Biological determination of low concentrations of arsenic in exhaled air

Abstract

In the report of Dr. Obukh and the Central Institute for Labor Protection on the state of health of the workers of the arsenic workshop, it was emphasized that the organization of studies of exhaled air for arsenic a few hours after the end of the work is of great interest and that given the exhalation of arsenic by the lungs, taking into account its enormous surface, it is possible it would be to get a more complete picture of the balance of receipts and outputs of As from these workers.

Full Text

В докладе д-ра Плещицера 1/Х1І 1931 года на Объединенной конференции химических секций Института профболезней им. Обуха и Центрального Института Охраны Труда о состоянии здоровья рабочих мышьякового цеха было подчеркнуто, что постановка исследований вы­дыхаемого воздуха на мышьяк через несколько часов по окончании ра­боты представляет большой интерес и что учитывая выдыхание мышьяка легкими, принимая во внимание громадную ее поверхность, можно было бы получить более полное представление о балансе поступления и выве­дения As у этих рабочих. В выводах автора было указано, что очеред­ной тематикой динамического наблюдения следует считать выяснение вопроса о выделении мышьяка легкими. Имеются определенные указания на выде­ление As легкими лишь в отношении AsH3 (Гельман, Коelsch, Lehman) мышьяковистого теллурия (Гельман), люизита (As Cl3. CH :СН CI, Линдеман) и органических соединений (Salvarsan и др., Кешни)

В отношении других неорганических соединений мышьяка не имеет­ся точных указаний. Многие авторы, работающие в области профгигиены и профпатологии, ничего не говорят о выделении мышьяка и его неор­ганических солей легкими (Вигдорчик, Гельман, Löwy, К. В. Lehman, Legge, Kober, Meyer и Gottlieb, R. Kushny, Koelsch). Ряд других авторов указывает на выделение мышьяка лег­кими. Кравков приводит данные экспериментальных исследований на животных, произведенных Бурнашевым, говорящие о том, что глав­ными путями выведения мышьяка служат желудочно-кишечный канал и почки. Кроме Того, мышьяк в незначительных количествах выделяется кожей (в волосы молочными железами и легкими) в виде каких-то лету­чих соединений.

Zпggег указывает, что при приеме внутрь Dimethy 1-Natrium arseniat часть его выделяется легкими в виде летучего dimethyl-arsen— соединения. W. Lindeman отмечает, что доказательством выделения через легкие служит образование анатомических повреждений, прежде всего явственной эмфиземы и ателектаза вследствие впрыскивания под кожу некоторых боевых ядов, содержащих мышьяковые соединения.

Экспериментальные исследования, поставленные авторами в целях вы­яснения вопроса выделения As легкими дали противоречивые результаты. Biome nd al (1908 г.) сажал кролика, после получения 20 mg. Nat­rium cacodyllicum, под стеклянный колпак, из которого он просасывал ~ от 30 до 40 литров воздуха в минуту. Этот воздух обрабатывался по­следовательно щелочным раствором марганцовокислого калия, раствором азотнокислого серебра, содержащего примеси азотной кислоты и раство­ром сулемы. Через 12 часов автор обнаружил мышьяк в растворе пер­манганата. В другом опыте, где кролику было введено 8 mg. As2O3, мышьяк не обнаруживался в вышеуказанных растворах. I. и Е. Keeser (1925 г.) указывают на работы, произведенные в Фармакологическом институте Берлинского ун-та д-ром Sріnnеr’ом, изучавшего выделе­ние мышьяка легкими у экспериментальных животных. Последние, по­лучившие мышьяк, в течение ряда дней выдерживались под стеклянным колпаком, из которого воздух просасывался через сулемовый раствор. Spinner’y не удалось ни разу обнаружить мышьяк в растворе. На основании этих работ I. и Е. Keeser приходят к выводу, что мышьяк не выделяется легкими.

Невыясненность этого вопроса в целом, противоречивые результаты, полученные экспериментальными исследованиями, актуальность этого во­проса для профпатологии и профгигиены поставили перед нами задачу организации ряда исследований в этом направлении.

Учитывая то обстоятельство, что при приеме мышьяка в лечебных целях его выделение должно происходить в минимальных количествах, не могущих быть обнаруженными химическим путем, мы поставили опы­ты определения мышьяка в выдыхаемом воздухе биологическим методом, находившем себе применение раньше и зарекомендовавшем себя для обна­ружения минимальных количеств As.

Обнаружение As в воздухе состоит из двух моментов: 1) поглоще­ние летучих соединений и их перевод в нелетучие соединения и 2) оп­ределение As в поглотителе. Поглощение летучих As-соединений обыч­но производится просасыванием воздуха через различные окисляющие жидкости: бромную воду, марганцево-кислый калий, гипохлорит, бромно- ватисто-кислый калий, йодистый водород и т. д., в которых летучие сое­динения As, напр., AsH3, окисляются до As203. Определение As в по­глотителе производится колориметрическим (Марш-Либих), нефеломет­рическим и объемным методами.

В нашей работе для поглощения летучих As-соединений исследу­емый воздух просасывался через трубку Лунге с бромной водой не способу Rackleben’a и Lockernаn’a. Вг—вода полностью абсорби­рует и окисляет мышьяковистый водород (AsH3) в мышьяковистый ан­гидрид (As2 О3) при пропускании через трубку Лунге 1 литра воздуха за 20 минут (Гроздовский). Бромная вода после просасывания воз­духа насыщается аммиаком для удаления свободного брома, выпарива­нием концентрируется и подвергается исследованию на присутствие As.

Обнаружение As нами производилось биологическим методом Gоsіо. Плесневый грибок Pénicillium brevicaule при росте на субстратах с нич­тожными следами мышьяка образует летучее органическое соединение As, диэтиларсин ( (С2 Н5)2Н As), легко определяемое по чесночному за­паху. Способ Gosio является наиболее чувствительным из всех методов открытия минимальных количеств As и во много раз превосходит хими­ческий метод Марша (Омелянский).

В качестве подопытного животного для нашей работы был взят кролик. Подготовка- его состояла в подкожных инъекциях 0,1% Sol. N. аrsеnісісі в повы­шающихся количествах с 0,2 до 2,0 в течение 10 дней, а затем в ежедневных инъекциях того же раствора в размере 2,0. Исследование выдыхаемого воздуха на присутствие As у этого кролика производилось 3 раза: 1) через 5 дней инъецированные Sol. N. аrsеnісісі в количестве 2,0, 2) через 15 дней и 3) через 25 дней. Для отбора выдыхаемого воздуха кролик помещался в камеру с двумя отверстиями. Через одно отверстие (диам. 0,5 см.) воздух из камеры водоструй­ным насосом просасывался через трубку Лунге с бромной водой, через другое (диам. 2,5 см.) в камеру входит свежий воздух. Количество бромной воды в труб­ке Лунге равнялось—100—120 см3. Просасывание производилось со скоростью 5—10 литров в час и продолжалось в 1 опыте—5 часов, во II и III по 15 час. По окончании просасывания воздуха бромная вода в химическом стакане насы­щалась аммиаком и выпаривалась на водяной бане до объема 5—10 ст3. Полу­ченная жидкость вносилась в количестве 2—3 куб. см. в пробирки с культурами Реп. brevicaule на картофеле, которые закрывались сверх ватной пробки резино­выми колпачками. По развитию чесночного запаха, т. е. образованию в культурах диэтиларсина делалось заключение о присутствии мышьяка в добавленной к куль­турам сконцентрированной из бромной воды жидкости и, следовательно, присут­ствии его в выдыхаемом воздухе.

Опыты:                                                Результаты:

1  Слабый, едва ощутимый чесночный запах на 5 — 6 день.

2  Слабый, но хорошо различимый чесночный запах на 3-й день.

Таким образом, результаты трех опытов по определению As в воз­духе, выдыхаемом кроликом, получавшем подкожные инъекции мышьяка положительны. Для определения As в выдыхаемом воздухе у людей по­лучающих инъекции лечебных доз 1% S. N. аrsеnісісі воздух отбирался .в мешки Дугласа, а затем пропускался, как и в опытах е кроликами, через бромную воду.

Исследование выдыхаемого воздуха у людей производилось 4 раза.

Взято воздуха: 1 опыт—100 литров, II—250, III—500, IV—около 1000 литров.

Обработка бромной воды после просасывания через нее в трубке Лунге воздуха производилась аналогично опытам с кроликом. Сконцентрированная жид­кость вносилась в пробирки с культурами Р. bгеѵ. на картофеле в количестве —3 сm3 и пробирки закрывались резиновыми колпачками.

Опыты:                                                       Результаты:

• Слабый едва ощутимый чесночный запах на 3-й день.
• Слабый чесночный запах на 3-й день.
• Чесночный запах на 3-й день.

Обнаружив таким образом мышьяк в выдыхаемом воздухе, веред нами встал вопрос, каков механизм выделения мышьяка в летучем со­стоянии из легких. Этот вопрос совершенно не разработан. Имеются лишь немногие литературные источники, дающие некоторые косвенные указания в этом направлении.

Вводя мышьяк в виде 1% Na2HAsO4 мы уже в растворе имеем диссоциацию

Na2 HAs 04 :                          2 Na + HAs О4

Попадая в кровь, мышьяк, по мнению Р. Кёшни, очень быстро исчезает и захватывается тканями, в которых он образует прочные сое­динения с нуклеинами“. В последних, благодаря большому химическому сродству элементов фосфора и мышьяка (которые, как известно, нахо­дятся в одной группе, 5-й, Менделеевской системы) возможно замещение фосфора и мышьяка. Аналогичное замещение можно считать возможным в фосфатидах (имеющих большое распространение в организме) и в уг­леводном обмене в тканях при синтезе и ресинтезе гексозофосфорных соединений, из которых могут образовываться разнообразные летучие As—соединения (метил-и этиларсины и др.). Об образовании органи­ческих соединений мышьяка в виде лабильного gexosenarsenatsäuresterung и выпадении фосфорной кислоты в неорганическом состоянии, о- переходе прибавленного неорганического мышка в органическое соеди­нение сообщают Браунштейн и Левитов.

Параллельно с летучими органическими соединениями следует до­пустить возможность образования неорганических летучих соединений. В отношении образования AsH3 имеется возражение Кёшни, считаю­щего, что нет никаких оснований для предположения, что мышьякови­стые соли образуют некоторые количества AsH3 в организме“.

Невыясненность этого вопроса выдвигает необходимость организа­ции исследований в направлении выяснения механизма образования ле­тучих соединений мышьяка в организме и их выделения легкими.

Выводы. 1) На основании полученных нами результатов экспери­ментальных исследований следует считать доказанным наличие выделе­ния мышьяка легкими в виде летучих соединений.

• Выведение мышьяка легкими имеет не меньшее значение, чем выведение его кишечником, почками и кожей, принимая во внимание громадную легочную поверхность.
• Наличие выведения As легкими имеет большое профпатологиче­ское значение, позволяющее делать вывод, что наряду с поступлением мышьяка в производственной обстановке, имеющее место путем вдыхания, проглатывания, через раневые поверхности кожи и слизистых оболочек, организм располагает могучими орудиями выведения As: легкими, кишеч­ником, почками и кожей, что обуславливает сбалансирование его в оп­ределенных пределах, не вызывая токсического действия.
• Учитывая, что мышьяк в виде примеси встречается довольно часто в различного рода хемикалиях, в руде, в промежуточных продук­тах обработки металлов, откуда он может попасть в воздух, определение минимальных количеств As в воздухе имеет большое профгигиеническое значение.
• Биологический метод Gоsiо, примененный нами для определе­ния As в воздухе, выдыхаемом легкими, следует рекомендовать также для профгигиенических исследований. Следует всегда помнить, что при наличии очень малых количеств As—после посева Pénicillium brevic. мо­жет пройти от 3 до 5 дней, а иногда и больше, пока разовьется чес­ночный запах, характерный для летучих арсинов.