Токсичность продуктов горения

 

Гибель людей при пожарах происходит главным образом в результате отравления летучими продуктами горения материалов. Из статистических данных известно, что причины смерти на пожарах распределяются так: 18% - ожоги, 48% - отравления оксидом углерода (угарным газом), 16% - отравление оксидом углерода, 18% - сочетание воздействия на организм теплоты, оксида углерода и других факторов.

Интенсивное образование паров и газов в результате горения и быстрое их распространение по помещениям и путям эвакуации происходит уже в начальной стадии пожара. Летучие продукты горения представляют большую опасность даже при кратковременном вдыхании. Известно немало случаев массовых отравлений со смертельными исходами.

 

Понятие о токсичности

Отдельные попытки количественной оценки токсического воздействия продуктов горения предпринимались еще в 50-е и 60-е годы. Начиная с 70-х годов, исследования в этом направлении заметно активизировались, в том числе и в России.

Под токсичностью обычно понимают степень вредного воздействия химического вещества на живой организм. Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсической дозы – количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект, например, снижение работоспособности, или потеря сознания, или гибель. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.

Степень токсичности вещества характеризуется также предельно допустимой концентрацией (ПДК). ПДК– это максимальное количество вещества в единице объема воздуха или воды, которое при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызывает в нем патологических изменений, а также не нарушает нормальной жизнедеятельности человека (выражается в мг/м³). Концентрации токсичных веществ на уровнях ПДК являются, по сути, благоприятными концентрациями.

Иное дело при аварийном выбросе химических веществ или при выделении газов в результате неуправляемого горения. В случае ингаляции (вдыхании газов) токсический эффект зависит уже не только от концентрации газов, но и от времени их воздействия.

Токсикологам известны значения токсических доз или критических концентраций многих опасных веществ по отношению к различным лабораторным животным (белые мыши, белые крысы и др.), а также по отношению к самому человеку (при экспертизе реальных трагедий).

Проблема предупреждения отравлений имеет особое значение для пожарных, по отношению к которым токсический фактор в условиях пожара рассматривается как профессиональная вредность (хроническое отравление). В возникновении и развитии наиболее распространенных среди пожарных заболеваний сердечно-сосудистой системы, легких, а также злокачественных опухолей важную негативную роль играют острые и повторные токсические воздействия продуктов горения.

Токсичность угарного газа

Оксид углерода (СО) – газ без цвета, запаха и вкуса; горит синим пламенем до образования углекислого газа – диоксида углерода (СО₂). В бытовых условиях (в деревне, на даче) синее пламя на углях в печи всегда являлось признаком присутствия угарного газа. При неисправном дымоходе или преждевременном закрывании печной заслонки наблюдались случаи отравления этим газом (угар). Отсюда произошло его бытовое название - угарный газ. По токсичности угарный газ близок к синильной кислоте.

 

Механизм биологического воздействия СО.

Воздействие на кровь. Поступая с воздухом в лёгкие, СО проникает в кровь, где соединяется с гемоглобином, одним из белков крови. Образуется устойчивое соединение карбоксигемоглобин (НbСО). Реакции образования комплексов кислорода и оксида углерода с гемоглобином (Нb) являются обратимыми:

Нb + О₂ = НbО₂ (образование оксигемоглобина);

Нb + СО = НbСО (образование карбоксигемоглобина);

НbО₂ + СО = НbСО + О₂ (вытеснение кислорода оксидом углерода).

Скорости этих реакций различны: соединение гемоглобина с СО происходит в 10 раз медленнее, чем с О₂ , но обратная реакция диссоциации (разрушения) карбоксигемоглобина в крови происходит тоже значительно медленнее, чем оксигемоглобина (по некоторым данным – в 3600 раз). Это обусловливает быстрое накопление НbСО даже при небольшом содержании СО в воздухе. Нарушается механизм переноса кислорода из лёгких к тканям в виде НbО₂ и из тканей к лёгким в виде комплекса гемоглобина с углекислым газом (НbСО₂ ). А так как образовавшееся соединение НbСО перестает участвовать в обменных процессах; в организме возникает дефицит кислорода, удушье.

Кроме того, в присутствии СО в крови ухудшается способность НbО₂ к диссоциации, т.е. замедляется отдача тканям кислорода. Если концентрация НbСО в крови млекопитающих достигает 50% и выше, то это грозит их гибелью.

Воздействие на ткани. СО в организме в основном связывается с железом гемоглобина, но при хроническом отравлении молекулы СО фиксируются негемоглобиновым железом плазмы. СО переходит из крови в ткани и соединяется с железосодержащими ферментами и миоглобином. Миоглобин – это внутриклеточный пигмент, обусловливающий красный цвет мышц; выполняет роль краткосрочного резерва кислорода. Аналогично образованию карбоксигемоглобина (НbСО) миоглобин образует карбоксимиоглобин (МbСО) – до 30% при остром отравлении.

Симптомы отравления. При аварийных ситуациях, при пожаре, при вдыхании выхлопных газов, и даже при курении следует учитывать, что угарный газ воздействует на человека даже в небольших концентрациях, так как он обладает способностью накапливаться в организме (суммироваться в виде карбоксигемоглобина), при этом тормозятся защитные реакции организма. Человек обычно не чувствует, когда он начинает вдыхать токсичный газ, однако через некоторое время появляется головная боль, ослабление зрения, головокружение, тошнота. При дальнейшем воздействии угарного газа теряется реальное чувство времени, нарушается ориентация в пространстве и, если потерпевший срочно не покинет помещение, возможен летальный исход. Кроме того, воздействие СО притупляет ощущение боли от полученных ожогов, и это еще один фактор неадекватного поведения человека, например, при пожаре.

Индивидуальная восприимчивость. Индивидуальные различия в чувствительности к острым и хроническим отравлениям СО довольно велики. Обнаруживаются половые и возрастные особенности реакции организма на воздействие СО: женщины более устойчивы чем мужчины к токсическому действию этого яда, а маленькие дети более устойчивы, чем пожилые люди. Зарегистрированы случаи, когда при бытовых отравлениях СО погибали родители, а их грудные дети оставались живы. Особенно чувствительны подростки и беременные женщины (при отравлении в первые 3 месяца беременности возможны уродства плода или развитие тяжелой энцефалопатии).

Тяжело переносят отравление алкоголики, курящие люди, а также лица, страдающие бронхитом и астмой, сердечными заболеваниями, болезнями легких, диабетом, анемией, болезнями печени, кровообращения и некоторыми другими.

Понижение и повышение температуры воздуха, уменьшение концентрации кислорода, а также повышенная физическая нагрузка, шум, вибрация усиливают токсическое действие СО. Примеси некоторых химических веществ могут усиливать или незначительно снижать действие СО.

О концентрациях СО

Естественный уровень концентрации. В атмосферу СО попадает в составе вулканических и болотных газов, в результате лесных и степных пожаров; выделяется микроорганизмами, растениями, животными и человеком. Хотя природные источники планеты дают около 3800 млн.т СО в год, естественный уровень концентрации оксида углерода в атмосфере составляет всего 0,01-0,9 мг/м³ (или менее 0,0001%).

В результате человеческой деятельности выделяется дополнительно 550 млн.т СО в год, что составляет 13% от общей эмиссии СО в атмосферу Земли. Оксид углерода входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки и переработки черных и цветных металлов, в процессе угледобычи, при сжигании топлива, при проведении взрывных работ, но более половины (56-62%) количества СО, образовавшегося в результате человеческой деятельности, приходится на долю автотранспорта. В выхлопных газах относительное содержание СО может достигать 12%.

Допустимые концентрации. Нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ разработаны в России для различных групп населения. Для воздуха населенных мест среднесуточная норма ПДК_сс= 3,0 мг/м³; в атмосферном воздухе максимальная разовая ПДК_мр= 5,0 мг/м³ (при 20-30 минутном воздействии); в воздухе рабочей зоны ПДК_рз=20,0 мг/м³ или примерно 0, 002% СО (в течение всего рабочего дня).

Аварийные концентрации. Разработанные в нашей стране «аварийные регламенты» получили название максимально допустимых концентраций (МДК). При воздействии вредных веществ в таких концентрациях гарантируется сохранение жизни, здоровья людей и их способность осуществлять мероприятия по борьбе с аварией. Допускается снижение работоспособности людей, не превышающее 30%, при отсутствии клинических симптомов интоксикации. Значения МДК соответствуют определенному времени воздействия. МДК для оксида углерода составляет:

600 мг/м³ при времени воздействия 10 мин.;

400 мг/м³ - при 15 мин.;

300 мг/м³ - при 30 мин.;

200 мг/м³ - при 60 мин. (или около 0,02% СО). Эти данные, проверенные в испытаниях с участием добровольцев, могут использоваться при оценке времени безопасности (времени эвакуации) в экстремальных условиях пожара.

Недопустимые концентрации. Непереносимые и смертельные для человека концентрации СО в смеси с воздухом составляют:

11500 мг/м³ (или 1% СО) при времени воздействия 3 мин.;

3500-4000 мг/м³ (или 0,3-0,4% СО) при 30 мин.;

2300 мг/м³ (или 0,2% СО) при времени воздействия газа 60 мин.

Конечно, человек не может «на глаз» определить концентрацию газа, но, как правило, при сильном горении значение концентрации СО и визуальная плотность дыма взаимосвязаны. Известно, что если во время пожара на путях эвакуации (коридор, лестничная площадка и пр.) видимость составляет менее 10 метров, то входить в такую «дымовую завесу» без специальных средств защиты смертельно опасно, т.к. человеку может быть достаточно нескольких вдохов для потери сознания (в крови образуется предельный уровень карбоксигемоглобина).

 

Углекислый газ (СО₂)

При горении в больших количествах выделяется углекислый газ СО₂ (диоксид углерода, двуокись углерода), который относится к классу малотоксичных веществ. Особенность вредного воздействия СО₂ в условиях пожара состоит в том, что он вызывает учащение дыхания и усиление легочной вентиляции, способствуя большему поступлению в организм токсичных веществ. При концентрации СО₂ равной 3% дыхание учащается в три раза; повышение концентрации до 5% усиливает одышку, но позволяет все же осуществлять эвакуацию людей, хотя через 30 минут наступают симптомы отравления (головная боль, головокружение). При 8% СО₂ возможна потеря сознания, а при 12% - смерть в течение нескольких минут.

 

Недостаток кислорода

Опасность продуктов горения вблизи очага пожара усугубляется влиянием повышенной температуры газовой среды и пониженным содержанием в ней кислорода. Первые симптомы кислородной недостаточности (увеличение объема дыхания, снижение внимания, нарушение мышечной координации) наблюдаются у людей при вдыхании газовой смеси с содержанием кислорода 16-17%. При снижении концентрации до 12-15% появляется одышка, учащение пульса, ухудшение умственной деятельности, головокружение; при дальнейшем уменьшении концентрации О₂ сознание сохраняется, но появляется тошнота, сильная усталость, дыхание становится прерывистым; при 8% О₂ - потеря сознания, а ниже 6% О₂ - смерть в течение 6-8 мин.