Судебно-медицинская характеристика отравлений продуктами горения азотсодержащих полимерных материалов

МУРЗАЕВ Атай Мурадович

СУДЕБНО-МЕДИЦИНСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТРАВЛЕНИЙ ПРОДУКТАМИ ГОРЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

14.00.24 - судебная медицина

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург — 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном медицинском университете имени академика И.П.Павлова.

Научный руководитель - доктор медицинских наук профессор Бабаханян Р.В.

Защита состоится "...." 1998 года в... часов на заседании

диссертационного совета Д 106.03.07 при Военно-медицинской академии (194044, Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 38).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Военно-медицинской академии.

Автореферат разослан "...." 1998 года.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук

доцент В.С.Сидорин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время во многих странах мира отмечается рост числа пожаров, которые сопряжены со значительными человеческими жертвами, а также крупными экономическими потерями.

Ежегодно в мире возникает свыше 5,5 млн пожаров, сопровождающихся опасными последствиями для окружающей среды, в частности, авария и пожар в Чернобыле; пожар в Берне на химическом заводе, приведший к утечке большого количества токсических веществ; опустошительные пожары в лесах Европы, Африки и Австралии (Г.Базунов, В.Герганов, 1990).

В Российской Федерации пожары приобрели масштабы национального бедствия, среднегодовой темп прироста пожаров увеличился в 2,2 раза и возрастает в среднем на 12% (В.Е.Дедаков,1994).

За первое полугодие 1996 года в стране зарегистрировано 151287 пожаров, погибло 8957 человек (В.Ю.Зосимов, 1996).

В современных условиях пожара организм человека, как правило, подвергается комбинированному воздействию ряда опасных факторов, к которым относятся: токсичные продукты горения, повышенная температура, раскаленные газы, раздражающее действие дыма, обеднение воздушной среды кислородом и др. (В.С.Иличкин, 1993; Э.А.Нечаев с соавт., 1994; А.Н.Полежаев, 1994).

Среди опасных факторов пожара наибольшее поражающее действие на человека оказывают токсичные продукты горения, которые в основном и обусловливают наступление смертельного исхода (А.И.Эйтингон, 1990; Л.В.Петров, 1993; И.Л.Белешников, 1996;Г.Ненов, 1987; W.G.Peissard, 1989; Todesfalle Rauch, 1996).

Как известно, вероятность отравления людей при пожарах значительно возрастает в связи с внедрением в строительстве и быту полимерных материалов, горение которых видоизменяет газовый состав среды пожара (В.К.Бородавко с соавт., 1991; В.Л. Попов с соавт., 1992; Л.В. Петров, 1993; В.С. Иличкин, 1993; И.Л. Белешников, 1996).

В продуктах горения полимерных материалов содержится ряд токсичных соединений, обладающих высокой биологической активностью, к которым относятся: оксид углерода (СО), цианистый водород (HCN),

хлористый водород, оксиды азота, акролеин, ацетонитрил и др. (В.С.Иличкин, А.А.Фукалова, 1987; В.С.Иличкин, 1993; Л.В.Петров, 1992; И.Л.Белешников, 1996; Т.Морикава, 1982: R.F.Simmons et al., 1987; C.Fulla et al., 1992).

Однако эти данные не находят должного применения в судебно-медицинской практике, что связано с методически недостаточно полно разобранными критериями оценки отравлений при пожарах.

Судебно-медицинская диагностика отравлений людей в условиях пожаров, особенно в помещениях с большой насыщенностью полимерными материалами, представляет определенные трудности, решение которых зависит от обеспечения судебных медиков научно-обоснованными данными, позволяющими интерпретировать оценку результатов химико-токсикологических исследований.

Цель исследования. Целью работы является токсикологическая оценка роли продуктов горения некоторых современных полимерных материалов, направленная на разработку критериев судебно-медицинской диагностики отравлений людей в условиях пожаров.

Основными задачами исследования являлись:

1. Изучение характерных особенностей смертельных отравлений людей в условиях пожаров.

2. Изучение содержания карбоксигемоглобина и других гемоглобиновых лигандов, а также наиболее токсичных соединений, образующихся при горении полимерных материалов в крови экспериментальных животных и в атмосфере при моделировании газовой среды пожара.

3. Исследование морфологических изменений внутренних органов экспериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны и пластика КН-1.

4. Гистохимическое изучение активности ферментативных процессов во внутренних органах экспериментальных животных в условиях моделирования отравлений продуктами горения древесины сосны и пластика КН-1.

5. Разработка практических рекомендаций для судебно-медицинских экспертов по совершенствованию диагностики смертельных отравлений в условиях пожара.

Научная новизна. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

- установлены характерные особенности отравлений продуктами горения в современных условиях пожаров;

• установлены наиболее токсичные соединения, образующиеся при горении изучаемых полимерных материалов и их содержание в крови экспериментальных животных;
• установлены уровни содержания карбоксигемоглобина и других дериватов гемоглобина в крови экспериментальных животных, затравленных продуктами горения изучаемых материалов;
• выявлены закономерности гистологических изменений и ферментативных процессов внутренних органов экспериментальных животных, определяемые особенностями и вариантами воздействия продуктов горения изучаемых материалов;
• разработаны новые критерии для судебно-медицинской диагностики отравлений продуктами горения полимерных материалов в условиях пожаров.

Практическая ценность. Разработаны практические рекомендации по совершенствованию судебно-медицинской диагностики смертельных отравлений продуктами горения полимерных материалов в условиях пожаров.

Результаты исследования внедрены в практическую работу 78-й судебно-медицинской лаборатории ЛенВО, бюро судебно-медицинской экспертизы МЗ Республики Дагестан, а также в учебный процесс кафедр судебной медицины Военно-медицинской академии и Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П.Павлова.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Критерии оценки токсического эффекта ведущих токсических агентов, содержащихся в продуктах горения полимерных материалов, используемых в качестве конструкционных и декоративных элементов интерьеров жилых помещений.

2. Особенности и степень структурно-функциональных изменений внутренних органов экспериментальных животных при моделировании отравлений продуктами горения изучаемых материалов, отражающие их чувствительность к токсическому воздействию.

3. Уровни содержания гемоглобиновых лигандов (окси-, карбокси-, мет- и сульфогемоглобина) в крови экспериментальных животных, затравленных продуктами горения изучаемых полимерных

материалов.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на пленарных заседаниях Псковско-Новгородского и Дагестанского научных обществ судебных медиков (1987,1989), на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов медицинских ВУЗов Санкт-Петербурга (1997) и на межкафедральном совещании кафедры судебной медицины и правоведения Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова (1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, работа иллюстрирована 8 таблицами и 14 рисунками. Указатель литературы включают 111 отечественных и 48 иностранных источников.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач с помошью специальных карт проведен анализ 275 актов судебно-медицинских исследований трупов людей, погибших в условиях пожаров, по материалам бюро судебно-медицинской экспертизы Министерства здравоохранения Республики 

Дагестан за 1989-1996 годы. Параллельно проведен выборочный анализ 103 актов судебно-медицинских исследований трупов людей, погибших,в большинстве случаев,при пожарах, в жилых помещениях, по материалам судебно-медицинской экспертной службы Санкт - Петербурга.

Материалом для экспериментальных исследований послужили 375 беспородных половозрелых белых крыс, массой 190-240г.

Изучение токсического эффекта полимерных материалов (КН-1, ВП-2, ППУ-ЗС, ДПСП ТС) и контрольных образцов древесины сосны и материала ФС-72 проводили в условиях мало- и крупномасштабных испытаний. В продуктах горения изучаемых материалов проводили количественное определение оксидов углерода; цианидов, акрилонитрила, ацетонитрила и формальдегида.

В крови экспериментальных животных затравленных продуктами горения изучаемых материалов, проводили количественно определение цианидов, акрилонитрила, формальдегида, а также дериватов гемоглобина (окси-, дезокси-, карбокси-, мет- и сульфгемоглобина).

С целью изучения морфо-функциональных изменений внутренних органов экпериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны, пластика КН-1 и их смесями проводились гистологическое количественное гистохимическое исследование активности ферментативных процессов. Применялись окраски гематоксин-эозином и по Ван-Гизон и реакции на СДГ, ЛДГ, НЭ, ЩФ и КФ (Р.Берстон, 1985).

Качественная оценка гисотхимических реакций осуществлялась с помощью прямой цитофотометрии (В.З.Клечков с соавт., 1974;В.З.Клечков, 1976; Т.В.Журавлева с соавт., 1978).

Всего произведено 728 химико-токсикологических, 424 гистологических и 384 гистохимических исследований.

Все числовые показатели подвергались статистической обработке и использованием методов параметрической статистики. Расчеты производились на персональном компьютере IBM PS/AT 586 с использованием пакета прикладных программ STADIA.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Статистическая разработка актов судебно-медицинских исследований трупов лиц, погибших от отравления в условиях пожаров, по данным судебно-медицинской экспертной службы Санкт-Петербурга показала, что основным экспертным критерием в определении причины смерти являлись результаты судебно-химического исследования. Как правило, диагностика этих отравлений базировалась на результатах количественного определения COHb в крови пострадавших. При этом концентрация СОНb в изучаемых случаях колебалась в диапазоне 30-80% и в 9 случаях (8,7%) была ниже уровня условной смертельной концентрации.

Токсический эффект газовой смеси, образующейся при горении пластиков КН-1, ВП-2 и древесины сосны изучался в эксперименте при маломасштабных испытаниях.

В каждой серии эксперимента в атмосфере затравочной камеры проводили количественное определение концентрации СО и НАК, а в крови трупов подопытных животных изучали содержание дериватов гемоглобина и НАК.

В первой серии опытов (контрольной) концентрация СО в затравочной камере, в зависимости от навески изучаемого материала, составляла 4280, 5260 и 6370 мг/м3. С увеличением концентрации СО в атмосфере камеры в крови экспериментальных животных увеличивалось содержание СОНb с 74 до 80%. Одновременно происходило снижение содержания оксигемоглобина, метгемоглобин, вне зависимости от содержания СО в объеме камеры, обнаруживался в концентрациях 1,4-1,5%. Сульфгемоглобин обнаруживался в трети случаев в следовых концентрациях (рис.1).

Рис.1.Концентрация дериватов гемоглобина в крови экспериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны.

Во второй серии опытов при горении пластика КН-1 в зависимости от навески объекта содержание СО в атмосфере затравочной камеры составляло 380, 422 и 438 мг/м3, а концентрация НАК - 470, 475 и 510 мг/м3. Независимо от концентрации токсикантов в атмосфере камеры в крови экспериментальных животных определялись высокие концентрации НАК и метгемоглобина при относительно невысоком содержании СОНb в пределах 23-37% (рис.2).

В третьей серии опытов при совместном горении образцов древесины сосны и пластика КН-1 в атмосфере камеры, в зависимости от навески объектов, образовывались концентрации СО, равные 3570, 3730 и 4180 мг/м3 и НАК - соответственно 260, 350 и 380 мг/м3. При этом в крови экспериментальных животных определялись высокие концентрации СОНb (61-70%) и НАК (6,0-8,0 мг/л). Концентрация MtHb в этой серии опытов колебалась в пределах 3,0-6,0%, что примерно соответствовало его содержанию в крови животных, подвергшихся воздействию продуктов горения пластика КН-1 и была несколько выше, чем в опытах при изолированном горении древесины сосны (рис.3). Результаты проведенных исследований показывают, что воздействие газовой смеси, содержащей СО и цианистые соединения значительно выше токсического эффекта, который наблюдается при изолированном горении каждого из этих компонентов. Установлено, что гибель экспериментальных животных наступает при содержании токсичных агентов в крови, не достигших уровней, которые обычно считаются летальными. При горении пластика КН-1 причиной смерти экспериментальных животных является отравление НАК, высокое содержание которого в крови имеет как танатогенетическое, так и диагностическое значение.

С целью сравнения токсического эффекта компонентов газовой смеси, образующейся при горении пластика КН-1 с другими полимерными материалами, исследовано токсическое действие СО и формальдегида, выделяющихся при горении пластика ВП-2.

В каждой серии эксперимента в атмосфере затравочной камеры проводили количественное определение концентрации СО и формальдегида, а в крови подопытных животных определяли содержание дериватов гемоглобина и формальдегида.

В первой контрольной серии эксперимента затравку животных проводили продуктами горения древесины сосны (навеска 5,0 г/м3). При этом концентрация СО в атмосфере затравочной камеры составляла 12000 мг/м3. Во второй серии эксперимента затравку подопытных животных проводили продуктами горения пластика ВП-2(навеска 1 г/м3). В этой серии эксперимента концентрация СО в атмосфере затравочной камеры составляла 7000 мг/м3 и формальдегида 220 мг/м3.

В третьей серии эксперимента затравку подопытных животных проводили продуктами горения древесины сосны (навеска 2,5 г/м3 и

пластика ВП-2 (навеска 0,5 г/м3). Концентрация СО в атмосфере затравочной камеры составляла 9000 мг/м3, а формальдегида - 150 мг/м3.

Результаты проведенных исследований показали, что в крови экспериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны концентрация СОНb составляет 46%, а продуктами горения пластика ВП-2 - 20,6%, а при их совместном горении - 32%. В крови животных, затравленных продуктами горения пластика ВП-2, по сравнению с воздействием продуктов горения древесины сосны, вдвое возрастает содержание MtHb, появляется формальдегид. Причем, чем выше в продуктах горения содержание формальдегида, тем более возрастает его содержание в крови.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют, что невысокая концентрация СОНb в крови экспериментальных животных, затравленных продуктами горения пластика ВП-2, не может объяснить танатогенез отравления. По-видимому, определенное значение в развитии смертельного отравления принадлежит формальдегиду.

С целью создания наиболее адекватной модели реальных пожаров изучение токсичности продуктов горения полимерных материалов ППУ-ЗС, ДПСП ТС и ФС-72 проводили в условиях крупномасштабного эксперимента на специальном стенде, состоящем из двух помещений. В одном из которых располагались типового помещения судна "каюта-коридор", масштабом 1:2. Зашивка стен каюты проводилась следующими материалами: ППУ-ЗС, ДПСП ТС и ФС-72. После начала модельного пожара, образующиеся продукты горения выходили из помещения каюты и поступали в коридор, где располагались клетки с экспериментальными животными.

Проведенные эксперименты показали, что в составе продуктов горения азотсодержащих полимерных материалов, помимо СО, присутствовали в токсикологически значимых концентрациях цианистые соединения и ацетонитрил. Содержание СОНb в крови экспериментальных животных колебалась в пределах 41-52%, а цианидов - 1,2-2,1 мкг/г.

В продуктах горения материала ФС-72, по сравнению с продуктами горения азотсодержащих полимерных материалов, цианиды обнаруживались в атмосфере пожара и в крови экспериментальных животных в количествах, которых не могут самостоятельного токсикологического значения.

Таким образом, результаты этих исследований позволяют расценивать интоксикацию продуктами горения изучаемых азотсодержащих материалов как сочетанные, причем в ряде случаев ведущим токсикантом отравления являются цианистые соединения.

Гистологические исследования внутренних органов (головной мозг, сердце, легкое, печень, почка) экспериментальных животных затравленных продуктами горения древесины сосны, пластика КН-1 и их модельными смесями показано, что несмотря на наличие общих проявлений, определяемые токсическим воздействием, в исследуемых органах имели место и некоторые различия, по-видимому, связанные со специфическими особенностями продуктов горения изучаемых материалов и их смеси. Изменения в бронхиальном дереве легких при отравлении продуктами горения древесины сосны были более глубокими, чем в легочной ткани. Эпителий бронхов и бронхиол был не только в состоянии дистрофии, но и местами некротизирован и десквамирован, что не было выявлено при воздействии других токсических веществ. В ткани головного мозга специфические поражения при воздействии продуктов горения древесины сосны охватывали не только нейроны, но и микроглию. При воздействии продуктов горения пластика КН-1 тяжелые поражения нейронов, сопровождались изменениями сосудов головного мозга в виде усиления плазматического пропитывания, периваскулярного отека и дистрофии эндотелиальных клеток.

Подобная картина наблюдалась и в печени, где глубокие изменения специфической паренхимы устанавливались при токсическом воздействии продуктов горения древесины сосны. Для них было характерным не только выраженная дистрофия, но и возникновение "мостовидных" некрозов гепатоцитов.

Количественный гистоэнзимологический анализ различных

структур исследованных органов показал, что в ткани головного мозга экспериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны, пластика КН-1 и их смеси происходило резкое угнетение основных процессов метаболизма в нейронах и стенке сосудов. Это сопровождалось резким снижением активности СДГ, усилением активности фермента анаэробного окисления - ЛДГ а также трансэндотелиального транспорта в сосудистой стенке (ЩФ).

Исследование морфо-функционального состояния клеток бронхиального и альвеолярного эпителия выявило, что наибольшее влияние

на активность изучаемых ферментов оказывали продукты горения древесины сосны и пластика КН-1. В клетках альвеолярной выстилки имело место резкое снижение как аэробного (СДГ), так и анаэробного (ЛДГ) окисления. При этом в ткани легких, несмотря на угнетение ферментов гликолиза, сохранялись высокие значения НЭ.

Сравнение метаболических показателей интрамиокардиального сосудистого русла и кардиомиоцитов выявило своеобразные изменения системы энергообеспечения трансэндотелиального транспорта, связанного с токсическим воздействием.

На первый план выступала активация процессов анаэробного окисления и сосудистого транспорта при всех видах токсического воздействия, определяемого на фоне разнонаправленной динамики процессов анаэробного окисления и гидролиза.

Наиболее глубокие изменения ферментативных процессов в печени наблюдались при воздействии продуктов горения пластика КН-1. Последнее заключалось в угнетении маркеров энергообеспечения, усиления активности показателя гидролиза и уменьшения активности трансэндотелиального транспорта в сосудах.

Таким образом, выявленные метаболические изменения показали, что воздействие токсических веществ, выделяющихся при горении древесины сосны, пластика КН-1 и их смеси, вызывает глубокое повреждения ферментативной системы изучаемых органов. Характер динамики метаболических сдвигов в клетках специфической паренхимы и сосудистой стенки свидетельствовал не только о повреждениях органов, но и наличие механизмов компенсаторных процессов.

Основным проявлением этих реакций во всех исследованных органах было усиление активности транспортных процессов в стенке сосудов микроциркуляторного русла. Возможно это связано с усилением оксигенации клеток специфической паренхимы и выведения токсических продуктов в общий кровоток, накапливающихся в околососудистых пространствах, выявленные ферментативные изменения свидетельствуют о сопряженности функционирования изучаемых структур и системности перестройки паренхиматозно-сосудистого комплекса исследованных органов при воздействии продуктов горения.

ВЫВОДЫ

1.Горение азотсодержащих полимерных материалов сопровождается выделением ряда химических соединений наиболее токсичными, из которых являются цианиды, акрилонитрил и оксид углерода.

2.Токсические эффекты продуктов горения азотсодержащих полимерных материалов обусловлены сочетанным действием цианидов, акрилонитрила и оксида углерода.

3.При изолированном горении пластика КН-1 образуются высокие концентрации акрилонитрила, который является причиной смертельного отравления.

4.Обнаружение в крови пострадавших в условиях пожаров токсичных соединений, содержащихся в продуктах горения азотсодержащих полимерных материалов, служит показателем прижизненности химической травмы.

5.К критериям судебно-медицинской диагностики отравлений продуктами горения азотсодержащих полимерных материалов могут быть отнесены соотношения количественного содержания гемоглобинових лигандов.

6.Установлена неодинаковая чувствительность внутренних органов экспериментальных животных, затравленных продуктами горения древесины сосны, полимерного материала КН-1 и их смеси, с различными диапазонами морфологических изменений.

7.Воздействие продуктов горения приводили к усиленному функционированию клеток паринхиматозно-сосудистого звена внутренних органов экспериментальных животных и к изменению их гистохимического профиля, обусловленного природой химической травмы.

8.Разработаны методические рекомендации по усовершенствованию судебно-медицинской диагностики отравлений в условиях пожара при горении азотсодержащих полимерных материалов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

При осмотре места происшествия в случаях пожаров в помещениях с большой насыщенностью азотсодержащими полимерными материалами, необходимо обратить внимание на подробное описание материалов горения, а также на изъятие их образцов с целью определения токсикантов газовой среды пожара.

Судебно-медицинская экспертиза трупов лиц, погибших при современных условиях пожаров, должна проводится с использованием широкого спектра судебно-химических исследований для количественного определения в биологических объектах, наиболее токсичных компонентов газовой среды пожара, образующихся и при горении азотсодержащих полимерных материалов - цианидов и акрилонитрила.

В целом ряде случаев эти соединения играют решающую роль в процессе развития и исходе отравления.

При судебно-гистологическом исследовании внутренних органов трупов людей, погибших в условиях пожаров, сопровождавшихся горением азотсодержащих полимерных материалов, могут наблюдаться изменения в виде гемомикроциркуляторных нарушений, кровоизлияний в ткань головного мозга, выраженного отека стромы органов, гиперплазии и очаговой метоплазии бронхи ального эпителия, стеатоза печени.

Для судебно-медицинской диагностике смертельных отравлений продуктами горения азотсодержащих полимерных материалов могут использоваться гисстохимические методы исследования, направленные на определение активности гидролитических и окислительно-восстановительных ферментативных процессов во внутренних органах.

При трактовке данных дополнительных исследований и составлении экспериментальных выводов о причине смерти пострадавших приоритетную роль играют результаты судебно-химического исследования.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Комбинированное действие окиси углерода и цианистых соединений при горении пластика КН-1 //Суд.-мед. эксперт.-1984.-N3.-
C.32-33.

2. Токсикологическое значение продуктов горения синтетического материала КН-1 //Тезисы докладов VI-ой научно-практической
конференции молодых ученых и специалистов Дагестана "Молодежь и общественный прогресс.-Махачкала, 1984.-С.146.

3. Значение продуктов горения формальдегидных пластмасс в случаях смерти на пожаре //Тезисы докладов 48-ой итоговой объединенной научно-практической конференции молодых ученых, специалистов и студентов Дагестана по медицине.-Махачкала, 1986.-С.80.

4. Гистохимическая оценка состояния бронхиального эпителия и альвеолоцитов при смерти на пожаре //Тезисы докладов итоговой объединенной научно-практической конференции молодых ученых, специалистов и студентов Дагестана по медицине.-Махачкала,1986.-С.81-82.

5. Судебно-медицинская оценка смертельных отравлений в условиях пожара //Тезисы работ по судебной медицине молодых ученых ВУЗов Санкт-Петербурга.-СПб, 1997. — С.14-15.