Нейротропные токсиканты как вредный и опасный производственный фактор (обзор литературы)

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно тысячи людей в мире страдают от воздействия нейротоксикантов. В России случаи отравления нейротоксикантами составляют примерно 75% от общего числа отравлений [1, 2]. На производстве наиболее распространены отравления свинцом, марганцем, ртутью, монооксидом углерода, сероуглеродом, метанолом, бензином и др. [3, 4]. Нейротропные токсиканты вызывают первичное поражение центральной нервной системы (ЦНС), преодолевая гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) [5]. При поступлении токсиканта в организм клиническая психоневрологическая симптоматика будет зависеть от степени воздействия на центральную, периферическую или вегетативную нервную систему [1, 6].

В данной статье систематизирована информация о веществах нейротоксического действия, встречающихся на производстве, кратко представлен их механизм действия, а также приведены некоторые случаи отравления нейротропными токсикантами. Выполнен анализ оригинальных исследований, посвящённых отравлениям нейротоксикантами, из библиографических и реферативных баз данных: PubMed, Scopus, Web of Science, НЭБ (eLIBRARY.RU) и CyberLeninka. По результатам целевого поиска отобраны 82 полнотекстовые публикации, из которых 50 полностью соответствуют указанным критериям включения.

Для более корректного и логичного описания нейротропных токсикантов, являющихся вредным и опасным фактором на производстве, целесообразно их классифицировать по классам опасности (1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – умеренно опасные, 4 – малоопасные) и по происхождению: тяжёлые металлы и их соли, полуметаллы, продукты горения и органические растворители.

Согласно ГОСТ 12.1.007¹, тяжёлые металлы относятся к первому и второму классам опасности. В России свинцовая интоксикация среди профессиональных болезней занимает первое место [7]. Острое отравление свинцом чаще всего наблюдается у работников предприятий, занимающихся его добычей и переработкой. Более 75% добываемого свинца используется для производства свинцово-кислотных батарей. Свинец также содержится в красках, припое, боеприпасах, некоторых косметических средствах и средствах народной медицины, особенно в Индии. Кроме того, свинец может присутствовать в питьевой воде, если она проходит через свинцовые трубы [8, 9].

По оценкам Института показателей и оценки здоровья (США, 2021 г.), последствия воздействия свинца, в основном в виде болезней системы кровообращения, стали причиной более 1,5 млн случаев смерти во всём мире [10]. Согласно отчёту ЮНИСЕФ за 2020 г., до 800 млн человек во всём мире имеют повышенный уровень свинца в крови [11]. В мире 0,6% причин заболеваемости имеют свинцовую этиологию. Основные пути воздействия свинца на человека – вдыхание пыли, содержащей свинец, употребление загрязнённой пищи и воды. Долговременное воздействие свинца может вызывать неврологические расстройства, нарушения пищеварения, анемию и нарушения функций почек [5, 7]. В связи с этим во многих странах вводятся строгие требования и стандарты контроля при использовании свинца. На производственных предприятиях, согласно приказу Минтруда России от 19.04.2017 № 371н², при изготовлении и использовании свинцовых форм должны соблюдаться меры безопасности, предупреждающие загрязнение свинцом воздуха рабочей зоны и кожных покровов работников.

Литературные данные указывают на то, что свинец способен активировать процессы свободнорадикального окисления в крови, клетках мозга, печени и миокарда [12]. Свинец, будучи политропным ядом, оказывает токсическое воздействие на нервную и сердечно-сосудистую системы, большинство внутренних органов [13]. При попадании в организм свинец накапливается в сосудистой системе, в том числе аорте, а также в жизненно важных органах – почках и печени. Он вызывает развитие окислительного стресса, нарушает NO-продуцирующую функцию эндотелия сосудов и снижает продукцию оксида азота, который является основным вазодилататором. Это приводит к формированию патологического процесса, известного как дисфункция эндотелия, что увеличивает тонус сосудов, вызывает вазоконстрикцию и повышение артериального давления. Свинцовая интоксикация способствует повреждению внутренних органов и развитию необратимых патологических процессов в тканях [13, 14].

К первому классу опасности также относятся соединения ртути, применяемые во многих отраслях промышленности. Эти вещества максимально востребованы в атомной энергетике для термохимического разделения воды на кислород и водород, а также для растворения урановых блоков после окончания срока их эксплуатации. Ртуть применяется в аккумуляторах и контрольно-измерительных приборах (термометрах, манометрах, барометрах-анероидах), лампах дневного света, кварцевых лампах, полярографах, рентгеновских трубках, радиолах. С каждым годом возрастает число людей, контактирующих с ртутью, в основном из-за загрязнения биосферы вследствие деятельности промышленных предприятий [15].

Ртуть – тиоловый яд, проникающий в организм через дыхательные пути и ЖКТ. В основе патогенного механизма воздействия ртути лежит её взаимодействие с SH-, NH₂- и СООН-группами белков, приводящее к инактивации их функциональных групп и резкому изменению ферментативной, гормональной и иммунологической активности [16]. Признаки интоксикации ртутью: тремор пальцев вытянутых рук, слабость, лабильность пульса, тахикардия и гипертония, ярко-красный стойкий дермографизм [17]. У больных с хронической ртутной интоксикацией проявляются выраженная слабость, постоянные головные боли, бессонница и повышенная раздражительность. Данные изменения происходят на фоне функционального расстройства нервной системы по типу астеноневротического или астеновегетативного синдромов [15].

Марганец относится ко второму классу опасности и широко применяется на производстве как легирующий элемент для улучшения прочности, твёрдости и устойчивости стали к коррозии, улучшения механических свойств чугуна, в производстве аккумуляторов, особенно в щелочных батареях, в химической промышленности. Соединения марганца используют в сельском хозяйстве для производства удобрений и кормов для животных. В медицине марганец используется в качестве антисептического средства и как антидот цианидов [18]. Чаще всего отравления, вызванные воздействием на организм марганца, встречаются у людей, работающих в химической, горной и металлургической промышленности, в частности при сварке с использованием марганецсодержащих электродов и флюсов. Марганец участвует во многих биохимических процессах: синтезе и обмене нейромедиаторов, жировом и углеводном обмене и многих других. При увеличении поступления марганца в организм он превращается из эссенциального микроэлемента в экотоксикант, что приводит к неблагоприятным последствиям [6, 19].

Нейротоксическое действие марганца обусловлено его тропным действием к подкорковым структурам головного мозга. После попадания в кровь марганец взаимодействует с белками плазмы, затем попадает в эритроциты и далее в другие ткани и органы. Марганец обладает свойствами разобщителя дыхания и окислительного фосфорилирования: нарушает функционирование мембранных митохондриальных структур, изменяет энергетику клетки, фактически лишая организм возможности полноценного функционирования. Марганец накапливается в эндокринных железах, костной ткани, а также в мозге, образуя в нём более прочные связи. Проникая через ГЭБ, марганец вызывает органические изменения преимущественно в экстрапирамидной системе. Выведение марганца происходит медленно через желудочно-кишечный тракт, в меньшей степени – через почки и другими путями. Марганец и его соединения могут вызывать как острую, так и хроническую интоксикацию [6, 20].

Клинические симптомы при отравлении марганцем представлены психоорганическим синдромом с аффективными неврозоподобными расстройствами, а также нарушениями когнитивных функций, органическими расстройствами личности и поведения. Наблюдаются нарушения плавности движения, пошатывание при ходьбе, дислексия, а также болезненность в мышцах [21].

Второй по происхождению группой промышленных нейротропных токсикантов являются продукты горения: сероуглерод и монооксид углерода – второй и четвёртый классы опасности соответственно. Сероуглерод активно применяется в химической промышленности как растворитель сложных каучуков, масел, жиров, при производстве резины, сельскохозяйственных химикатов и фармацевтических препаратов. Сероуглерод относится к высокотоксичным веществам, способным даже при кратковременном контакте причинить вред здоровью человека и привести к серьёзным последствиям, вплоть до летального исхода [22]. В конце 1980-х годов в Корее произошла масштабная трагедия, связанная с отравлением сероуглеродом, на предприятии по производству вискозы: у 830 пострадавших работников, из которых 38 погибли, было диагностировано отравление сероуглеродом [23].

Сероуглерод проникает в организм через органы дыхания и кожу. Это политропный яд с наркотическим действием, поражающий высшие отделы ЦНС, вызывающий нарушения функций системы кровообращения, желудочно-кишечного тракта, токсические гепатиты. Основными поражающими агентами при интоксикации сероуглеродом выступают сам токсикант и продукты его метаболизма в организме – сульфаты, окислённые и эфиросвязанные фракции серы. Повреждающее действие сероуглерода обусловлено способностью соединяться с аминогруппами белков и аминокислот, что приводит к инактивации ферментных систем, содержащих функционально активные сульфгидрильные (–SH) группы, и воздействию на липидный обмен [24]. Существует вероятность кумуляции сероуглерода в организме. Он накапливается в тканях, особенно в нервной, проходит через плацентарный барьер и вызывает эмбриотоксическое действие. Часть сероуглерода окисляется до неорганического сульфата и выводится с мочой и калом. Сероуглерод может вызывать острые и хронические интоксикации [25].

При лёгкой форме отравления сероуглеродом наблюдаются такие симптомы, как головная боль, головокружение, ощущение опьянения, также возможны тошнота и рвота. Часто отмечаются шаткая походка и тактильные галлюцинации. Постепенно развиваются изменения психического состояния, в том числе повышенная раздражительность, колебания настроения и снижение памяти и интереса к привычной деятельности. При своевременном лечении прогноз благоприятный. В случае тяжёлой формы острого отравления клиническая картина напоминает наркоз: уже через несколько минут воздействия высоких концентраций сероуглерода (более 10 мг/м³) происходит потеря сознания. После этого наступает резкое возбуждение, сопровождающееся судорогами, затем развивается глубокий наркоз и исчезают все рефлексы, в том числе роговичный и зрачковый. Возможна смерть вследствие остановки деятельности сердца [26].

Не менее опасен на производстве такой химический фактор, как продукт горения монооксид углерода (СО). В России отравления СО занимают второе место по смертности среди острых интоксикаций, уступая лишь этанолу, – 2,1–4,4% от общего числа госпитализированных пациентов с острыми отравлениями [27]. Основной причиной отравления монооксидом углерода является воздействие химического поражающего фактора в условиях пожара, поскольку при сгорании любых углеродсодержащих материалов образуется CO [28].

На рисунке представлено распределение по объектам (исключая жилые помещения) пожаров в России в 2024 г. с указанием их количества [29].

Представленные данные показывают, что возгорания, сопровождающиеся пожарами, происходят практически в любых зданиях и сооружениях, где человек осуществляет профессиональную деятельность, следовательно, существует и высокий риск отравления монооксидом углерода.

Источниками интенсивного образования СО также являются: газовые водонагреватели, керосиновые печи и обогреватели, древесноугольные грили, снабжаемые пропаном печи, бензиновые и дизельные электрогенераторы, бензопилы, тягачи и буксировщики, устройства для распыления красок, лаков, растворителей и др. [30].

Монооксид углерода попадает в организм ингаляционным путём, преодолевая аэрогематический барьер, и, связываясь с гемоглобином, образует карбоксигемоглобин, который не может транспортировать кислород. Это затрудняет отдачу кислорода тканям и может вызывать повреждение центральной нервной и сердечно-сосудистой систем даже после интоксикации. Также механизм токсического действия СО включает образование карбоксимиоглобина, связывание цитохромоксидазы, стимуляцию выработки NO и активацию липидной пероксидации в головном мозге. Ведущая роль в механизме действия СO отводится формированию гемической гипоксии и нарушениям энергетического обмена. Монооксид углерода выводится из организма в основном через дыхательные пути, а также в небольших количествах через кожу, желудочно-кишечный тракт и почки. Полное выведение СО наступает в течение 12 ч [28]. Для отравления лёгкой степени характерны следующие симптомы: головная боль, головокружение, снижение остроты зрения, умеренное оглушение, тошнота, покраснение кожных покровов, тахикардия, артериальная гипертензия, боли в грудной клетке. Для отравления средней степени тяжести характерны наряду с указанными выше симптомами усугубление тяжести оглушения, состояние сомноленции, возможно появление парезов. При тяжёлом отравлении развиваются сопор и гипоксическая кома, мышечная атония (чаще) или гипертония с гиперрефлексией (реже), судороги, нарушается ритм дыхания, имеют место нарушения сердечного ритма, артериальная гипотензия [30].

Согласно данным Роспотребнадзора, ежегодно в России регистрируют ≈ 1200 острых отравлений метанолом (метиловым спиртом), из них более 80% заканчиваются летальным исходом [31].

Метанол (метиловый спирт, карбинол) представляет собой легковоспламеняющуюся бесцветную жидкость. Физико-химические свойства метанола определяют его широкое применение: он используется для производства уксусной кислоты, в качестве компонента антифризов, стеклоомывающих жидкостей, растворителя красок и в коммунальном снабжении [32]. Отравления часто происходят при употреблении метанола с целью опьянения, так как он по внешнему виду, запаху и вкусу неотличим от этилового спирта. В структуре причин отравлений спиртосодержащей продукцией метиловый спирт составляет 10% от общего количества. Не менее серьёзной проблемой остаются отравления метанолом на производстве вследствие следующих причин:

• вдыхание паров, так как метанол может испаряться и поступать через дыхательные пути, особенно в закрытых помещениях;
• длительный контакт с кожей, который может привести к абсорбции метанола;
• случайное проглатывание в результате неправильного обращения с веществом и нарушения техники безопасности.

Попадая в организм человека, метиловый спирт очень быстро всасывается. Распад его происходит иначе, чем распад этанола [33]: образуются промежуточные продукты (формальдегид и муравьиная кислота), что оказывает токсичное влияние на организм. Формальдегид является канцерогеном и может вызывать повреждение клеток, особенно в ЦНС, а муравьиная кислота вызывает метаболический ацидоз, приводящий к нарушению кислотно-щелочного баланса в организме и повреждениям тканей и органов, особенно нервной системы и глаз [34].

Отравление метиловым спиртом может развиться при поступлении в организм 7–8 мл, а смертельное – 30–100 мл. Тяжёлые отравления могут возникать при пероральном приёме, а также при ингаляции или инстилляции на неповреждённую кожу [31]. При поступлении в организм метиловый спирт через 6 ч всасывается в кровь [35], а окисляется значительно медленнее этилового [36]. Основные симптомы отравления метиловым спиртом: головная боль, головокружение, тошнота, рвота, понос, синюшность кожи и слизистых, нарушение координации, дрожь, судороги, отёк и поражение зрительного нерва, что может привести к слепоте и смерти [33].

В странах с интенсивной нефтедобычей и нефтеперерабатывающей промышленностью проблема отравлений нефтепродуктами приобретает особую актуальность, что обусловлено высокой концентрацией опасных производственных объектов в данной сфере.

Анализ ежегодных отчётов Ростехнадзора за 2011–2023 гг. показывает значительные масштабы инцидентов, связанных с разливом нефтепродуктов на подконтрольных объектах нефтегазопереработки, нефтехимии и нефтепродуктообеспечения. За указанный период было зафиксировано 229 чрезвычайных ситуаций (ЧС), связанных с разливом нефтепродуктов. Из них 86 случаев классифицированы как взрывы, 81 случай – как пожар, 62 случая характеризуются выбросом опасных веществ [37].

Продукты, получаемые в результате переработки нефти и газа (различные виды топлива для двигателей, смазочные масла, битумы, нефтяной кокс и др.), как правило, обладают высокой токсичностью.

Нефть является ценным сырьём для производства медицинских препаратов, компонентов парфюмерной промышленности, синтетического каучука, пластмасс, жиров и кислот [38]. Работники нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности подвергаются воздействию как сырой нефти на промыслах, так и продуктов её переработки на заводах. В производственных циклах используются различные реагенты (кислоты, щёлочи, растворители и катализаторы), что повышает риск профессионального воздействия токсичных веществ [39]. Основной путь проникновения нефтепродуктов в организм человека – органы дыхания. Вдыхание паров нефтепродуктов инициирует комплекс патологических изменений в дыхательной системе. В частности, возникает раздражение эпителия дыхательных путей, что может привести к развитию кашля, диспноэ и воспалительным процессам в лёгочной ткани [40]. Кроме того, углеводороды, входящие в состав нефтепродуктов, являются нейротоксическими веществами. Их воздействие на ЦНС проявляется в виде разнообразных неврологических симптомов, таких как головокружение, цефалгия, когнитивные нарушения и потеря сознания. При длительном или интенсивном контакте с токсическими веществами возможно развитие более серьёзных неврологических расстройств, в том числе эпилептических припадков и психотических состояний [41].

Механизм патогенного действия нефтепродуктов основан на индукции окислительного стресса, что приводит к образованию активных форм кислорода и свободных радикалов. Эти метаболиты обладают высокой реакционной способностью и могут повреждать клеточные мембраны, ДНК и другие биомолекулы, создавая предпосылки для развития злокачественных новообразований. Кроме того, при длительном воздействии нефтепродуктов нарушается работа эндокринной и иммунной систем, что способствует развитию системных патологических процессов. В частности, наблюдаются изменения гормонального баланса и иммуносупрессивные эффекты, повышается риск возникновения хронических болезней [41].

Широкое применение бензина в промышленности обусловливает многочисленные отравления этим токсикантом (ингаляционные и пероральные); известны случаи развития «бензинной» пневмонии, развивающейся преимущественно у шофёров и работников складов горюче-смазочных материалов. Высокая концентрация паров бензина (30–40 мг/л и выше) вызывает кислородное голодание мозга из-за вытеснения кислорода, что может привести к летальному исходу [42].

Исследование кинетики органических растворителей, к которым и относится бензин, показало их значительное накопление в тканях, богатых липидами, особенно в нервной ткани, что связано с их сродством к жирам. Эти вещества легко проникают через клеточные мембраны и ГЭБ. Благодаря лучшему кровоснабжению нервная система насыщается неэлектролитами быстрее, чем жировая ткань, что объясняет их наркотическое действие. Даже после прекращения контакта с растворителем уровень вещества в крови может оставаться высоким из-за его обратного поступления из жировых тканей, несмотря на выведение метаболитов из организма [43].

Вдыхание паров бензина вызывает острые и хронические отравления. Острые отравления сопровождаются состоянием опьянения, истерическими припадками, болтливостью, весёлостью, тремором, головокружением и сонливостью. В тяжёлых случаях наблюдаются галлюцинации, обмороки, судороги, повышение температуры тела. Хроническое отравление вызывает раздражительность, головокружение, поражение печени, ухудшение сердечной деятельности. При попадании внутрь возникают рвота, головная и брюшная боль, диарея, увеличение печени, желтушность склер [44].

Использование в промышленности циансодержащих соединений может привести к потенциальным рискам острых отравлений как в результате аварий на химически опасных объектах, так и из-за нарушения техники безопасности на предприятиях металлургической промышленности, при производстве пластмасс и резины, ювелирных изделий, отбеливании в кожевенном производстве и др. Пожары, сопровождающиеся выделением токсичных продуктов горения синтетических материалов, таких как полиуретан, полиакрилонитрилы, меламиновые смолы, синтетический каучук и др., также несут опасность отравления цианидами. В настоящее время 90% цианида используют в органическом синтезе, а оставшиеся 10% – в золотодобыче. В глобальном масштабе промышленное потребление цианидов составляет 1,5 млн тонн в год [45].

Цианид представляет собой высокотоксичное вещество, механизм действия которого основан на нарушении клеточного дыхания. При попадании в организм цианид связывается с ферментом цитохром-с-оксидазой в митохондриях клеток. Этот фермент играет ключевую роль в процессе окислительного фосфорилирования, при котором кислород превращается в воду, а энергия сохраняется в форме аденозинтрифосфата (АТФ) – основного источника энергии для клеток. Связывание цианида с цитохром-с-оксидазой приводит к блокировке использования кислорода клетками, даже если его уровень в крови остаётся нормальным. Это состояние, известное как тканевая гипоксия, вызывает значительное нарушение энергетического обмена. В результате блокировки окислительного фосфорилирования клетки теряют способность производить достаточное количество АТФ, что приводит к нарушению их функций и в итоге к гибели. Клинические проявления отравления цианидом могут варьироваться от головной боли и головокружения до более серьёзных симптомов, таких как затруднённое дыхание, судороги, спутанность и потеря сознания. В тяжёлых случаях возможны развитие комы и летальный исход [46].

Мировое производство теллура за 2023 г. составило ≈ 700 т, лидерами являются Китай (430 т), Россия и Япония (по 75 т), Канада и Швеция (более 25 т) [47]. Теллур является химическим элементом (полуметаллом), который используется в различных отраслях промышленности – производстве полупроводниковых составных материалов, в том числе солнечных батарей, детекторов излучения, термоэлектрических материалов. Также его добавляют к различным металлическим сплавам для улучшения обрабатываемости стали или меди, повышения прочности и долговечности свинца. Работники производств подвергаются воздействию пыли, паров или аэрозолей, содержащих теллур, что приводит к интоксикации организма. Теллур и его летучие соединения токсичны и поражают в первую очередь внутренние органы, ЦНС, органы дыхания [48].

Механизм отравления теллуром связан с несколькими ключевыми процессами, в том числе ингибированием ферментов и окислительным стрессом. Теллур способен связываться с сульфгидрильными группами (–SH) в белках и ферментах, что приводит к их инактивации. Это ингибирование нарушает нормальные метаболические процессы (окислительно-восстановительные реакции и энергетический обмен) и может повлиять на функционирование ключевых ферментов, участвующих в клеточном дыхании, привести к снижению выработки аденозинтрифосфата (АТФ) и, как следствие, к нарушению клеточной функции [49].

Метаболизм теллура в организме также приводит к образованию свободных радикалов, которые являются высокореактивными молекулами. Эти свободные радикалы способны повреждать клеточные мембраны, ДНК и другие важные молекулы, что инициирует каскад реакций, способствующих клеточной гибели и воспалительным процессам. Окислительный стресс, вызванный теллуром, может нарушать антиоксидантную защиту организма, усугубляя токсические эффекты. Клинические проявления отравления теллуром могут включать разнообразные симптомы – тошноту, рвоту, диарею, головную боль и общее недомогание. Характерными признаками являются металлический привкус во рту, а также изменение цвета кожи, известное как теллуремия, которое проявляется в виде темных пятен [48, 49].

Описанные выше данные обобщены и резюмированы в таблице. За основу взята таблица «Воздействие химических веществ и вызываемые ими нейротоксические синдромы. Клинические синдромы интоксикаций нервной системы») [50], дополненная данными авторов. В таблице перечислены нейротропные токсиканты и вызываемые ими нейротоксические эффекты поражения нервной системы.

Заключение

Изучение ретроспективы отравлений нейротропными токсикантами, встречающимися на производстве, показывает, что наиболее опасными работами являются производство электроприборов и гальванических покрытий, обработка железа, изготовление красок и др. Основные причины отравлений – несоблюдение техники безопасности, возникновение нештатных ситуаций и продолжительный контакт с токсикантом (хронические отравления).

Накопление токсикантов может привести к следующим проблемам:

• хронические поражения лёгких, болезни системы кровообращения;
• загрязнение питьевой воды при попадании токсикантов в водоёмы, что может вызвать отравления и болезни, такие как гастроэнтерит;
• накапливание токсикантов в организме, особенно в жировых тканях, в результате чего возникают хронические отравления, оказывающие влияние на нервную систему, печень и другие органы;
• нарушение функций эндокринной системы, приводящее к гормональным сбоям, репродуктивным проблемам и повышенному риску развития злокачественных новообразований;
• изменения в психическом здоровье при долгосрочном воздействии, вплоть до провоцирования тревожных и депрессивных состояний.

¹ ГОСТ 12.1.007. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

² Приказ Минтруда России от 19.04.2017 г. № 371н «Об утверждении Правил по охране труда при использовании отдельных видов химических веществ и материалов».