Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Характеристикаи риска развития эффектов разной степени выраженности при гигиенической оценке химических веществ

На правах рукописи

ШИМОНОВА Татьяна Евгеньевна

ХАРАКТЕРИСТИКА РИСКА РАЗВИТИЯ ЭФФЕКТОВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ВЫРАЖЕННОСТИ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

14.00.07 - Гигиена

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 1997

^ #

О

#

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН

Научный руководитель:

доктор медицинских наук С.Л. Авалиани

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

доктор медицинских наук, профессор

Ведущая организация: Медицинский Университет

С.М.Новиков З.И.Жолдакова Российский Государственный

Защита диссертации состоится " Ы^оИ^е^ 1997 г. в

часов на заседании диссертационного совета Д 001.09.01 в Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (119833, Москва, ул. Погодинская, 10).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ ЭЧиГОС им. А.Н.Сысина РАМН.

Автореферат разослан "•¿•5 " 1997 г_

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук,

профессор В.С.Журков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Сложившаяся в гигиенической токсикологии система качественных и количественных критериев оценки вредного действия химических агентов на организм базируется на определения биологически значимых сдвигов, на основании которых выявляется граница между гигиенически допустимым и недопустимым (собственно пороговый уровень). Длительное время оценка этих сдвигов осуществлялась, в основном, по среднегрупповым характеристикам действия химических веществ по отдельно взятым количественным показателям (И.В.Саноцкий, 1979, М.А.Пинигин, 1979, Г.И.Сидоренко и соавт., 1983, С.Н.Голиков и соавт., 1986, Г.Н.Красовский, 1987 и ДР-)

Однако, в процессе развития теории и практики гигиенического нормирования было выявлено, что при использовании этого подхода не учитываются индивидуальные различия в чувствительности к действию химических веществ, которые не могут быть оценены в рамках средней нормы (Ю.С.Каган, 1978, Б.А.Курляндский, 1979, ШосЖскз, Я.ТагсЩ 1984 и др.). Это обусловило необходимость разработки методов определения вероятностных значений порогов действия химических соединений, учитывающих индивидуальные реакции отдельных наиболее чувствительных особей (Б.А.Курляндский и соавт., 1979, М.И.Михеев и соавт., 1979, М.А.Пинигин, 1981, Б.М.Штабский, Г.Н.Красовский, 1979, С.Л.Авалиани и соавт., 1987, С.СоШегп е1 а1, 1987 и др.).

Вместе с тем, фундаментальными исследованиями последнего десятилетия установлено, что граница между гигиенически вредным и безвредным проходит в области предпатологии (Р.М.Баевский, 1979, Г.И.Сидоренко, 1985, 1990, Я.Р^ага е1 а1, 1987 и др.), следовательно, наиболее важной проблемой при гигиенической оценке химических веществ является создание надежных критериев разграничения приспособительных реакций организма от предпатологических и патологических его состояний. Поэтому критерии вредности, принятые в гигиеническом нормировании, должны быть приведены в соответствие с общими принципами диагностики, направленными, главным образом, на диагностику донозологических состояний. То есть, определение вероятностных порогов должно основываться на

индивидуальной диагностической оценке состояния целостного организма (статуса) (Б.М.Штабский и соавт., 1983, Е.Н.Панасюк и соавт., 1986 и др.).

Наряду с этим, существующие различия в показателях, критериях и методах, применяемых при обосновании гигиенических нормативов и для оценки опасности фактического загрязнения окружающей среды, обусловливают необходимость разработки универсальной системы методов, позволяющей устанавливать на единой методической основе надежные корреляционные связи между любыми концентрациями, встречающимися в реальных условиях населенных мест, включая ПДК, и возможными неблагоприятными эффектами в состоянии здоровья, возникающими при их воздействии.

Анализ литературных данных свидетельствует, что для решения этой проблемы в наибольшей степени подходит концепция риска и последовательное применение основных элементов процедуры его оценки, на последнем этапе которой дается заключение о вероятности нанесения ущерба здоровью населения (IPCS, 1989, NRC, 1983, 1992, Internal Document WHO/PEP/89.6., 1989 и др.).

Однако, при использовании концепции риска остается нерешенным ряд теоретических и методических вопросов: так, при идентификации потенциальной и реальной опасности обычно используются критерии, характеризующие в большей степени токсический эффект, а не показатели раннего неблагоприятного действия химических веществ на организм; гигиеническое нормирование осуществляется до сих пор без диагностической характеристики возникающих сдвигов, чаще всего на установлении изменений отдельных показателей, более того без вероятностных оценок; недостаточно разработаны четкие качественные и количественные критерии при установлении порогов, что является главным препятствием для проверки обоснованности и надежности устанавливаемых нормативов; является важным дальнейший поиск надежных маркеров раннего неблагоприятного воздействия и сопоставление полученных данных с результатами, установленными другими методами.

Перечисленный круг вопросов определил актуальность и составил цель и задачи настоящей работы, проведенной в соответствии с планом НИР НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН в рамках ряда тем (номера государственной регистрации: 01.9.10013592; 01.9.100113579; 01.9.40001791).

Биохимические н морфологические тесты в процессе экспериментальных исследовании выполнены совместно со специалистами лаборатории медико-биологического отдела НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина РАМН (рук.: к.м.м. Л.Х. Мухамбетова, к.б.н. H.H. Беляева).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целыо работы являлась характеристика риска развития эффектов разной степени выраженности при гигиенической оценке химических веществ на основе установления индивидуальных, диагностически различимых состояний целостного организма (статуса).

В соответствии с целыо исследования в работе решались следующие задачи:

установить в экспериментальных условиях количественные зависимости концентрация (доза) - статус организма при пероральном воздействии нитрата свинца и ацетонцпангидрина;

теоретически обосновать и разработать методы установления дифференцированных пороговых уровней воздействия химических веществ на основе индивидуально-диагностической оценки статуса организма;

сопоставить установленные традиционными методами основные токсикометрические параметры изучаемых веществ с дифференцированными порогами, отражающими различный статус организма;

разработать единую шкалу оценки степени потенциального риска воздействия химических веществ на основе анализа показателей статуса организма и специфических маркеров раннего неблагоприятного действия, начиная от ПДК до максимальных уровней, встречающихся в реальных условиях населенных мест.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

На основе экспериментально-теоретических исследований разработана методика гигиенической оценки химических веществ, базирующаяся на индивидуальной диагностической характеристике состояния целостного организма (статуса) с учетом стадий предпатологии, а не на использовании в качестве критериев вредности изменений отдельных лимитирующих показателей. Разработанная методика позволяет определять дифференцированные пороговые уровни, отражающие наступление эффектов разной степени выраженности как по величине количественных, так и качественных, диагностически

различимых состояний организма, и, следовательно, выявлять начальный уровень доз и концентраций порогового диапазона на участке кривой доза (концентрация) - ответ.

Сравнительный анализ дифференцированных пороговых уровней, полученных с помощью диагностического принципа, с порогом, установленным традиционным методом по изменению лимитирующего градированного показателя состояния организма, позволил в каждом конкретном случае оценить, какова степень выраженности наблюдаемого эффекта на уровне последнего. Это дает возможность выявить диапазон доз и концентраций, при которых наблюдаются эффекты, соответствующие состояниям напряжения или перенапряжения механизмов адаптации, то есть истинно пороговому уровню.

Разработанная шкала оценки потенциального риска воздействия изученных химических веществ позволяет на единой методической основе с применением одинаковых критериев и показателей охарактеризовать любые концентрации, встречающиеся в реальных условиях населенных мест, включая ПДК, и уровни их превышения.

Установлена необходимость использования различных по величине коэффициентов запаса при переходе к ПДК в зависимости от количественного критерия установленного порога для определенного статуса организма.

В результате работы разработан новый подход к определению критериев вредности при гигиеническом нормировании, соответствующий общим принципам диагностики, в первую очередь донозологических состояний, что создает основу для оценки реального риска воздействия пороговых и подпороговых уровней и, следовательно, установления наиболее безопасных для здоровья гигиенических нормативов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в разработке и внедрении в практику новой методики гигиенической оценки химических факторов окружающей среды, позволяющей характеризовать пороговые и неэффективные уровни по диагностическим критериям вредности и определять потенциальный риск развития эффектов разной степени выраженности в широком диапазоне доз и концентраций. Результаты работы применены для проверки надежности и обоснованности существующих нормативов ацетонциангидрина и свинца в воде водоемов. Разработанная методика использована в программе курсов повышения квалификации врачей -гигиенистов и эпидемиологов.

Материалы диссертационных исследовании

использованы: при разработке проектов: "Методических указании по оценке риска здорового населения при воздействии химических факторов окружающей среды" (приняты к утверждению Госкомсанэпиднадзором РФ); "Руководства по оценке риска воздействия химических факторов окружающей среды на здоровье населения".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертации доложены: на Всесоюзной конференции "Проблемы донозологической гигиенической диагностики" (Ленинград, 1989 г.); на международной конференции студентов и молодых ученых "Охрана окружающей среды на урбанизированных территориях" (Пермь, 1995 г.); на международном семинаре "Оценка риска для здоровья населения" (Москва, 1995 г.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной обоснованию этапов работы и выбору методов исследований, трех глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Текст изложен на 120 страницах машинописи, иллюстрирован 20 таблицами, 13 рисунками. Указатель литературы содержит 133 источника, из них 78 отечественных и 55 иностранных авторов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

Система количественных зависимостей концентрация (доза) - статус организма для установления пороговых и недействующих уровней химических веществ.

Единая шкала оценки потенциального риска воздействующих уровней изученных химических веществ, ориентированная на характеристику любых эффективных и неэффективных концентраций, встречающихся в реальных условиях населенных мест, включая ПДК.

Методика установления пороговых и недействующих уровней химических веществ на основе анализа и оценки риска возникновения эффектов разной степени выраженности.

МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Обоснование методических приемов для характеристики риска развития эффектов разной степени выраженности при гигиенической оценке химических веществ и разработки единой шкалы оценки степени потенциального риска воздействия химических факторов окружающей среды на состояние здоровья проводилось на основе анализа и обобщения литературных материалов, отражающих: а) существующие подходы к установлению гигиенических нормативов химических веществ; б) качественную и количественную характеристику изменения специфических маркеров раннего неблагоприятного действия; в) степень нарастания выраженности эффектов в организме при воздействии различных уровней изученных химических веществ. С этой целью было проанализировано около 70 источников отечественной и зарубежной литературы.

При разработке единой шкалы оценки степени потенциального риска воздействия изученных химических веществ данные, полученные из литературных источников, сопоставлялись с результатами собственных экспериментальных исследований.

Для решения задач настоящей работы в эксперименте можно было исследовать любые химические вещества, рассматривая их в качестве моделей. Однако при выборе веществ целесообразно было ориентироваться на такие, которые хорошо изучены в токсикологическом и патогенетическом плане, не обладают канцерогенным эффектом, доступны для создания модельных растворов заданных концентраций. Этим условиям отвечали ацетонциангидрин и нитрат свинца.

В качестве объекта при проведении экспериментальных исследований использовались белые нелинейные крысы-самцы (200 животных). В ходе эксперимента было изучено действие 4 доз нитрата свинца от 0,005 мг/кг до 0,625 мг/кг (по РЬ+2) и 4 доз ацетонциангидрина от 0,00175 мг/кг до 0,047 (по CN") мг/кг при пероральном введении. Длительность экспериментов составляла 3 месяца.

Оценка функционального состояния организма животных осуществлялась по ключевым системам гомеостаза и на разных уровнях его структурно-функциональной организации с использованием биохимических, физиологических,

гематологических и морфофункциональных показателей (всего было изучено 40 показателей).

Методы исследования, кроме экспериментальных, включали основные положения системного анализа, математический корреляционный и регрессионный анализ,

параметрические критерии сравнения Фишера и Стыодента. На всех этапах работы статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью интегрированного пакета анализа данных в статистической диалоговой системе STADIA, версии 5.0., разработанной А.П. Кулаичевым и В.Э. Фигурновым.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В работе представлены результаты экспериментально-теоретической разработки и обоснования системы методов характеристики риска воздействия широкого диапазона доз и концентраций химических веществ, включая пороговые и недействующие уровни, на основе индивидуально-диагностической оценки состояния организма.

ИНДИВИДУАЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА (СТАТУСА). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТОКСИКОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗУЧЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ.

На первом этапе работы в экспериментальных условиях определялись основные токсикомегрические параметры свинца и ацетонциангидрина в соответствии с "Методическими указаниями по разработке и научному обоснованию ПДК вредных веществ в воде водоемов" и "Временными методическими указаниями по обоснованию ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест". Для этого использовались показатели, отражающие общетоксическое действие выбранных веществ: изменение массы тела животных, мышечной работоспособности, поведенческих реакций в "открытом поле", общего количества лейкоцитов и лейкоцитарной формулы, активности ацетилэстеразы, лактатдегидрогеназы, N-ацетил-р-глюкозаминидазы в сыворотке крови, морфологических показателей.

На основании проведенных экспериментальных исследований были установлены: пороговые концентрации по изменению лимитирующего градированного показателя состояния организма для свинца - 0,5 мг/л и ацетонциангидрина -0,035 мг/л; максимально недействующая концентрация, выявленная в эксперименте, для свинца - 0,1 мг/л и для ацетонциангидрина - 0,035 мг/л. Также были рассчитаны вероятностные пороги, где в качестве количественного критерия

вредности градированного сдвига принимали М+28, с учетом спонтанного фона по исследуемому показателю. В этом случае порог для свинца был определен на уровне 0,14 мг/л, а для ацетонциангидрина - 0,035 мг/л.

На следующем этапе устанавливался статус целостного организма каждого животного с учетом стадий адаптации, то есть осуществлялась логико-диагностическая оценка индивидуальных реакций организма. С этой целью были использованы основные положения системного анализа (М.Б. Славин, 1983, 1989 и др.), согласно которым:

любая сложная система имеет многоуровневую иерархическую структуру, состоящую из подсистем, каждая из которых, в свою очередь подразделяется на отдельные компоненты, что обуславливает необходимость поэтапной оценки в процессе сбора информации;

- при выборе подсистем предпочтение отдавалось таким подсистемам, которые могут служить своеобразным индикатором адаптационно-приспособительной деятельности целостного организма, способности его к интегрированному ответу на воздействие факторов окружающей среды;

- для описания состояния системы или ее фрагментов (подсистемы) недостаточно знаний об отдельных ее компонентах, необходим учет сопряженности и взаимосвязи изменений между ними;

- один и тот же эффект (например, определяемый уровень функционирования организма) может быть достигнут различными путями, поэтому важнейшим свойством биологической системы является реагирование на различные воздействия за счет изменения взаимосвязей между ее компонентами, которые проявляются в изменении параметров системы в определенном интервале значений;

- наибольшая степень информативности соответствует параметрам, характеризующим функциональное состояние достаточно крупных блоков, т.е. наиболее информативным показателям состояния отдельных подсистем и организма в целом.

Этот подход позволял использовать для оценки состояния организма шобые специфические и интегральные показатели, определяющие ход процессов в подсистеме, объединенной по функциональному и, в некоторой степени, структурному плану, или по способу сбора информации.

С учетом вышеизложенного, индивидуальный диагноз каждого животного устанавливался на основании оценки подсистем: биохимической детоксикации, иммунной,

нейрофизиологической, морфофункциональной, в соответствии с алгоритмом, разработанным С.Л.Авалиани и соавт. (1995), и данными предыдущих экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории комплексной оценки риска воздействия факторов среды НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН .

Градации информативности, то есть увеличение значимости выявленных отклонений характеристик в процессе последовательной обработки информации, а также градации состояний как по отдельным характеристикам (показателям) и подсистемам, так и системе в целом, и коэффициенты значимости в каждом конкретном случае устанавливались с использованием собственных модификаций, так как изучались показатели и подсистемы несколько отличающиеся от представленных в упомянутом выше алгоритме.

Так, при морфологической оценке печени использовались дополнительные показатели: диспротеиноз, число клеток ретикулоэндотелиальной системы; а - селезенки - стереометрия маргинальной зоны. Алгоритм дополнен морфологической оценкой такого важного органа как почки - по 5 показателям: процент измененных клубочков, индекс альтерации эпителиоцитов почечных канальцев и альтернативные показатели процессов фнброзирования, некротизирования и гемодинамических сдвигов.

Дополнительным источником информации о степени выраженности эффекта, возникающего при воздействии химических веществ, могут служить показатели раннего специфического неблагоприятного, действия - биологические маркеры, особенно маркеры биоэффекта. Для получения более полной характеристики функционального состояния организма были изучены специфические биологические маркеры эффекта: для свинца - содержание дельта-аминолевулиновой кислоты и копропорфирина в моче; для ацетонциангидрина - содержание роданидов в сыворотке крови. Эти показатели, так же как и показатели состояния статуса, позволили градировать возникающие при воздействии изученных химических веществ нарушения функционального состояния по 4 степеням ответных реакций организма от удовлетворительной адаптации до ее срыва.

УСТАНОВЛЕНИЕ ПОРОГОВЫХ И НЕДЕЙСТВУЮЩИХ УРОВНЕЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВИНЦА И АЦЕТОНЦИАНГИДРИНА НА ОСНОВЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОНЦЕНТРАЦИЯ (ДОЗА) - СТАТУС ОРГАНИЗМА

На основании обобщенного показателя индивидуального статуса целостного организма, полученного при использовании алгоритма постановки донозологического диагноза, было рассчитано число животных с одинаковым диагнозом в каждой опытной и контрольной группах. Полученное число выражалось в процентах по отношению к общему числу животных в данной группе. Это позволило получить распределение животных по степени выраженности эффекта от удовлетворительной адаптации до ее срыва в зависимости от уровней воздействующих веществ, которые представлены в таблице I.

Таблица I.

Распределение животных с различным статусом организма в зависимости от дозы свинца и ацетонциангидрина

Доза Число Относительное число животных со статусом (%):

мг/кг живот- удовлет- напряже- перенапря- срыва

в день ных в воритель- ния меха- жения меха- адапта-

группе ной адап- низмов низмов ции

тации адаптации адаптации

контр. 20 30,0 45,0 25,0 0

Свинец

0,005 15 20,0 33,3 33,3 13,4

0,025 20 10,0 25,0 45,0 20,0

0,125 20 5,0 15,0 45,0 35,0

0,625 18 0 11,2 44,4 44,4

АЦГ

0,00175 20 30,0 40,0 25,0 5.0

0,00525 19 10,5 21,1 42,1 26,3

0,016 19 5,3 10,5 47,3 36,9

0,047 20 0 0 50,0 50,0

Установленный характер распределений позволил получить количественные зависимости концентрация (доза) -статус организма. На рис. I в качестве примера представлено графическое выражение этих зависимостей для определенного статуса.

Рнс.1. Зависимость, отражающая изменение относительного числа животных (в %): а) со статусом напряжения механизмов адаптации от дозы свинца: б) со статусом перенапряжения механизмов адаптации от дозы ацетонциангидрина.

ДОЗА СВИНЦА а)

Ц 0 3 Л ЯЦЕТОНЦИЯНГНДРННЯ

б)

Полученные зависимости, описываемые уравнениями регрессии логарифмического и экспоненциального типа, позволяют оценить все уровни подпорогового и порогового диапазона, в частности, установленные на первом этапе эксперимента основные токсикометрические параметры изученных веществ, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Ожидаемый уровень эффектов разной степени выраженности при пороговых и максимально неэффективных концентрациях свинца

и ацетонциангидрина

Пока- Значе- Относительное число животных со статусом (%):

затель ние

показа- удовлет- напряже- перенапря- срыва

теля воритель- ния меха- жения меха- адапта-

мг/л ной адап- низмов низмов ции

тации адаптации адаптации

Свинец

I 0,03 27,4 42,3 20,2 7,9

II 0,10 18,5 32,6 33,6 12,0

III 0,14 17,0 31,0 36,7 14,3

IV 0,50 12,0 25,0 43,0 22,8

АЦГ

I 0,035 25,8 37,5 25,2 7,7

II 0,035 25,8 37,5 25,2 7,7

III 0,035 25,8 37,5 25,2 7,7

IV 0,100 16,7 25,0 40,3 21,6

I - уровень ПДК;

II - уровень максимальной неэффективной концентрации, выявленной в эксперименте;

III - уровень вероятностной пороговой концентрации по лимитирующему признаку (с учетом спонтанного фона);

IV - уровень пороговой концентрации по лимитирующему градированному показателю состояния организма.

Полученные зависимости, описываемые уравнениями регрессии логарифмического и экспоненциального типа, позволяют оценить все уровни подпорогового и порогового диапазона, в частности, установленные на первом этапе эксперимента основные токсикометрические параметры изученных веществ, которые представлены в.таблице 2.

Анализ представленных данных позволяет прийти к заключению, что полученные в эксперименте порогов!, 1С концентрации по лимитирующему градированному показателю находятся в пределах тех уровней, при которых преобладают эффекты, отражающие пограничные состояния, то есть в области наиболее значимой с гигиенической точки зрения при установлении порогов.

Для проверки обоснованности и надежности нормативных уровней была проведена сравнительная оценка существующих ПДК изученных веществ по эффектам, наблюдаемым на данном уровне и в контроле. Эта оценка показала, что характер распределения животных в обоих случаях был достаточно близким по показателям статуса удовлетворительной адаптации, напряжения и перенапряжения механизмов адаптации, что, с одной стороны, позволяет считать существующие гигиенические нормативы безопасными для здоровья. С другой стороны, определенную настороженность вызывает факт возрастания относительного числа животных со срывом адаптации (до 8%) при воздействии обоих веществ на уровне их ПДК (таблица 2).

Поэтому для подтверждения надежности и безопасности действующих гигиенических нормативов интерес представлял анализ полученных в эксперименте дифференцированных пороговых уровней изученных веществ для различных альтернативных качественных состояний организма с определенной количественной вероятностью развития эффекта.

Следует подчеркнуть, что в зарубежных рекомендациях разграничение 1ЧОАЕЬ и ЬОЕЬ, соответствующих принятым в нашей стране уровням напряжения и перенапряжения механизмов адаптации, проводится, в основном, по качественным признакам. В результате же настоящей работы существовала возможность оценить любые качественные пороговые уровни от удовлетворительной адаптации до ее срыва по величине количественных критериев.

Дифференцированные пороги, представленные в таблице 3, были рассчитаны на основании анализа количественных зависимостей доза (концентрация) - статус организма. В качестве этих порогов были взяты наиболее часто используемые в количественной токсикологии параметры, отражающие степень вероятности эффекта, равную 50, 16 и 84 процентам.

Анализ результатов, представленных в таблице 3, свидетельствует о важности учета количественных критериев при установлении порога по определенному качественному состоянию организма, так как в зависимости от этого количественного уровня должна определяться величина коэффициента запаса при переходе к недействующей концентрации. При этом выявлено, что с уменьшением количественного вероятностного критерия для порогов, определяемых по статусу напряжения механизмов адаптации, величина

коэффициента запаса должна возрастать, а для статуса перенапряжения механизмов адаптации эта величина должна возрастать, наоборот, с увеличением относительного числа особен с этим статусом.

Таблица 3.

Дифференцированные пороги для определенного статуса организма разной степени выраженности при воздействии свинца и ацетонциангидрина

Степень выраженности эффекта в % Значение порогов (мг/л) для статуса:

удовлетворительной адаптации напряжения адаптации перенапряжения адаптации срыва адаптации

Свинец

16 0,20 3,30 0,03 0,20

50 0,00004 0,003 1,80 30,0

84 0,00000001 0,000002 - 4600,0

* 0,006 0,006 0,05 -

АЦГ

16 0,120 0,200 0,006 0,070

50 0,002 0,012 0,600 0,900

84 0,00004 0,007 - 11,000

* 0,020 0,018 0,020 -

* - на уровне спонтанного фона в контроле.

На основании обобщения литературных данных (Б.А.Курляндский, 1978, 1979; Ю.С.Каган, 1978, 1986 и др.) и материалов предыдущих работ, проведенных в лаборатории комплексной оценки риска воздействия факторов среды НИИЭЧиГОС им.А.Н.Сысина РАМН (С.Л.Авалиани и соавт., 1987, 1995), можно прийти к заключению, что достаточно надежным критерием обоснованности величины коэффициента запаса является характер распределения структуры популяции животных на уровне спонтанного фона в параллельном контроле. С учетом этого критерия используемая в настоящее время шкала коэффициентов запаса от I до 10 представляется вполне надежной, так как при этом обеспечивается безопасность для здоровья установленных нормативов. Если же порог по определенному статусу организма, отражающему пограничные состояния, установлен в диапазоне концентраций, при котором количественная вероятность данного эффекта значительно отличается от контрольной, то требуемая величина коэффициента запаса должна

увеличиваться, иногда достигая 100. Например, как в случае установления пороговой концентрации для 16% степени выраженности эффекта по статусу напряжения механизмов адаптации, которая равнялась 3,3 мг/л (таблица 3). Еще более высокие значения коэффициентов запаса необходимы, если пороги определяются в диапазоне концентраций, где превалируют эффекты срыва адаптации. Это еще раз подтверждает существующее мнение о том, что диапазон концентраций, при котором наблюдаются эффекты срыва адаптации, значительно удален от истинно порогового (ЯТ^ага е1 а1, 1983, 1987; Ь.Я.ОоигБоп «а!, 1985, Б.М.Штабский, 1986 и др.).

В рамках же данных экспериментальных исследований наиболее безопасным уровнем при воздействии свинца можно считать концентрацию 0,006 мг/л, а ацетонцнангидрина - 0,02 мг/л, так как при этих уровнях наблюдалось полное соответствие характеру распределения животных со статусом удовлетворительной адаптации и напряжения адаптационных механизмов в параллельном контроле (спонтанный фон).

Таким образом, разработанная система методических приемов обоснования пороговых и недействующих уровней химических веществ позволяет оценивать любые эффективные концентрации, включая пороговые и подпороговые, как по величине количественных, так и качественных, диагностически различимых состояний статуса организма. Система показателей зависимости концентрация (доза) -статус организма дает возможность на единой методической основе определять опасность (риск) развития различных отклонений в состоянии здоровья и, следовательно, устанавливать более надежные градации степени опасности фактического загрязнения объектов окружающей среды.

РАЗРАБОТКА ЕДИНОЙ ШКАЛЫ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО РИСКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАТУСА ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА И СПЕЦИФИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ РАННЕГО НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Для характеристики опасности фактического загрязнения окружающей среды и более надежной гигиенической оценки химических веществ была разработана единая шкала степени потенциального риска воздействия изученных химических веществ. При создании шкалы базировались на результатах собственных экспериментальных исследований с установлением закономерностей зависимости концентрация (доза)- статус организма и изменений

Таблица 4.

Шкала эффективных доз, ориентированных на последовательный ряд альтернативных (качественных) реакций целостного организма при воздействии свинца и ацетонциангидрина

Концентрация, мг/л Диагноз по статусу целостного организма Концентрация, мг/л Изменение маркерного показателя Диагноз

Свинец

0,006-0,03 Удовлетворительная адаптация

0,04 - 0,5 Напряжение механизмов адаптации 2,5 уменьшение содержания Л-АЛК в моче Напряжение механизмов адаптации

0,6 - 1,8 Перенапряжение механизмов адаптации 12,5 увеличение копропор-фирина в моче Перенапряжение механизмов адаптации

свыше 1,8 срыв адаптации

АЦГ

0,02-0,035 Удовлетворительная адаптация

0,036 -0,1 Напряжение механизмов адаптации

0,11 -0,6 Перенапряжение механизмов адаптации 0,32 увеличение содержания роданидов в сыворотке крови Перенапряжение механизмов адаптации

свыше 0,6 срыв адаптации

Рис. 2. Зависимость концентрация - статус организма, отражающая нарастание последовательного ряда альтернативных (качественных) реакций организма животных от уровнен воздействия: а) свинца; б) ацетонцпангндрнна.

Ф

У г

с ^

О г

(11 "Ь

3:111 Я1

-1

| .... ....... 1.1

КОНЦЕНТРАЦИЯ СВИНЦА а)

"Т" — — г-—г"

I ' ' 1

5 И

А I У С 1

42 01 Р-1 «1

I! Г^ 31 ,11. А г"'

КОНЦЕНТРАЦИЯ ДЦЕТОНЦИЯНГИДРЦНА

б)

__—

маркерных показателей, которые в дальнейшем сопоставлялись с имеющимися литературными данными о взаимосвязи уровней изученных веществ с возможными неблагоприятными эффектами, возникающими при их воздействии.

В таблице 4 представлены данные для построения шкалы эффективных доз, ориентированных на последовательный ряд альтернативных, качественно различимых реакций целостного организма при воздействии свинца и ацетонциангидрина.

С учетом данных таблицы 4, на рисунке 2 представлены зависимости концентрация (доза) - статус организма, позволяющие оценить степень риска воздействия изученных химических веществ в широком диапазоне встречающихся в реальных условиях населенных мест концентраций по нарастанию качественных, диагностически различимых состояний организма.

На основе полученных зависимостей установлено, что эффекты, соответствующие уровням напряжения механизмов адаптации развиваются при концентрациях свинца от 0,04 мг/л до 0,5 мг/л; перенапряжения адаптационных механизмов - от 0,6 мг/л до 1,8 мг/л и срыва адаптации - свыше 1,8 мг/л.

При сравнительном анализе этих результатов с данными, полученными в том же эксперименте по маркерным показателям, выявлено, что более чувствительным является метод учета эффекта по статусу целостного организма, так как неблагоприятные эффекты одинаковой степени выраженности наблюдались при более низких концентрациях. Так, если при воздействии концентрации 2,5 мг/л диагноз по статусу целостного организма соответствует срыву адаптации, то диагноз по биомаркеру эффекта - содержанию дельта-аминолевулиновой кислоты в моче - только напряжению механизмов адаптации.

Аналогичный анализ закономерностей, установленных для ацетонциангидрина, показал, что и в этом случае форма учета эффектов по статусу целостного организма так же оказалась наиболее чувствительной.

Следовательно, несмотря на то, что диагностический подход является достаточно трудоемким методом, полученные на его основе результаты позволяют более надежно оценить потенциальный риск воздействия всего диапазона реально встречающихся доз и концентраций, включая пороговые, подпороговые и нормативные уровни химических веществ, и тем самым выявить минимальные уровни доз и концентраций, которые являются наиболее значимыми при установлении порога.

МЕТОДИЧЕСКАЯ СХЕМА ХАРАКТЕРИСТИКИ РИСКА РАЗВИТИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ.

В результате проведенной работы разработана методическая схема гигиенической оценки химических веществ, которая представлена на рисунке 3. Основным элементом предлагаемой методики является обеспечение условий для получения количественных зависимостей нового типа концентрация (доза) - статус организма. С этой целью необходимо проведение экспериментальных исследований на таком количестве животных, которое достаточно для получения достоверных распределений ответных реакций организма (не менее 20 особей в каждой группе). При выборе концентраций изучаемых веществ необходимо ориентироваться на то, что для установления количественного выражения зависимостей концентрация (доза) - статус организма требуется изучить, как минимум 4 концентрации: от подпороговой до вызывающей выраженный эффект. Для оценки функционального состояния организма можно использовать любые интегральные и специфические показатели, которые отражали бы ход процессов в подсистемах, объединенных по структурному, функциональному признакам, или по способу сбора информации. Дополнительным источником информации о раннем неблагоприятном воздействии изучаемых химических веществ могут служить биологические маркеры.

Основой, которая дает возможность оценить надежность и безопасность установленных с помощью традиционных методов по лимитирующему градированному показателю гигиенических нормативов, а также проверить информативность биологических маркеров в качестве индикаторов раннего неблагоприятного действия химических веществ, является диагностический подход, в результате поэтапного применения которого устанавливается индивидуальный статус целостного организма и характер распределения животных по степени выраженности эффекта.

Полученные распределения структуры животных по степени выраженности эффекта дают возможность построить количественные зависимости концентрация (доза) - статус организма, на основании которых рассчитывают дифференцированные пороговые уровни, позволяющие выявить диапазон доз и концентраций, вызывающих при воздействии эффекты, соответствующие состояниям напряжения и перенапряжения механизмов адаптации, то есть наиболее значимый с гигиенической точки зрения при установлении порога.

Рис. 3. Методическая схема оценки риска развития неблагоприятных эффектов при гигиенической характеристике химических веществ.

| Методы оценки воздействия |

|-,-1

I_

|Оценка функционала-| I—|ного состояния | | организма |

|Биологичео-| |Отдельные Нкие маркеры| (показатели

_I 1_

г

т

г

|Подсистемы |организма

Н

|Установление I

|статуса це- }—

|лостного |

|организма |

I-1

(Построение коли-| Ччественннх зави-Ь |симосгей |

|доза-ответ Ь

I---1

|Шкала перехода коли- | |чественных и качест- Ь |ленных изменений |

|Литературные| |Эксперимен-

|—| |данные

|талыше и |натурные |исследования

-, КЗ

1Пороговые Ь | уровни |

I_I

J

-1 Нормативные | величины |

_I

Наряду с этим при переходе к нормативным величинам возникает необходимость использования различных по величине коэффициентов запаса в зависимости от количественного критерия установленного порога для определенного статуса организма.

Дополняют экспериментальные данные литературные материалы и результаты натурных исследовании о возможных неблагоприятных эффектах в состоянии здоровья и их связь с уровнями химического загрязнения окружающей среды, на базе которых строится шкала перехода количественных и качественных изменений в функциональном состоянии организма.

Таким образом, представленная методическая схема, обобщающая результаты проведенных исследований, позволяет на единой методической основе проверить надежность и обоснованность порогов и оценить с позиций риска любую эффективную концентрацию, включая ПДК и уровни ее превышения, и гарантировать, что при полученной нормативной величине дополнительный риск отсутствует.

ВЫВОДЫ

1. Оценка индивидуального статуса организма дала возможность установить характер распределения (структуры) популяций животных в экспериментальных условиях по степени выраженности эффекта и выявить закономерности изменения этой структуры в зависимости от интенсивности и длительности воздействия нитрата свинца и ацетонциангидрина на основе количественных зависимостей концентрация (доза) - статус организма.

2. Использование системы зависимостей концентрация (доза) • статус организма в процессе гигиенической оценки химических веществ позволило установить дифференцированные пороговые уровни, отражающие развитие качественно различных состояний организма с учетом стадий адаптации, и предложить методы количественного анализа при обосновании этих порогов.

3. Доказано, что предложенная система дифференцированных пороговых уровней, установленных на основании диагностического подхода, обеспечивает возможность выявления начального диапазона доз и концентраций, в наибольшей степени соответствующих пороговому и подпороговому уровням, а также оценки риска возникновения неблагоприятных эффектов на уровне ПДК, что в значительной степени повышает гигиеническую обоснованность разрабатываемых нормативов.

4. Установлено, что при переходе от пороговых уровней к недействующим необходимо использовать дифференцированные по

величине коэффициенты запаса в зависимости от количественного значения порога для определенного статуса организма.

5. Выявленный характер распределения структуры популяции животных в параллельном контроле (спонтанный фон) может служить надежным критерием обоснованности величины коэффициента запаса и безопасности для здоровья оцениваемого гигиенического норматива.

6. Разработанная на единой методической основе с использованием диагностических подходов и маркеров раннего неблагоприятного действия шкала оценки потенциального риска от воздействия химических факторов окружающей среды позволяет охарактеризовать весь диапазон доз и концентраций, встречающихся в реальных условиях населенных мест.

1. Определение пороговой и максимально неэффективной концентрации Аллотерма на основе индивидуальной диагностической оценки статуса организма // В сб.: Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях. Тез. докл. междун. конф. студентов и молодых ученых. - Пермь - 1995. - С. 105.

2. Оценка химической нагрузки воздействия на основе изучения донозологических состояний организма // Экология человека, 1996, № 3. - С. 6 - 9 (в соавт. с Авалиани С.Л., Андриановой М.М. и др.).

3. Оценка реальной опасности химических веществ на основе анализа зависимости концентрация (доза) - статус организма II Гигиена и санитария, 1997, № 2. - С. 58 - 60 (в соавт. с Авалиани С.Л., Иродовой Е.В. и др.).

4. Установление пороговых и недействующих уровней химических веществ на основе оценки риска развития различных качественных изменений в организме// Гигиена и санитария (принята в печать) (в соавт. с С.Л.Авалиани, М.М.Андриановой).

СПИСОК

работ, опубликованных по теме диссертации