8.5. Токсикологические признаки и свойства отравляющих веществ

Все боевые отравляющие вещества обладают различным характером и степенью токсичности. Среди отравляющих веществ имеются и лакриматоры, и удушающие вещества, есть вещества вызывающие сильные раздражения дыхательных путей, и, наконец, вещества кожно-нарывного действия. При применении боевых отравляющих веществ придется встретиться и с такими веществами, которые не вызовут никакого видимого эффекта в момент применения. Помимо симптомов отравления, важно знать минимально допустимые дозы отравляющего вещества и пути его воздействия на организм, приводящие к максимальному поражению. Оценка возможности и целесообразности применения того или иного отравляющего вещества может быть сделана токсикологом только после определения трех основных величин: порога раздражения (пороговой концентрации), переносимой концентрации (предела переносимости), и летальной дозы.

Очевидно, что эффективность отравляющих веществ зависит от их физических и химических свойств, имеющих главное значение для достижения максимального эффекта, который должен привести либо к уничтожению противника, либо к выводу его из строя. Не каждое высокотоксичное вещество пригодно в качестве отравляющего вещества.

Среди отравляющих веществ имеется ряд малотоксичных соединений, которые при их боевом применении отнюдь не могут уничтожить противника. Но их воздействие на организм человека вызывает определенные фармакодинамические процессы, которые в свою очередь обусловливают физиологические эффекты, неизбежно ведущие к потере боеспособности. К категории отравляющих веществ, не уничтожающих противника, а только приводящие к потере его боеспособности, следует отнести раздражающие отравляющие вещества и психохимические яды. В случае всех иных отравляющих веществ возможно создание смертельных концентраций или доз, к которым стремятся при применении отравляющих веществ в соответствии с тактической задачей. Классификация отравляющих веществ по определенным типам, таким как раздражающие, кожно-нарывные, нервно-паралитические, производится на основании признаков их первичного действия. Такое подразделение не является строгим, например, вторичное действие кожно-нарывных отравляющих веществ ведет к отравлению общего характера, которое при известных обстоятельствах оканчиваются смертью. Очень часто бывает трудно отнести тот или иной яд к определенному типу, так как он в одинаковой степени обладает разными действиями. Чтобы вызвать отравление, достаточное количество яда должно попасть в соответствующие органы, по отношению к которым он специфичен и где он может оказать свое первичное действие. В то время как в распоряжении медиков имеется множество способов введения лекарства для скорейшего достижения определенного фармакологического эффекта, отравляющие вещества и яды могут попасть в организм, главным образом, посредством вдыхания, приема через рот, или кожной резорбции. Для быстрого достижения поражающего действия требуется, чтобы отравляющее вещество попадало в организм всеми возможными путями.

Современные высокотоксичные фосфорорганические отравляющие вещества типа зарина или V-газов сравнительно быстро проникают через неповрежденную и особенно через поврежденную кожу. Другие отравляющие вещества, например фосген, могут действовать только через органы дыхания, они лишены какой-либо способности к резорбции через кожу.

Иприт и люизит могут действовать как через кожу, так и через органы дыхания. Для оценки эффективности яда недостаточно сведений о характере и механизме поражающего действия, значительно важнее охарактеризовать интенсивность их действия. По такой характеристике можно сравнивать разные отравляющие вещества независимо от многообразия их поражающего действия. Для этого надо располагать данными о физиологической или токсической активности отравляющих веществ, которые, разумеется, имеют ценность лишь в том случае, если они определены в одинаковых или сопоставимых условиях. Такие данные получают в результате эксперимента на живых объектах, а именно на животных. Техника эксперимента на животных до такой степени изобилует ошибками, что характеристики токсичности определенные таким путем, могут быть лишь ориентировочными. На эти величины большое влияние оказывает собственно подопытное животное, его конституция, состояние здоровья и упитанность. Кроме того, в этих определениях играют большую роль поколение и возраст животного. Объективные трудности для получения точных данных возникают и из-за процессов обмена веществ в организме. Сказанное, конечно, относится и к людям. Из сказанного следует, что токсичность или эффективность яда никоим образом не зависит только от его количества. Конечно, между эффективностью и количеством яда существует некоторая пропорциональность, но это не простое соотношение, так как перечисленные факторы оказывают влияние, не выражаемое математическими формулами.

Для характеристики физиологических и токсических свойств отравляющих веществ и ядов представляют интерес данные о максимальных их количествах, безопасных или вызывающих поражение или смертельный исход.

В военной химии приняты следующие понятия: безопасная, опасная, очень опасная и смертельная концентрации.

Для всех этих градаций наряду с концентрацией приводится время экспозиции. Более точными данными позволяющими сравнивать отравляющие вещества и яды друг с другом, являются: пороговая концентрация, предел переносимости, произведение Ct, летальная доза и летальная концентрация.

Пороговая концентрация

Пороговая концентрация – это минимальная эффективная концентрация или доза, то есть наименьшее количество отравляющего вещества, которое может вызвать ощутимый физиологический эффект.

Дозы или концентрации ниже пороговых значений являются неопасными и не приводят к заметным физиологическим изменениям, если только не подвергаться их постоянному воздействию. Пороговые концентрации определяют опытным путем на людях и выражают в следующих единицах:

·     Отравляющие вещества, поступающие в органы дыхания в виде паров и аэрозолей, мг/л воздуха.

·     Отравляющие вещества, поступающие через рот, мг/кг массы.

·     Отравляющие вещества, поступающие путем кожной резорбции или при помощи инъекций, мг/см²  кожи.

Для раздражающих отравляющих веществ пороговая концентрация обозначает так называемую нижнюю границу или порог раздражения, то есть дозу, промежуточную между эффективной и неэффективной, при которой для слезоточивых отравляющих веществ начинается лакримогенное действие, а для раздражающих носоглотку отравляющих веществ – характерные симптомы поражения.

Нижние пределы наиболее сильных раздражителей имеют порядок величины (10^-3÷10^-4)  мг/л. Пороговые концентрации отравляющих веществ могут предупреждать об отравлении лишь в том случае, когда сама картина отравления начинается с симптомов, которые в известной степени служат предостережением. Однако это возможно только для очень небольшого числа отравляющих веществ и ядов, поскольку многие из них безболезненно попадает в организм и первые признаки отравления наступают лишь тогда, когда процесс отравления уже в полном разгаре. Небольшие концентрации некоторых отравляющих веществ вызывает определенные рефлекторные симптомы, например кашель, слезотечение или чихание. Так, трихлорнитрометан в концентрации 2·10^-3 мг/л сильно раздражает глаза, но уже при концентрациях порядка 0.1 мг/л наступают небольшие поражения легких. Напротив, связанный с действием фосгена кашель начинается лишь при концентрациях, которые уже в 10÷100 раз выше предельной токсической величины, и поэтому этот кашель не может рассматриваться как предостерегающий симптом, поскольку человек уже смертельно отравлен.

Для людей восприимчивых к данному отравляющему веществу, с больными легкими порог раздражения может быть значительно ниже, чем установленная для данного отравляющего вещества токсическая концентрация. Пороговые концентрации некоторых психохимических ядов имеют величину порядка 10^-2 мг/кг массы и ниже. Такие концентрации вызывают у людей многочасовые психозы. Это минимальные дозы, вызывающие психоз; меньшие количества не приводят к физиологическим изменениям, при больших количествах вызываемый психоз более продолжителен и интенсивен. Различные фосфорорганические соединения вызывают сужения зрачков (миоз). Это явление иногда наступает прежде других характерных симптомов, то есть в известной степени является предостерегающим сигналом, наблюдаемым при определенной пороговой концентрации. Диизопропилфторфосфат уже в концентрациях 10^-3 мг/л вызывает многодневное сужение зрачков; количества, превышающие 5·10³ мг/л; приводят к явлениям отравления, следующим за миозом.

Из пороговых концентраций кожно-нарывных отравляющих веществ особый интерес представляют данные для газообразных веществ или аэрозолей. Под этим понимают концентрации, при которых становятся заметными первые признаки поражения кожи, хотя дальше поражение и не развивается. Обычно это зуд или покраснение поверхности кожи. Нежные участки кожи поражаются ипритом уже в концентрации 10^-3 мг/л, хотя тяжелые поражения при этом не развиваются. Концентрации выше 10^-1 мг/л приводят уже к тяжелым последствиям с последующим некротическим распадом тканей. Вообще же определение пороговых концентраций затрудняют внешние факторы, такие как температура и влажность воздуха, потоотделение, природа индивидуума. Поэтому имеющиеся данные изобилуют ошибками и дают лишь относительные величины, которые можно рассматривать как ориентировочные.

Предел переносимости

Предел переносимости есть концентрация отравляющего вещества или яда в мг/л, которую человек может выдерживать определенное время без устойчивого поражения. Это максимально возможное или допустимое количество отравляющего вещества. Для применимых в военных целях веществ, пределы переносимости часто выше концентраций, ведущих к потере боеспособности. Наступающие при таких концентрациях физиологические явления могут оказаться уже столь сильными, что в результате соответствующих симптомов пораженные уже не в состоянии выполнять возложенные на них задачи и становятся небоеспособными.

В гражданской практике пределу переносимости отчасти соответствует определение предельно допустимой концентрации. Подходы к этому показателю сильно различаются в разных странах интересно, что российские нормы предельно допустимой концентрации значительно мягче, чем в развитых странах. Во всех развитых странах мира для безопасности рабочих введено понятие МКРМ или MAC, то есть maximum allowable concentration (максимально допустимая концентрация), нормы MAC постоянно пересматриваются и корректируются учеными развитых стран. Для военно-тактических целей MAC использовать нельзя, так как они не дают сведений о концентрациях, эффективных в бою за короткое время.

Максимально допустимая концентрация составляет, например, для азотистого иприта (без противогаза) около 10^-3 мг/л при экспозиции 15 мин; без средств защиты кожи, но с надетым противогазом возможная экспозиция достигает 2 часа. Разумеется, эти величины не абсолютны, и могут встретиться отдельные случаи, когда наблюдаются некоторые симптомы отравления и ранее. Максимально допустимая концентрация зарина, составляет от 0,001 до 0.005 мг·мин/л, а для иприта от 0.001 до 0.025 мг·мин/л, то есть при времени экспозиции 1 мин максимально допустимая концентрация иприта в 5 раз больше, чем зарина.

Смертельная доза. Произведение Ct

Речь идет о так называемой константе Габера. Эта величина получается опытным путем (опыты на животных) и представляет собой произведение концентрации С отравляющего вещества в воздухе (в мг на м³) на время экспозиции t (в мин.) в том случае, когда такое воздействие приводит к смертельному исходу. Эта величина W (фактор смертельности) выражается формулой

,  (мг·мин/м3)

Степень токсичности Т отравляющего вещества зависит от концентрации С, экспозиции t, объема легких V и массы тела G. Поскольку степень токсичности, как правило, определяется на одинаковых подопытных объектах, отношение V/G можно считать постоянным, и поэтому можно считать:

Если концентрация возрастает, а продолжительность воздействия постоянна, или наоборот, увеличивается при постоянной концентрации отравляющих веществ, то величина Т должна стремиться к значению, при котором следует абсолютно смертельный исход для объекта. Наименьшее возможное значение степени токсичности носит название фактор смертельности и равно:

Таким образом, W является постоянной величиной, специфичной для вида отравляющего вещества.

Значения Ct сильно колеблются. Чем меньше Ct, тем токсичнее соединение. Так, по Ct, зоман в 62 раза более ядовит, чем фосген, и почти в два раза, чем зарин. Уже 1/10 величины Ct достаточно, чтобы повлечь за собой потерю боеспособности незащищенного личного состава. Это не относится раздражающим отравляющим веществам, которые уже в очень малых концентрациях вызывают раздражение, приводящее к потере боеспособности, и в случае применения которых в боевой обстановке никогда нельзя достигнуть смертельных концентраций поскольку их токсичность во много раз меньше токсичности упомянутых высокотоксичных соединений.

Летальная доза

Летальная доза (ЛД) есть приводящее к смерти абсолютное количество отравляющего вещества, попавшее в организм. Эта величина характеризует отношение количества отравляющего вещества, вызывающего смертельное поражение, к массе тела подопытного объекта и выражается в мг/кг массы.

Летальная доза позволяет лучше сравнивать яды между собой и служит критерием оценки не только отравляющих веществ и ядов, но и любых фармацевтических препаратов, применяемых в медицине. Она определяется в результате опытов на животных. Значения летальной дозы позволяют сравнивать яды между собой лишь в тех случаях, когда они определены на животных одинаковой породы, по возможности одной и той же линии и при одинаковом способе введения. Чтобы исключить влияние индивидуальных факторов, искажающих эти величины, пользуются средней летальной дозой (ЛД 50), которую определяют из нескольких серий опытов и оценивают математическими и графическими методами. Эта величина показывает, что при данной дозе погибает 50 % подопытных животных. Если задается другой процент смертности, то соответственно заменяют цифры в индексе. Так, при 100 % гибели подопытных объектов приводят величину летальной дозы 100.

Значения летальной дозы, определенные в опытах над животными, нельзя пересчитывать по отношению к людям (пересчет к 70 кг). Очень часто оказывается, что смертельные дозы для людей значительно ниже, чем для животных. При внутривенной инъекции большая часть ядов достигает места поражения быстрее, чем при внутримышечной инъекции или приеме через рот.

На основании величин летальной дозы возможна классификация отравляющих веществ по токсичности: чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные, малотоксичные, практически нетоксичные, сравнительно безвредные. Вещества, для которых ЛД 50 больше 100 мг/кг, считаются неядовитыми.

Фосфорорганические отравляющие вещества, а также фторорганические соединения, предназначенные в качестве диверсионных ядов, и другие отравляющие вещества, применимые в военных целях, имеют летальные дозы менее 1 мг/кг. Их называют сверхъядами.

Летальная концентрация

После второй мировой войны для характеристики ядов, действующих через органы дыхания, все больше привлекают летальную концентрацию (ЛК).

Этот параметр выражает количество яда в определенном объеме воздуха (обычно в мг/л или в мг/м³), которое вызывает смерть. По тем же причинам, что и в случае летальной дозы, вводится средняя летальная концентрация (ЛК 50), то есть концентрация, при которой погибает 50 % подопытных животных. В этом случае, как и в произведениях Ct, концентрация зависит от конкретного времени воздействия, которое обязательно надо указывать при значении летальной концентрации. Если специально не оговорено, то, как правило, летальная концентрация относится к экспозиции 10 мин. Наряду с необходимыми сведениями о породе животного особое значение имеет такая характеристика, как промежуток времени до наступления смерти.

Точно так же, как и для ЛД, нельзя переносить значения летальных концентраций на людей. При одной и той же экспозиции (в данном случае 10 мин) при более высоких концентрациях смерть наступает часом раньше, чем при меньших количествах. При создании боевых концентраций токсичных отравляющих веществ, которые имеют целью уничтожение личного состава, стремятся к наивысшей технически достижимой концентрации, чтобы добиться наибольших потерь при меньшей экспозиции. Поскольку для современных отравляющих веществ боевая концентрация может значительно превышать летальную, как из-за высокой токсичности этих отравляющих веществ, так и из-за наличия необходимых средств применения, то экспозиция, требуемая для уничтожения или выведения из строя, достигает от нескольких минут, до секунд.