Rozpuszczalniki organiczne:
benzen i homologii- źródła, toksyczność, ocena narażenia.
Sonia Milewska
Kosmetologia III rok
BENZEN
Benzen C6H6
Temp. wrzenia: 136ºC
Prężność par w temp. 20ºC=2,04kPa
M. cz. 106,16
Występowanie, narażenie
Benzen stosowany jest w wielu gałęziach przemysłu jako rozpuszczalnik lub surowiec wyjściowy do dalszej syntezy.
Benzen i jego homologi otrzymuje się na drodze destylacji ropy naftowej oraz smoły węglowej.
W przemyśle stosuje się przeważnie benzen techniczny zawierający 70-80%benzenu, pozostała część to ksylen, toluen oraz inne węglowodory.
Ryzyko zatruć występuje najczęściej w przemyśle gumowym, chemicznym, farmaceutycznym, farb i lakierów oraz tworzyw sztucznych.
Losy w organizmie
Główna drogą wchłaniania benzenu jest układ oddechowy. Wchłania się całkowicie z przewodu pokarmowego oraz w znacznych ilościach przez skórę.
Retencja par benzenu w płucach wynosi początkowo 80%, następnie zmniejsza się do 50 %.
Duża lipofilność benzenu powoduje jego łatwe przenikanie do tkanek bogatych w lipidy.
Benzen kumuluje się w tkance tłuszczowej.
W wątrobie benzen ulega utlenianiu do epoksydu przez układ monooksygenaz zależnych od cytochromu P-450. Jest to produkt przejściowy, który ulega dalszym przemianom: nieenzymatycznemu przegrupowaniu do fenolu, głównego metabolitu benzenu (23-50%), reakcji z glutationem z utworzeniem kwasu fenylomerkapturowego (0,5%) oraz hydrolizie do 1,2- lub 1,4-dihydrodiolu (0,3%).Dihydrodiole ulegają dalszej przemianie do katecholu i hydrochinonu.
Produktem dalszej hydroksylacji katecholu i hydrochinonu jest 1,2,4-trihydroksybenzen. Niewielka część utworzonego epoksydu oraz katecholu ulega przemianie, polegającej na otwarciu pierścienia z wytworzeniem aldehydu, a następnie kwasu trans, trans-mukonowego, metabolitów odpowiedzialnych za uszkodzenie szpiku kostnego.
Fenol oraz wielofenole wydalają się po sprzęgnięciu z kwasem siarkowym i glukuronowym. W ciągu 48h u człowieka wydala się w postaci fenolu średnio 40% dawki benzenu. Średnio 50% niezmienionego benzenu wydala się przez płuca.
Mechanizm działania toksycznego
Benzen wywiera silne narkotyczne działanie na o.u.n., co jest spowodowane jego dużym powinowactwem do struktur lipidowych. Tkanką krytyczną dla benzenu jest szpik kostny. Za uszkodzenie szpiku kostnego odpowiedzialny jest zarówno sam benzen, jak też jego metabolity. Przypuszcza się, że metabolity benzenu powstałe w wątrobie, głównie pochodne dihydroksylowe oraz aldehyd mukonowy, są transportowane w formie niesprzężonej do szpiku kostnego, gdzie są utleniane do chinonów i semichinonów, aktywnych toksycznych metabolitów.
Inna teoria zakłada, że ok.. 10% wchłoniętego benzenu ulega biotransformacji w szpiku kostnym. Metabolity obecne w szpiku tworzą wiązania kowalencyjne z makrocząsteczkami komórkowymi, białkami i kwasami nukleinowymi. Przypuszcza się, że proces ten jest przyczyną uszkodzenia układu krwiotwórczego prowadzącego do niedokrwistości aplastycznej.
Metabolity benzenu wykazują działanie genotoksyczne wobec komórek krwi i szpiku kostnego, powodując aberracje chromosomowe oraz nasilenie wymiany chromatyd siostrzanych. W dużym powinowactwie metabolitów benzenu do kwasów nukleinowych upatruje się przyczyny choroby nowotworowej krwi (białaczki) u osób długotrwale narażonych na benzen.
Benzen osłabia funkcje immunologiczne organizmu, powodując zmniejszenie liczby neutrofilów oraz limfocytów T, a także zmniejszenie stężenia immunoglobulin IgM i IgG w surowicy.
Zatrucia ostre
W klinicznym obrazie zatrucia dominują zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego. Początkowo występują objawy pobudzenia przechodzące gwałtownie w stan osłabienia, znużenia, zaburzeń równowagi i widzenia, duszności. Obserwuje się drżenia, porażenia kończyn i utratę przytomności. Benzen działa drażniąco na błony śluzowe. Kontakt ze skóra powoduje jej podrażnienie i łuszczenie się.
Doustne zatrucie benzenem powoduje miejscowe działanie drażniące na błony śluzowe dróg oddechowych, a objawy są podobne do występujących po zatruciu drogą wziewną. Jest to spowodowane wydalaniem znacznej ilości benzenu przez płuca. W wyniku spożycia ok. 15cm3 benzenu dochodzi do zapaści, zapalenia oskrzeli, a często zapalenia płuc. Następstwem ostrych zatruć o ciężkim przebiegu mogą być zaburzenia psychiczne i uszkodzenia o.u.n. Jednorazowe narażenie nie wywołuje zmian w układzie krwiotwórczym.
Zatrucia przewlekłe
W długotrwałym narażeniu na benzen przeważają objawy uszkodzenia układu krwiotwórczego na trzech poziomach: krwinek czerwonych, krwinek białych i płytek krwi.
Występują objawy niedokrwistości makrocytarnej, małopłytkowości, lekopenii, neutropenii i eozynofilii. Zmniejszenie liczby leukocytów we krwi sprzyja zwiększonej podatności na infekcje. Zmniejszenie liczby płytek jest przyczyną zaburzeń krzepnięcia objawiających się krwawymi wybroczynami. Wdychanie par benzenu w celu wywołania euforii prowadzi do encefalopatii i zanikowych zmian w tkance mózgowej.
Działanie odległe
Długotrwałe narażenie na benzen wywołuje białaczkę limfocytarną, co jest podstawą zaliczenia benzenu do kancerogenów ludzkich wg klasyfikacji IARC (Międzynarodowa Agencja Badań nad Nowotworami). Oprócz białaczki benzen może wywoływać ziarnicę złośliwą i chłoniaki układu siateczkowo-śródbłonkowego.
Wartości biologiczne i toksyczne
Najwyższe Dopuszczalne Stężenie (NDS) dla benzenu w środowisku pracy wynosi 10mg/m3 dla powietrza atmosferycznego-30μg/m3(godzinne).
Dopuszczalne stężenie w materiale biologicznym (DSB) dotyczy fenolu w moczu oznaczanego w próbie pobranej jednorazowo pod koniec ekspozycji dziennej i wynosi 70mg-dm3.
TOLUEN
Metylobenzen C6H5CH3
Temp. wrzenia 111ºC
Prężność pary w temp. 25ºC=3,7 kPa
M. cz. 92,13
Występowanie, narażenie
Toluen stosuje się jako rozpuszczalnik farb i lakierów oraz jako produkt wyjściowy w syntezie barwników oraz materiałów wybuchowych. W tych dziedzinach przemysłu oraz na skutek strat przy dystrybucji paliw silnikowych i emisji ze spalinami silników samochodowych i samolotowych istnieje największe narażenie na pary toluenu lub bezpośredni kontakt ze skórą.
Toluen techniczny otrzymywany metodą krakingu ropy naftowej zawiera zawsze śladowe ilości benzenu i ksylenu. Mniejsza od benzenu lotność oraz mniejsza toksyczność decydują o szerokim zastosowaniu toluenu w przemyśle.
Losy w organizmie
Toluen wchłania się przez drogi oddechowe, retencja jego par w płucach wynosi 40-60%. Przez skórę wchłania się zarówno toluen ciekły, jak i jego roztwory wodne, wchłanianie z przewodu pokarmowego jest wolniejsze.
Toluen ulega szybkiemu rozmieszczeniu w organizmie, osiągając największe stężenia w tkance tłuszczowej, szpiku kostnym, nadnerczach, nerkach, wątrobie i mózgu. Część wchłoniętego toluenu (20-40%) wydalana jest w formie niezmienionej z powietrzem wydychanym.
Stwierdzono wysoką korelację między stężeniem toluenu we krwi a stężeniem w pęcherzykach płucnych, co umożliwia ocenę stężenia związku we krwi na podstawie analizy powietrza wydychanego.
Większość toluenu (60-90%) ulega u ssaków biotransformacji w układzie mikrosomalnych monooksygenaz na drodze utleniania do kwasu benzoesowego, który sprzęga się głównie z glicyną z wytworzeniem kwasu hipurowego(80-90%).
Śladowe ilości toluenu ulegają hydroksylacji pierścienia, tworząc o-, m- i p-krezol, które wydalają się po sprzęgnięciu z kwasem siarkowym i glukuronowym. Wszystkie metabolity wydalają się całkowicie przez nerki w ciągu 24h. Etanol zakłóca biotransformację toluenu, powodując wzrost jego toksyczności.
Mechanizm działania toksycznego
Krytycznym narządem dla toluenu jest o.u.n., co tłumaczy się powinowactwem toluenu do tkanek bogatych w lipidy. Reakcja o.u.n. na toluen ma przebieg dwufazowy z nasileniem zależnym od dawki, początkowo występuje wzmożona pobudliwość, a następnie depresja.
Działanie to jest silniejsze od działania benzenu.
W odróżnieniu od benzenu toluen nie powoduje poważniejszych uszkodzeń układu krwiotwórczego. Przyczyną słabszych efektów hematologicznych wywołanych przez toluen jest jego szybka biotransformacja z wytworzeniem nietoksycznych, łatwo wydalanych metabolitów.
Wykazano fetotoksyczne, embriotoksyczne i teratogenne efekty u potomstwa matek odurzających się toluenem. Skutkiem narażenia prenatalnego na toluen jest małogłowie, opóźnienie rozwoju fizycznego i psychicznego, zniekształcenia twarzoczaszki i kończyn.
Zatrucie ostre
Objawy są efektem depresyjnego działania toluenu na o.u.n. Początkowo wdychanie par toluenu powoduje zmęczenie i ospałość. Ze wzrostem stężenia pojawia się podrażnienie oczu i dróg oddechowych, ból i zawroty głowy, uczucie odurzenia, a następnie niezborność ruchów, mdłości, drgawki i utrata przytomności.
Charakterystycznym objawem zatrucia dużymi dawkami jest blok przedsionkowo-komorowy, ostra niewydolność komorowa i migotanie komór.
Odrębną grupę narażonych stanowią osoby nałogowo odurzające się toluenem, u których występuje pobudzenie, euforia, urojenia, a nawet halucynacje. Następnie pojawiają się objawy działania depresyjnego toluenu, stan dezorientacji psychicznej, niewyraźne widzenie, niezborność ruchów, zniesienie odruchów oraz drgawki.
Zatrucie przewlekłe
U pracowników narażonych długotrwale na toluen stwierdzono niewydolność nerek objawiającą się białkomoczem, albuminurią, wydalaniem z moczem muronidazy i β-glukuronidazy. Obserwowano neuropatię obwodową, drżenia, zmiany osobowości, chwiejność emocjonalną, pogorszenie funkcji poznawczych i pamięci, a także ubytki słuchu. Zaburzenia funkcjiwątroby występowały jedynie przy bardzo wysokim poziomie narażenia.
U osób długotrwale odurzających się toluenem stwierdzono przypadki zaniku kory mózgowej i móżdżku, zwyrodnienie nerwu wzrokowego i rozsiane organiczne uszkodzenie o.u.n. Nieodwracalne następstwa neurologiczne u tych osób ujawniały się jako encefalopatia, zaburzenia równowagi, zespół podwzgórzowy oraz ataksja móżdżkowa.
Mechanizm działania toksycznego
Krytycznym narządem dla toluenu jest o.u.n., co tłumaczy się powinowactwem toluenu do tkanek bogatych w lipidy. Reakcja o.u.n. na toluen ma przebieg dwufazowy z nasileniem zależnym od dawki, początkowo występuje wzmożona pobudliwość, a następnie depresja.
Działanie to jest silniejsze od działania benzenu.
W odróżnieniu od benzenu toluen nie powoduje poważniejszych uszkodzeń układu krwiotwórczego. Przyczyną słabszych efektów hematologicznych wywołanych przez toluen jest jego szybka biotransformacja z wytworzeniem nietoksycznych, łatwo wydalanych metabolitów.
Wykazano fetotoksyczne, embriotoksyczne i teratogenne efekty u potomstwa matek odurzających się toluenem. Skutkiem narażenia prenatalnego na toluen jest małogłowie, opóźnienie rozwoju fizycznego i psychicznego, zniekształcenia twarzoczaszki i kończyn.
Wartości biologiczne i toksyczne
NDS dla toluenu w środowisku pracy wynosi 100mg/m3, w powietrzu atmosferycznym -100μg/m3(godzinne).
W moczu fizjologicznym utrzymuje się pewne stężenie kwasu hipurowego wyrażone jako szybkość wydalania 39mg/h. DSB kwasu hipurowego w moczu pobranym pod koniec dnia pracy wynosi 80mg/h.
KSYLEN
Występuje w postaci 3 izomerów:
1,2-dimetylobenzen (o-ksylen)
1,3-dimetylobenzen (m-ksylen)
1,4-dimetylobenzen (p-ksylen)
C6H4(CH3)2
Handlowy produkt jest mieszaniną trzech izomerów z przewagą m-ksylenu. Jest cieczą łatwo palną, bezbarwną, o zapachu zbliżonym do benzenu.
Występowanie, narażenie
W warunkach przemysłowych występuje w ropie naftowej, produktach krakowania ropy i suchej destylacji węgla oraz w łupkach bitumicznych.
Zatrucia występują głównie w przemyśle petrochemicznym, w poligrafii, gdzie ksylen jest stosowany jako rozpuszczalnik farby drukarskiej, w produkcji farb i lakierów oraz podczas syntezy barwników organicznych. Ksylen jest też stosowany jako rozpuszczalnik w niektórych preparatach ochrony roślin. Zatrucia zawodowe występują głównie na skutek wdychania par ksylenu.
Losy w organizmie
Ksylen łatwo wchłania się z dróg oddechowych i z przewodu pokarmowego, wolniej przez nieuszkodzoną skórę. Wchłanianie par ksylenu w płucach zależy od stężenia w powietrzu i aktywności fizycznej osoby narażonej i waha się w granicach 50-65%. Szybkość wchłaniania ciekłego ksylenu przez skórę wynosi średnio 0,20mg/cm3/h.
Wydalanie metabolitów ksylenu ma charakter dwufazowy. Biologiczny okres półtrwania fazy początkowej wynosi 1-2h, fazy końcowej-20h. Niewielkie ilości ksylenu zatrzymywane są w tkankach bogatych w lipidy: nadnercza, szpik kostny, śledziona, tkanka tłuszczowa.
Mechanizm działania toksycznego
Ksylen działa narkotycznie na o.u.n. oraz powoduje silne podrażnienie błon śluzowych.
Zatrucie ostre
Pary ksylenu powodują początkowo pobudzenie, a następnie depresję o.u.n. objawiającą się oszołomieniem, zawrotami głowy, nudnościami, pogorszeniem pamięci. Duże stężenia mogą spowodować depresję ośrodka oddechowego i śpiączkę. Obserwuje się też parestezje i drgawki. Jednocześnie następuje silne podrażnienie spojówek i dróg oddechowych, prowadzące nawet do krwawienia błon śluzowych i obrzęku płuc.
Dłuższy kontakt ciekłego ksylenu ze skórą powoduje jej odtłuszczenie i stan zapalny, rumień, pękanie, a nawet pęcherze. U zatrutych obserwowano uszkodzenie nerek i zaburzenia funkcji wątroby.
Zatrucie przewlekłe
Objawy są łagodne i mało charakterystyczne: zmęczenie, bóle i zawroty głowy, pogorszenie pamięci, rozdrażnienie, brak łaknienia, słodkawy smak w ustach, niewielkie zaburzenie funkcji wątroby i nerek. Długotrwałe narażenie może spowodować przewlekłe zapalenie oskrzeli.
Za efekt krytyczny działania ksylenu uważa się uszkadzanie rozwijającego się organizmu.
W badaniach epidemiologicznych u kobiet narażonych zawodowo na pary ksylenu obserwowano zaburzenia miesiączkowania, patologie ciąży oraz niepłodność.
Wartości biologiczne i toksyczne
NDS ksylenu w środowisku pracy ustalono na 100mg/m3, w powietrzu atmosferycznym 100μg/m3(godzinne).
Doustna dawka śmiertelna dla człowieka wynosi 50mg/kg mc. lub 15-30cm3.