Токсикологическая оценка действия железа (неорганического соединения VΙII группы)

После однократного введения летальных доз Ж., FeS0₄. или FeCl₂ в желудок у погибших крыс некрозы в желудке и кишечнике, особенно тонком, тромбоз сосудов желудочно-кишечного тракта, печени, почек, сердца, легких мозга. Содержание Ж. в крови кроликов и собак, получивших FeSO₄ и или FeCl₂ в дозах 150—700 мг/кг (в — пересчете на Ж.) достигало 300—400 мг%, при этом резко снижалась вплоть до полного прекращения свертываемость крови; часть животных погибала.

Введение в трахею крыс восстановленного Ж. в первые месяцы вызвало воспалительно-пролиферативную реакцию, а через 6—12 мес. разрастание соединительной ткани вокруг, бронхов и сосудов и эмфизему легких. После интратрахеального введения крысам 50 мг оксида Ж.(Ш) в первые месяцы — только скопление пыли, через 6 мес. — вокруг этих скоплений развитие соединительно тканевых клеток; в последних обнаружен ряд ферментных нарушений. При введении в трахею пыли железорудного агломерата (Fe₂0₃ и FeO) у крыс медленно развивались склеротические изменения в дыхательных путях. Пыль от сжигания электродов и чистого Fe₂0₃ при введении в трахею кроликов вызвала развитие узелковых образований. Их число и интенсивность со временем уменьшились за счет очищения легких от рентгеноконтрастного Fe₂О₃, но и через 16—17 мес. отмечалась картина, напоминающая узелковый пневмокониоз. Через 1 мес. после введения в трахею порошка оксида Ж.(III) с содержанием до 98 % Fe₂0₃ появлялись утолщение межальвеолярных перегородок, гиперплазия периброихиальных и периваскулярных лимфоидных скоплений, формировались пылевые узелки. К сходным изменениям приводило иитратрахеальное введение пыли основных цехов металлургических заводов и пыли окалины; в более поздние сроки присоединялись очаговая эмфизема и хроническая неспецифическая пневмония. Сравнивая кониозоопасность пыли железной руды, чистого Fe₂0₃, кварца и содержащих кварц смесей, Леонова приходит к выводу, что степень склеротической реакции в легких зависит от содержания в пыли SiО₂. В то же время Landwehr et al. показали, что большей фиброгенностью обладает железный шпат; красный и бурый железняки оказались более инертными, хотя содержат больше кварца. После интратрахеального введения пыли никель-цинковых ферритов в дозах 20, 30 и 40 мг до 35 % крыс погибало. На вскрытии — хронический гнойный бронхит, метаплазия покровного эпителия слизистой оболочки бронхов; через 12 мес. — выраженный перибронхиальный склероз. Изменения напоминают те, что отмечены после введения оксида никеля (II).

Человек. Реальную опасность острого отравления при приеме внутрь представляют железо, поступающее в организм в составе лекарственных средств, и сульфат Ж.(II). Препараты Ж. занимают шестое место среди наиболее частых причин отравления у детей до 5 лет. В США ежегодно регистрируется до 2000 острых отравлений у детей, чаще всего FeSO₄. Высокий процент пострадавших требует госпитализации; по этому показателю Ж. относят к числу наиболее токсичных веществ. После приема внутрь токсических доз FeSO₄ или чистого Ж. (для человека ЛД₅₀ = 200 – 250 мг/кг) тошнота, рвота с примесью крови, боли в животе, жидкий стул черного цвета из-за образования сульфида Ж (II). Ощущение жара, гиперемия в области головы и шеи, снижение артериального давления, диспноэ, цианоз, резкое снижение свертываемости крови. В тяжелых случаях после кажущегося улучшения в течение 2—3 сут появляются признаки поражения печени, желтуха, развиваются метаболический ацидоз, вазомоторный коллапс, шок — главные причины смертельных исходов. На вскрытии — кровоизлияния и диффузный некроз слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, импрегнация Ж. портальной системы, жировая дистрофия и массивные некрозы в печени. Концентрация Ж. в плазме может достигать 9000 мкг %. В случае выздоровления химический ожог часто приводит к стенозированию привратника.

В случае отравления 19-месячного ребенка, принявшего около 3 г FeSО₄, через 34 ч появились признаки перитонита; после лапоратомии обнаружен геморрагический некроз 45 см подвздошной кишки. Описан случай «железной лихорадки» у электросварщиков после работы в плохо вентилируемом помещении, в атмосфере пыли и паров, содержащих Ж. Симптомы — усталость, потливость, повышение температуры (до 38,3 — 39,3 °С), лейкоцитоз. Считают, однако, что вдыхание аэрозоля Fe₂0₃, в отличие от ZnO, либо вовсе не ведет к развитию «литейной лихорадки», либо требуются практически трудно достижимые концентрации оксидов Ж. В данном случае количество Ж., поступившего с вдыхаемым воздухом, составило 89,5—233 мг.

Повторное и хроническое отравление. Животные. Повторное введение сульфата Ж.(II) в дозе 100 мг/кг в желудок привело к гибели крыс на 13—16 день. Спаивание с питьевой водой в течение 7 мес. при концентрации 10 мг/л сопровождалось уменьшением содержания SH-групп в сыворотке крови, при 100 и 1000 мг/л резко снижалось содержание в крови эритроцитов и НЬ, падала активность холинэстеразы крови. На вскрытии в клетках слизистой оболочки желудка и клетках печени обнаружены значительные скопления гемосидерина; при 1000 мг/л в тонком кишечнике выявлены очаги десквамации эпителия. Концентрация 0,3 мг/л оказалась недействующей, а 1 мг/л расценена как подпороговая.

Вдыхание порошка Ж. в концентрации 150—250 мг/м³ по 4 ч в день в течение 9 мес. вызвало отставание роста крыс, развитие воспалительно-пролиферативных изменений в легких с увеличением содержания коллагеновых белков в них. Отмечались также нерезкие дистрофические изменения клеток печени и почек. При вдыхании пыли оксида Ж. (III) и аэрозоля, образующегося при сварке, у кроликов и собак вначале скопление пылевых клеток в ткани легких, позже образовались пылевые очаги, выявлявшиеся в виде темных пятен при рентгенографии. Рентгенологические изменения в легких крыс, обнаруженные через 4—5 мес. после вдыхания 450 мг/м³ аэрозоля Fe₂0₃ трактовались как отложение рентгено-контрастной пыли. Непрерывное вдыхание аэрозоля Fe₂0₃ в течение 12 и 60 ч (200 и 50 мг/м³ в пересчете на ион Ж.) вызывало у крыс беспокойство, возбуждение, понос, жажду, изменение содержания SH-групп в крови. При концентрации аэрозоля Fe₂0₃ 0,5 мг/м³ через 2 мес. на вскрытии выявлены нарушения кровообращения в тканях головного мозга, легких, печени, надпочечников. Сходные изменения возникали при ингаляции сульфата Ж.(II) в концентрациях 150, 25 и 0,2 мг/м³ и хлорид а Ж. (II) — при 80, 20 и 0,2 мг/м³.

При ингаляции крысами железосодержащего аэрозоля конденсации (70—80 мг/м³, 3 ч ежедневно в течение 4, 6 и 9 мес.) выделено три фазы формирования легочного альвеолярного протеиноза (ЛАП): стадия накопления белково-липидного содержимого в альвеолах, стадия формирования пневмосклероза и эмфиземы и стадия разрешения ЛАП с возможным обратным развитием склероза и эмфиземы. Вдыхание пыли, выделяющейся при огневой резке стального лома (215 мг/м³, 5 ч ежедневно, 4 и 9 мес.), сопровождалось у крыс атрофическими изменениями слизистой оболочки бронхов, умеренным  перибронхиальным и периваскулярным склерозом, а также склерозом альвеолярных перегородок с явлениями эмфиземы. Вдыхание пыли железной руды (3900—4200 мг/м³, 6 ч в день в течение 16—24 мес.) не вызвало признаков общетоксического действия у крыс и собак, но постепенное насыщение легких пылью привело к блокаде лимфатических путей легких, плевры, средостения и диафрагмы. Все это обусловило развитие склероза в межуточной ткани легких (Леонова). Железорудная пыль в концентрациях 347—19 147 частиц в 1 м³ или около 1000 мг/м³ вызывала заметные морфологические изменения в периферической нервной системе легких кроликов и поражение желез конъюнктивы глаз у собак.

Токсические свойства ферритов в основном определяются входящими в них другими металлами. Так, пыль марганец-цинковых и магний-марганцевых ферритов вызывает не только фиброгенный, но и общетоксический эффект — похудание; дистрофию ряда внутренних органов; при вдыхании пыли марганец-цинковых ферритов, содержащих 70 % Fe₂0₃; 20% МnО и 10% ZnO (50 мг/м³, 12 мес.), у крыс отмечены изменения состава крови, угнетение фагоцитарной активности лейкоцитов, снижение активности агглютининов, бронхиты, перибронхиальный склероз. Пыль бариевых ферритов (85% Fe₂0₃ и 15% ВаО; 10, 30, 200 и 400 мг/м³, 9 мес.) вызвала тенденцию к повышению активности пероксидазы, каталазы, холинэстеразы, трансаминаз, содержания аскорбиновой кислоты в легких и фиброзные изменения в них. Весьма токсичны никель-цинковые ферриты. После ингаляции их аэрозоля (100—200 мг/м³, 12 мес.) часть крыс погибла; на вскрытии — хронический бронхит и выраженный перибронхиальный склероз. Концентрация 10 мг/м³ (6 мес. по 5 ч ежедневно) оценивается как минимальная действующая. Вдыхание в течение 4 мес. бариевого феррита при концентрации 0,410 мг/м³, марганец-цинкового при 0,48 и никель-цинкового при 0,50 приводит к существенным изменениям в крови потомства крыс. Выявлена несколько большая токсичность необработанной смеси ферритов по сравнению с обожженной.

Расчетная пороговая концентрация для Ж. и его соединений при хроническом воздействии по СПП составляет 0,028— 0,25 мг/м³, по изменению содержания SH-групп в крови 0,038— 2,1 мг/м³, по изменению активности холинэстеразы в крови 6,27—2,8 мг/м³.

Человек. При контакте с Ж. и его соединениями проявляется общетоксическое действие металла, раздражающее действие на верхние дыхательные пути, пневмокониотические изменения. Так, при воздействии пыли Ж. у работающих выявлены астено-вегетативный синдром с сосудистой дистонией; нарушения функции печени; снижение желудочной секреции; моноцитоз, эритропения с высоким содержанием Ж. в эритроцитах; большая, чем в контроле, частота миокардиодистрофий. Заболевания гастритами и дуоденитами наблюдались у рабочих, обрабатывающих пириты. Нарушение обоняния отмечали у рабочих доменного и мартеновского производств. Среди электросварщиков, сталеваров часты воспалительные заболевания верхних дыхательных путей. Длительное (5—25 лет) вдыхание железорудной пыли вызывает, кроме того, гиперплазию, а затем атрофию слизистой полости носа и небных миндалин, метаплазию мерцательного эпителия верхних дыхательных путей. У рабочих железорудных шахт и горнообогатительных фабрик особенно часты хронические бронхиты, иногда астмоидные с эмфиземой. Встречаются стоматиты, воспаление десен, поражения зубов, лейкоплакии на слизистой рта. На вскрытии умерших горнорабочих железорудных шахт обнаружены значительные деструктивные изменения на всех уровнях бронхиального дерева; в частности, обнаружено замещение реснитчатых клеток бокаловидными, иногда образующими пласты, выступающие в виде сосочков в просвет бронхов.

Существует точка зрения, что пыль железа или чистых оксидов Ж. не фиброгенна. Однако у рабочих, имеющих контакт только с чистой пылью Ж. без примеси Si0₂ (заточка стального инструмента, очистка деталей от ржавчины, прокат железных листов, электросварка с применением голых электродов) обнаружены изменения, сходные с картиной силикоза I—II степени; на вскрытии умерших находили милиарные узелки, представляющие собой скопления пылевых клеток с многочисленными коллагеновыми волокнами, и утолщение альвеолярных перегородок. Рентгенологически сидероз обнаружен у рабочих, подвергавшихся воздействию дыма оксида Ж.(III), образующегося при сгорании железного порошка и при операциях, связанных с работой электрической дуги; концентрации Fe₂0₃ при этом достигают 10 мг/м³. Концентрации Fe₂0₃ в пределах до 5,7 мг/м³ сидероза не вызывают. Работа в цехе железных порошков (20—385 мг/м³) сопровождается только деформацией легочного рисунка и уплотнением корней легких, а также значительными изменениями функций легких.

У рабочих, занятых измельчением красковых руд в производстве сурика (содержание пыли на рабочих местах 6,3— 47,8 мг/м³, свободного Si0₂ до 5,1 %), пневмокониоз встречается в 2,5 раза чаще, чем в железорудных шахтах (хотя в пыли шахт 9—49 % свободного Si0₂). Сроки развития заболевания в производстве сурика в 2 раза короче Кроме быстрого развития эта разновидность пневмокониоза имеет следующие особенности: доброкачественное течение, редкое присоединение туберкулеза, сохранение нормальной вентиляционной функции легких при выраженном их поражении, несоответствие между выраженной рентгенологической картиной поражения легких и клиническим благополучием. Карпата предлагает выделить понятие «суриковый пневмокониоз», который развивается быстрее сидеросиликоза и даже силикоза (2—3 года). Пыль конвертерного производства (85—93 % оксидов Ж., 3,4—5,2 % общего Si0₂, 1—2,1 % свободного Si0₂; не более 0,5 % Cr, Mn, V и S) вызывает пневмокониоз, напоминающий пневмокониоз сварщиков. У сталеваров, вдыхающих пыль, содержащую 60—70 % оксидов Ж., до 9 % свободного Si0₂, а также легирующие элементы (в зоне дыхания 4,2—74 мг/м³), выявлена картина двустороннего ветвисто-ячеистого фиброза с доброкачественным течением. При обследовании рабочих литейных со стажем 10 лет, вдыхавших аэрозоли с 37,4—90 % Fe₂О₃ и 1,5— 16,3 % свободного Si0₂, рентгенологически выявлены в легких узелки, предположительно объясняемые непрозрачностью Fe₂0₃. Однако среди 466 рабочих чугунолитейного производства выявлено 61 % пневмокониоза (большей частью I степени), связанного с вдыханием Ж. Пневмокониоз (сидероз, силикоз) был выявлен при добыче железной руды, где рабочие подвергаются воздействию пыли Fe₂0₃ и Si0₂. Он характеризовался усилением и деформацией сосудистого рисунка в средних долях легких и наличием узелковых теней размером 2—4 мм. На вскрытии умерших рабочих обнаруживали диффузные склеротические изменения, отложение Fe₂0₃ в периваскулярной и перибронхиальной ткани. Среди рабочих железных рудников со стажем более 10 лет сидероз был выявлен в 33 % случаев. У электросварщиков рентгенологически обнаруживаются изменения типа узелково-клеточного пневмокониоза. В легких умерших сварщиков со стажем 16—17 лет находили фиброз. Пневмокониотические изменения в легких выявлены при огневой резке черных металлов. Неосложненный пневмокониоз электросварщиков и газорезчиков в большинстве случаев выражен слабо и характеризуется доброкачественным течением. Редко осложняется туберкулезом (до 14 %). Морфологическим субстратом является рентгеноконтрастная пыль Ж., пневмокониоз же выражен слабо и не формируется в фиброзные узелки, свойственные склерозу. Не исключено обратное развитие процесса после прекращения контакта с пылью.

Рак легких был обнаружен у 17 горняков гематитовых рудников. Первичный рак легких наблюдается обычно у рабочих старше 50 лет с большим стажем работы и сидеросиликатическим фиброзом легких. Чаще поражаются верхние доли и периферические отделы легких, частота и интенсивность метастазирования меньше, чем обычно. На вскрытии умерших горнорабочих обнаружены метаплазия мерцательного эпителия бронхов, глубокие деструктивные изменения слизистой на протяжении бронхиального дерева.

8. Специфические эффекты

Местное действие. Иногда вследствие попадания мельчайших частиц Ж. и их окисления на коже появляются небольшие желтые пятна. При прекращении работы с Ж. они постепенно исчезают. Описаны единичные случаи аллергических контактных дерматитов при работе с солями Ж. Раздражающими и сенсибилизирующими свойствами обладает сварочный аэрозоль. Ж. относят к сенсибилизаторам кожи, вызывающим дерматозы как правило прямым контактным путем. Описана вторичная глаукома после внедрения в глаз осколков Ж. или стали; причина — закупорка путей оттока макрофагами, заполненными частицами Ж.

9. Комбинированное и сочетанное действие

Подпороговые концентрации в воде водоемов, определяющиеся по органолептическим показателям: сульфат и нитрат Ж. (III), гидроксид Ж. (II), 0,5 мг/л, хлорид Ж.(III) 0,9 мг/л. Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоема, для Fe(OH)₂ 0,5 мг/л, для Fe₂(S0₄)₃ 1,25 мг/л; максимальная концентрация, которая при постоянном воздействии в течение сколь угодно длительного времени не вызывает нарушений биохимических процессов, для Fe(OH)₂ 2,6 мг/л, для FeCI₃ 5 мг/л.

Гидробионты. Токсичность соединений Ж. в воде зависит от рН. В щелочной среде токсичность для рыб резко возрастает, так как образуются гидроксиды Ж., которые осаждаются на жабрах, закупоривают их и разъедают. Кроме того, Ж.(II) легко переходит в Ж. (III)., которое связывает растворенный в воде кислород, приводя к массовой гибели рыб и других гидробионтов. При концентрации хлорида Ж.(III) 0,2 мг/л гибнут караси и вьюны, при 0,6—'9,0 мг/л — колюшка; сульфат Ж.(III) в концентрации 0,7—2,9 мг/л вызывает гибель карпов и лещей, а оксид Ж.(Ш) при 2 мг/л —гибель форели, лосося, плотвы. Вода, содержащая Ж., непригодна для инкубации икры рыб, так как гидроксид его осаждается па ней и жабрах мальков и вызывает их массовую гибель. Очень чувствительны к гидроксиду Ж.(III) моллюски, прудовики, улитки. Для дафний токсичны FeCl₃ (130 мг/л) и Fe₂(S0₄)₃ (152 мг/л). Оптимальная концентрация для водорослей 0,14—1,4 мг/л.