Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ УЩЕРБА ЗДОРОВЬЮ НАСЕЛЕНИЯ, НАНОСИМОГО ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА КСЕНОБИОТИКАМИ

Изобретение относится к способам определения неблагоприятного воздействия вредных веществ на организм человека.

В настоящее время существуют различные способы оценки ущерба здоровью, наносимого загрязнением окружающей среды вредными химическими веществами.

Известен способ, основывающийся на зависимости "доза-эффект" при длительном воздействии ксенобиотика в стабильных уровневых условиях:

где Е - токсический эффект; Е_m - max величина токсичного эффекта; n - стехиометрический коэффициент биологической реакции; К - константа скорости лимитирующей реакции; t_общ - общее время воздействия ксенобиотиков; t_равн - время установления равновесия между концентрацией ксенобиотика во внешней среде и организме; С - концентрация токсичного вещества в окружающей среде; λ - коэффициент распределения организм-среда (см. А.В.Киселев. Оценка риска здоровью в системе экологического мониторинга, Санкт-Петербург. Медицинская академия последипломного образования, с.18).

Наиболее близким к заявляемому является зависимость, обобщающая три основных параметра, концентрация - время - эффект:

In(1-Е)=-k·Pn·Cn·t, (2)

где Е - величина эффекта, выраженная в относительных единицах: 0<Е<1;

С - концентрация ксенобиотика в окружающей среде;

t - время продолжительности воздействия ксенобиотика на организм;

k - константа скорости взаимодействия ксенобиотика и ксенорецептора при n=1; n - стехиометрический коэффициент химической (биохимической) реакции; Р - коэффициент распределения организм-среда. (см. Гигиена и санитария. №2. - М.: Медицина, 1997, с.63 - прототип).

Недостатками известных способов оценки является необходимость экспериментального определения эмпирических коэффициентов для каждого вида ксенобиотика, что делает известные способы трудоемкими и дорогостоящими.

Устранение вышеуказанных недостатков является задачей заявляемого способа.

Указанная задача решается следующим образом.

В способе количественной оценки ущерба здоровью населения, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками, заключающемся в измерении концентрации вещества в окружающем воздухе, определяют избыточную приведенную концентрацию данного ксенобиотика (С_прив):

С_прив=ПДК_рз·(0,011·ϕ_з.i+0,022)-ПДК_нм,

где ПДК_рз - предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, ϕ_з.i - величина превышения ПДК_рз на нижних границах классов 3.1-3.4, которую определяют по табл.1, ПДК_нм - предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных мест в соответствии с нормативными документами; затем рассчитывают ущерб здоровью населения (У_нас) от данного ксенобиотика, кроме CO, в человеко-сутках:

У_нас=[1-ехр(а(С_окр-ПДК_нм)^b)]·365·N, где

С_окр - концентрация вещества в окружающем воздухе (мг/м³); 365 суток - переводной коэффициент для перехода от относительного ущерба к абсолютному за год; N - численность населения, при этом эмпирические коэффициенты а и b для данного ксенобиотика находят расчетным путем методом наименьших квадратов исходя из соотношения:

У_з.i=[1-ехр(а·(С_прив.i-ПДК_нм)^b)]·365,

а ущерб здоровью населению от действия СО в окружающей среде рассчитывают в человеко-сутках в соответствии с зависимостью:

У={1-exp[a(0,147C_co-0,43)^b]}·365·N,

где С_со - концентрация СО в окружающем воздухе (мг/м³),

а=-0,0145; b=1,51.

В основу предложенного способа положен принцип гигиенического нормирования неблагоприятных факторов окружающей среды. Порог недействия (неповреждения здоровья человека) устанавливается в виде предельной дозы Д_о того или иного вещества, поступающего в организм в течение всей жизни, определяемой при ингаляционном воздействии зависимостью:

Д_о=ПДК_нм·t·Т_пж·Q, (3)

где ПДК_нм - предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных мест (мг/м³); t=365 суток - время действия вредного фактора в год; Т_пж=70 лет - среднее время продолжительности жизни;

Q=20 м³ - средний объем легочной вентиляции в сутки.

Дозы Д_изб, превышающие уровни Д_о, наносят ущерб организму человека в виде проявленных или скрытых повреждений здоровья.

Для определения величины дозы Д_изб, превышающий порог недействия Д_о ксенобиотиков в атмосферном воздухе населенных мест, использованы данные нормативного документа о воздействии вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

В системе охраны труда действует нормативный документ "Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса - Руководство Р.2.2.755 - 99 г. Данное руководство (п.1.3) основано на принципе дифференциации условий труд по степени отклонений параметров производственной среды в соответствии с выявленным влиянием этих отклонений на функциональное состояние и здоровье человека. В соответствии с таблицей 4.11.1, Руководства Р.2.2.755-99, классы вредности условий труда (3.1, 3.2, 3.3 и 3.4) устанавливаются в зависимости от того, во сколько раз фактические значения параметров среды ϕ_з.i (в частности, концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны) превышают нормативные значения (табл.1).

В работе "Как оценивать риск" (Охрана труда и социальное страхование, №3, 1998 г., с.37-41) обоснован подход и установлена шкала оценки ущерба здоровью человека для соответствующих классов вредности условий труда, которая с учетом последующих изменений в нормативных документах (НРБ - 99, Р 2.2.755-99) модифицирована в виде таблицы 2.

Таблица 2

Величины ущерба могут меняться по мере изменений в действующих нормативных документах.

В системе координат "ущерб (У_з.i) - класс условий труда" нижним границам классов условий труда 3.i (i=1,4), соответствуют контрольные точки 1, 2, 3 и 4 с характерными дозовыми избыточными нагрузками Д_з.i. Избыточные дозовые нагрузки Д_изб=Д_з.i в контрольных точках 1-4, обусловленные превышением ПДК_рз вредных веществ в воздухе рабочей зоны, определяются на основании зависимости:

Д_з.i=Д_то.i+Д_р.з.-Д_о, (4)

где Д_то.i - доза ксенобиотика, полученная организмом на технологической операции, т.е. у источников максимальных выбросов в период наиболее активных химических и термических процессов, с концентрацией С_з.i=ПДК_рз·ϕ_з.i в течение 15 минут не более 4-х раз в смену (Р.2.2.755-99 Приложение 9), определяется зависимостью:

Д_то.i=ПДК_рз·ϕ_з.i·Т_тс·t_pc·1/8·Q, (5)

где ПДК_рз - предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны;

ϕ_з.i - величина превышения ПДК_рз на нижних границах классов 3.1-3.4, определяется по таблице 1;

t_pc=250 - среднее количество рабочих смен в году;

Т_тс=25 лет - средний рекомендуемый трудовой стаж при работе во вредных условиях труда;

Q - объем легочной вентиляции у работающих, принимается равным 7 м³ в смену (СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений);

1/8·Q=0,875 м³ - объем легочной вентиляции при работе у источника максимальных выбросов (1 час в смену - 4 раза по 15 минут);

Д_рз - доза ксенобиотика, полученная организмом при нахождении в рабочей зоне (во время рабочей смены (8-1=7 часов) вне источников максимальных выбросов, определяется зависимостью:

Д_рз=0,3·ПДК_рз·Т_тс·t_pc·7/8·Q, (6)

где 0,3·ПДК_рз - требования к содержанию вредных веществ в воздухе рабочей зоны в течение рабочей смены вне источников максимальных выбросов (СНиП 2.04.05-91 "Отопление, вентиляция и кондиционирование");

7/8·Q=6.125 м³ - объем легочной вентиляции в рабочей зоне. С учетом соотношений (3), (5) и (6) избыточная дозовая нагрузка Д_з.i описывается соотношением:

Д_з.i=ПДК_рз·ϕ_з.i·562,5+ПДК_рз·781,25-ПДК_нм·511000 (7)

Поделив правую и левую части соотношения (7) на объем легочной вентиляции человека за жизнь (511000 м³), получаем соотношение, характеризующее избыточную приведенную концентрацию ксенобиотика в воздухе рабочей зоны:

С_прив=ПДК_рз·(0,011·ϕ_з.i+0,022)-ПДК_нм (8)

Медико-биологическими исследованиями влияние ксенобиотиков на организм человека установлено, что зависимость "доза-эффект (приведенная концентрация эффект)" носит экспоненциальный характер (см. аналог, прототип). В общем виде такая зависимость может быть выражена соотношением:

У_з.i=[1-ехр(а·(С_прив.i-ПДК_нм)^b)]·365 (9)

или с учетом соотношения (8) ущерб здоровью человека воздействием ксенобиотиков производственной среды с концентрацией, соответствующей классу з.i, описывается соотношением:

У_з.i=[1-ехр{а[ПДК_рз·(0,011·ϕ_з.i+0,022)-ПДК_нм]^b}]·365, (10)

где а и b - эмпирические коэффициенты, зависящие от вида ксенобиотика. Коэффициенты а и b находятся расчетным путем из соотношения (10) методом наименьших квадратов.

За основу расчета ущерба здоровью, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками, принято положение о том, что одно и то же вещество имеет сходный качественный характер воздействия на организм человека независимо от того, реализуется ли оно в производственной среде, в месте постоянного проживания человека или в любом другом ареале, т.е. коэффициенты а и b являются величинами постоянными.

На основании данного положения ущерб, наносимый здоровью человека загрязнением атмосферного воздуха населенных мест У_нм ксенобиотиками, может быть описан аналогично зависимости (9) соотношением:

У_нм=[1-ехр(а(С_окр-ПДК_нм)^b)]·365 (11)

Соотношение (11) получено по аналогии с соотношением (9) из условия, что избыточная доза Д_нм воздействия ксенобиотика атмосферного воздуха за жизнь человека составляет:

Д_нм=Д_окр-Д_о, (12)

где Д_о определяется соотношением:

Д_окр=С_окр·T_пж·t·Q, (13)

С_окр - фактическая концентрация ксенобиотика в атмосферном воздухе населенных мест.

Ущерб здоровью населения У_нас в человеко-сутках сокращения средней ожидаемой продолжительности жизни за год для популяции численностью N определяется соотношением:

У_нас=У_нм·N=[1-ехр(а·(С_окр-ПДК_нм)^b)]·365·N (14)

Особенностью воздействия CO является то, что патогенетическое значение окиси углерода в том, что CO, проникая в кровь, абсорбируется эритроцитами, вступает во взаимодействие с железом гемоглобина, образуя стойкое соединение карбоксигемоглобин (HbCO) (см. И.В.Лазарев. Вредные вещества в промышленности. Т.3. Неорганические и элементоорганические соединения. Справочник химиков, инженеров и врачей. Л.: Химия. 1977. стр.608). Процесс присоединения окиси углерода к гемоглобину в присутствии оксигемоглобина (HbO) можно представить как одновременно протекающие и взаимно сопряженные реакции:

HbO+CO=HbCO+O₂.

При этом содержание O₂ может снижаться с 18-20% до 8%, а содержание HbO в артериальной и венозной крови уменьшится с 6-7% до 2-4% (см. И.В.Лазарев. Вредные вещества в промышленности. Т.3. Неорганические и элементоорганические соединения. Справочник химиков, инженеров и врачей. Л.: Химия. 1977. стр.608). Это объясняется тем, что сродство окиси углерода к гемоглобину в 240 раз больше (см. Исаев Л.К. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты. М.: 1997 г.), чем кислорода, поэтому даже небольшие концентрации СО вытесняют кислород из связи с гемоглобином. Образование карбоксигемоглобина приводит к нарушению транспортной функции гемоглобина. При этом ухудшается снабжение тканей кислородом. Содержание карбоксигемоглобина (HbCO) в крови зависит от многих факторов и может быть рассчитано по формуле (см. Исаев Л.К. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты. М.: 1997 г.):

где - скорость изменения CO в организме (мл/мин);

[HbCO] - концентрация CO в крови (мл CO в мл крови);

[HbCO₂] - концентрация CO₂ в крови (мл CO₂ в мл крови);

D_L - диффузионная способность легких (мл в мин на мм рт.ст.);

РВ - атмосферное давление (мм рт.ст);

pI_CO - давление CO во вдыхаемом воздухе (мм рт.ст);

- среднее давление O₂ в легочных капиллярах (мм рт.ст.);

V_A - альвеолярная вентиляция (л/мин);

М - константа Холдена (220-240 при рН 7.4);

V_CO - скорость выработки эндогенной СО (мл/мин).

С помощью этой формулы рассчитаны величины содержания HbCO в зависимости от концентрации CO в воздухе, уровня физической работы и времени воздействия (табл. 2.10) (см. Исаев Л.К. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты. М.: 1997 г., Окись углерода. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Вып.13, ВОЗ. 1983 г.).

В присутствии карбоксигемоглобина диссоциация оксигемоглобина (HbO) замедляется и происходит в 3600 раз медленнее, чем HbCO, в связи с этим развивается кислородная недостаточность, и как следствие наблюдаются различные нарушения здоровья (см. И.В.Лазарев. Вредные вещества в промышленности. Т.3. Неорганические и элементоорганические соединения. Справочник химиков, инженеров и врачей. Л.: Химия. 1977. стр.608).

В работе (см. И.В.Лазарев. Вредные вещества в промышленности. т.3 Неорганические и элементоорганические соединения. Справочник химиков, инженеров и врачей. Л.: Химия. 1977. стр.608) отмечается, что в настоящее время доказано существование "истинно" хронического отравления CO, которое развивается при действии его малых доз. При этом наблюдается наличие соответствующего производственного анамнеза, клинической картины (астения, энцефалопатия, растройство дыхания и функции сердечно-сосудистой системы).

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для оценки содержания HbCO (S_HbCO) в зависимости от концентрации CO (С_CO) в воздухе с учетом уровня физической работы и времени воздействия разработана специальная таблица (табл.2.10), на основании которой, представляется возможным построение математической функциональной зависимости "S_HbCO-С_CO". В случае действия окиси углерода на организм человека в течение 24 часов при уровне физической нагрузке, находящейся в интервале: "покой" - "легкая работа", на основании данных (табл.2.10) можно построить уравнение регрессии, описывающего функциональную зависимость содержания HbCO от концентрации CO в воздухе населенных мест:

Для определения допустимого, не оказывающего вредного воздействия на организм в течение всей жизни, содержания HbCO необходимо в выражение (16) подставить концентрацию CO, равную ПДК_нн=3 мг/м³. В результате установлено, что величина равна

Для определения предельно допустимого содержания HbCO при работе во вредном классе условий труда 3.1 с действующей концентрацией СО, равной ПДК_р.з.=20 мг/м³, а также для расчета содержания HbCO при работе в классах условий труда 3.2; 3.3; 3.4, имеющих действующую концентрацию СО равную: С_3.2.=2ПДК_р.з, С_3.3=4ПДК_р.з, С_3.4=6ПДК_р.з (см. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов в производственной среде, тяжести и напряженности трудового процесса. Руководство Р2. 2755-99. - М., 2001 г.), используем данные (табл.2.10) при времени воздействия его 1 час (см. Окись углерода. Гигиенические критерии состояния окружающей среды., Вып.13, ВОЗ, 1983 г.) в промежутке значений уровня физической нагрузки между "легкой" и "тяжелой" работой. Функциональная зависимость в этом случае описывается выражением:

S_HbCO=0,3+0,058 С_CO.(17)

С учетом того, что повреждающее действие на организм оказывает содержание карбоксигемоглобина, то ущерб можно рассчитать по зависимости:

Подставив в (18) значения (16) и (17). получим зависимость (19), которая позволяет рассчитать значение коэффициентов a и в (табл.2.11), а также величину ущерба, наносимого организму, в зависимости от действующей концентрации СО в воздухе рабочей зоны.

При сравнении выражений (19) и (9,11) видно, что величина ущерба как на рабочем месте, так и в среде обитания неработающего населения функционально зависит от величины избыточной концентрации ксенобиотика С_изб, приведенной к действию на организм в течение всей жизни. Следовательно, оценку ущерба организму от действия загрязнителей атмосферного воздуха в окружающей среде (среде обитания) можно описать зависимостью:

Подставляя в выражение (20) значение С_изб в окружающей среде , получим уравнение для расчета ущерба от действия вредных факторов окружающей среды:

Для расчета ущерба от действия СО в окружающей среде, необходимо в выражение (18), подставить значения и

С учетом этого получим зависимость:

У={1-exp[a(0,147C_co-0,43)^b]}·365*N. (22)

Таким образом, для определения ущерба здоровью населения, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками, необходимо:

1. Определить фактическую концентрацию ксенобиотика в атмосферном воздухе населенного места С_окр;

2. На основании соотношения (10) рассчитать значения коэффициентов а и b для данного ксенобиотика;

3. На основании соотношения (11) рассчитать величину индивидуального ущерба, наносимого воздействием ксенобиотика на организм человека;

4. На основании соотношения (14) рассчитать ущерб здоровью популяции, подвергающейся воздействию ксенобиотика.

Пример расчета.

Определим величину социального ущерба, наносимого жителям города с населением 25 тыс.человек, проживающих в зоне загрязнения диоксидом азота (NO₂) с концентрацией 0,12 мг/м³.

ПДК населенных мест NO₂-ПДК_нм=0,04 мг/м³

Действующая концентрация NO₂-С_окр=0,12 мг/м³

ПДК рабочей зоны NO₂-ПДК_р.з=2,0 мг/м³

1. С помощью таблицы 1 определяем значение ϕ_з.i на границе классов условий труда: 3.2; 3.3; 3.4:

ϕ_3.2=2, ϕ_3.3=4, ϕ_3.4=6

2. Подставляя значения ПДК_нм=0,04 мг/м³

ПДК_рз=2,0 мг/м³,

ϕ_3.1=1; ϕ_3.2=2; ϕ_3.3=4; ϕ_3.4=6,

в зависимость (10) рассчитываем коэффициенты а и в для диоксида азота: а=-1,56 b=1,23

3. Подставляя значения С_окр=0,12 мг/м³ соотношение (11) находим ущерб, наносимый организму человека загрязнением атмосферного воздуха диоксидом азота:

У_н.м=3,1 суток за год

4. Ущерб населению определяется зависимостью:

У_нас=У_нм·N, где

N - количество людей, подвергшихся воздействию загрязняющего фактора = 25000, таким образом, У_нас=3,1·25000=77500 чел-суток за год.