веществ усиливаются и ПДК вещества находятся в хорошей линейной зависимости от потенциалов ионизации (см. рисунок). Отклонение от указанных закономерностей
наблюдается у этилового спирта, что, вероятно, можно объяснить его принадлежностью к другому по сравнению с остальными спиртами классу опасности.
Если приведенные выше выводы справедливы, , то можно предположить, что токсическая активность представителей отдельных классов органических веществ будет изменяться симбатно потенциалам их ионизации. Это даст возможность предсказать существование гипотетических рядов токсической активности веществ отдельных групп. Например, для парафиновых углеводородов, вероятно, должно существовать три гипотетических ряда: первый—Q—С4 (снижение потенциала ионизации с 299,3 до 208,0 ккал/моль), второй — С5—С8 (потенциал ионизации снижается с 237,3 до 207 ккал/моль), третий — С„—С10—С„. Возможно, что и для алкилзамещенных бензолов будет существовать несколько таких рядов, например, первый — экспериментально найденный (бензол — толуол — ксилол), второй — этилбен-зол — пропнлбензол — бутилбензол — 1, 3, 5, триметил- и 1, 2, 4, 5-тетраметилбензол (снижение потенциала ионизации с 204,8 до 185,1 ккал/моль). При этом можно ожидать, что каждый гипотетический ряд токсичности будет начинаться на качественно новом уровне. Это подтверждается н полученными в последнее время экспериментальными данными.
Например, при переходе от амиленов к гексе-ну-1 и гептену-1 ПДК сразу же увеличиваются на один порядок (В. Е. Присяжнюк и соавт.). При 1 переходе от спиртов Q—С4 ПДК уменьшается на один порядок. Аналогичная картина наблюдается н в отношении кислот (резкий скачок от валериановой к канроновой), а также производных бензолу (ксилол — этилбензол).
Интересно также отметить, что углы наклона прямых в системе координат потенциал ионизации — мольная концентрация зависят от класса опасности веществ. Последние, как известно, предложены на основании изучения зависимости доза — время — эффект (М. А. Пинигин). Например, для альдегидов и кислот — веществ, которые относятся к III классу опасности, угол наклона 140—145°, для Ееществ IV класса — аце-тотов и парафинов — 170—175°. Это еще раз подтверждает научную обоснованность предложенного метода оценки класса токсической опасности веществ.
В цитируемых выше работах коэффициенты в уравнениях, выведенных на основании метода Хэнча, были невелики. Это, вероятно, можно • объяснить тем, что данный метод основан на изменении линейности свободной энергии процесса взаимодействия донорной молекулы с биологиче-, ским акцептором. Основной вклад в этот процесс вносят гидрофобные взаимодействия, связанные с липофильностью донорной молекулы. Поэтому, по-видимому, адекватности биологического действия химических веществ можно ожидать в слу-
чае, если имеется удовлетворительная корреляция между показателем липофильности молекул и их физико-химическими свойствами. В этом случае также следует ожидать высоких коэффициентов корреляции в уравнениях, связывающих параметры токсичности и физико-химические свойства.
Анализ зависимостей потенциал ионизации — коэффициент распределения в системе окта-нол — вода для всех групп веществ, представленных в таблице, показал, что эти зависимости имеют хорошую линейность и, вероятно, как следствие этого коэффициенты корреляции в выведенных нами по методу Хэнча уравнениях, связывающие ПДК веществ в атмосферном воздухе с коэффициентом распределения и потенциалом ионизации, высокие — от 0,7 до 0,9.
В заключение следует отметить, что ПДК веществ в атмосферном воздухе разрабатывались в разные годы и разными авторами. В течение этого времени совершенствовались методы установления ПДК и улучшались физико-химические способы контроля веществ в воздушной среде. Тем не менее следует констатировать, что принятые ПДК хорошо коррелируют с фундаментальной физико-химической характеристикой веществ — потенциалом ионизации.
Выявленные закономерности, вероятно, можно использовать для прогнозирования ПДК веществ в атмосферном воздухе. Однако, по нашему мнению, подходить к решению этого вопроса необходимо с особой осторожностью даже в случае существования вероятных рядов токсичности веществ. Примером могут служить сульфаниламиды, в которых замена радикала (R) в группе RSOoNH- не только уничтожает их терапевтическую активность, но и приводит к появлению новых токсических свойств (О. Ю. Магидсон).
Литература. Андреещева Н. Г. — Гиг. и casi., 1977,
№ 12, с. 58—61. Егорова Н. А. — Там же, 1980, № 11, с. 82—83. Жолдакова 3. И. — В кн.: Актуальные вопросы гигиенической токсикологии. М., 1972, с. 38—39. Магидсон О. 10.— Успехи химии, 1946, № 15, с. 101 — 124. Новиков С. М. — Гнг. и сан., 1980, № 10, с. 16—19. Пинигин М. А. — В кн.: Санитарная охрана атмосферного воздуха городов. М., 1976, с. 5—40. Присяжнюк В. П., Дмитриенко Г. А., Слободской Д. С.—
Гиг. и сан., 1982, № 4, с. 8—10. Hansch С., Fuijta I. —J. Am. chem. Soc., 1964, v. 86, p. 1616—1626. Perbellini L., De Grundis O., Semenzato J. —Toxicol.
appl. Pharmacol., 1978, v. 46, p. 421—424. Rickerl D. £., Baker T. S., Bus J. S. et al. — Ibid., 1979, v. 49, p. 417—423.
Поступила 28.04.83
Summary. A linear relationship between the MAC for the compounds of 6 classes (paraffin hydrocarbons, substituted benzene agents, alcohols, aldehydes, acetates and acids) and their ionization potential has been established. Increased donor function of the molecules in the above compounds (with reduction of the ionization potential) was shown to result in the potentiation of their toxic properties. The established patterns made it possible to suggest the existence of hypothetical toxicity series for structurally-related chemical compounds.
