Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Совершенствование методов химического анализа кислородсодержащих органических соединений в биосубстратах при социально-гигиеническом мониторинге

КАРНАЖИЦКАЯ Татьяна Дмитриевна

На правах рукописи

РГБ ОД

18 МАР 2002

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В БИОСУБСТРАТАХ ПРИ СОЦИАЛЬНО-ГИГИЕНИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ

14.00.07-Гигиена

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2002

Работа выполнена в Федеральном научном Центре гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана Министерства здравоохранения РФ и Пермском научно-исследовательском клиническом институте детской экопатологии

Научные руководители:

член-корр. РАМН, доктор медицинских наук, профессор Зайцева Н.В.

доктор биологических наук Аксенова Л.П.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук

профессор

Юдина Т.В.

доктор медицинских наук Подунова Л.Г.

Ведущая организация: Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий

Защита состоится «_» февраля 2002 г. в _ часов ш

заседании Диссертационного совета Д.208.107.01 при Федеральное научном Центре гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана Министерстве здравоохранения РФ по адресу: 141000, Московская область, г. Мытищи ул. Семашко, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФНЦГ гигиень им.Ф.Ф.Эрисмана

Автореферат разослан «_» января 2002 г.

О о О

I г— | ' ^ ,

Ученый секретарь диссертационного совета!, /Я

доктор медицинских наук, профессор 1 ¿¿е^-г—. Шушкова Т

Е ой У ¿Ж/.*, 0 ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Антропогенное загрязнение окружающей среды и неблагополучная экологическая ситуация в промышленных регионах обуславливают необходимость проведения социально-гигиенического мониторинга. Одной из важных задач в системе социально-гигиенического мониторинга является получение достоверной и объективной информации о качестве среды обитания и состоянии здоровья населения (Г.Г. Онищенко, 2000; E.H. Беляев, 1996, 2000; А.И. Потапов, 1997, 2000; Л.Г. Подунова, 2000). Особенно актуальна эта проблема для территорий с развитой многоотраслевой промышленностью, к которым относится Пермская область (Н.В. Зайцева, 1992, 2000; И.В. Май, 1998).

Среди летучих органических веществ, формирующих химическую нагрузку на территории Пермской области, весомый вклад вносят широко распространенные в промышленности и технике метиловый и бутиловые спирты, ацетон, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый и масляный альдегиды, которые относятся к ряду кислородсодержащих органических соединений (Н.В. Зайцева, 1997,2000; A.B. Бражкин, 1998).

Вышеперечисленные органические вещества обладают наркотическим, раздражающим, аллергенным, мутагенным, канцерогенным действием и способны накапливаться в тканях и органах, оказывая отрицательное влияние на состояние и функции систем человека, и представляют опасность для здоровья населения (В.А. Филов, Л.А. Тиунов., 1994; Аксенова Л.П., 1997; Rory В. Conolly, 1995; А. Franzblau, 1997).

Для оценки степени антропогенного воздействия на организм человека ряд авторов указывают на важность контроля содержания загрязняющих веществ в биологических средах (Т.В. Юдина, 1988, 1992, 1997; Б.А. Ревич, 1991, 1995; М.Т Дмитриев, 1990), в том числе для задач донозологической диагностики экозависимых патологий и поиска взаимосвязей в системе "окружающая среда-здоровье" (С.Л. Авалиани, 1995; М.П. Захарченко, В.Г. Маймулов, А.В.Шатров, 1997).

Большинство существующих в настоящее время методов определения химических соединений в биологических средах отличаются недостаточной избирательностью, низкой чувствительностью, трудоемкостью выполнения и находят применение, как правило, в экспериментальных токсикологических исследованиях и медицине труда (И.Д. Гадаскина, 1971; В.И. Ткаченко, 1978; В.Ф. Крамаренко, 1989).

На данный период одной из актуальных задач остается разработка селективных и высокочувствительных методов контроля содержания химических веществ в биологических средах человека, позволяющих определить степень антропогенного воздействия окружающей среды на население.

Для решения этой задачи наиболее эффективными являются методы газовой хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии,

которые позволяют с высокой степенью достоверности и точности определять микроколичества химических соединений в многокомпонентном составе биосред (Столяров Б.В., 1998; Другов Ю.С., A.A. Родин, 1999; Другов Ю.С., 2000; Уланова Т.С., 2000).

Цель исследования: методическое обеспечение химико-аналитического контроля микроколичеств кислородсодержащих органических соединений в биологических средах для задач социально-гигиенического мониторинга.

Задачи исследования:

1. Разработать газохроматографический метод определения метилового, этилового, изопропилового, пропилового, изобутилового, бутилового спиртов в крови и моче.

2. Модифицировать газохроматографический метод определения ацетона в крови и моче.

3. Разработать метод определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в крови и моче с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии.

4. Обосновать критерии оценки содержания кислородсодержащих органических соединений в биологических средах.

5. Дать оценку реального содержания кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих на экологически неблагополучных территориях Пермской области.

Научная новизна работы.

Установлена количественная оценка полноты разделения смеси шести алифатических спиртов (Ci-C4) в биологических средах с учетом матричного эффекта и низких уровней содержания в крови и моче путем расчета значения критерия разделения Кр и связанных с ним оптимальных режимов газохроматографического анализа.

Показана эффективность селективного газохроматографического разделения смеси алифатических спиртов (Q-C4) в крови и моче на сорбенте 5% ПЭГ -3000 на полисорбе-1.

Определены оптимальные условия концентрирования формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов из биологических проб (кровь, моча) в форме 2,4-динитрофенилгидразон производных экстракцией гексаном.

Установлены параметры жидкостно-хроматографического разделения 2,4-динитрофенилгидразонов формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов при использовании в качестве подвижной фазы смеси ацетонитрила и воды с добавлением модификаторов (диэтиламина и уксусной кислоты). Показана возможность селективного определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в биосубстратах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

В качестве критерия оценки содержания химических соединений в организме предложены региональные фоновые уровни содержания кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих на территории, исключающей значимое влияние исследуемых органических соединений (условно "чистый" контрольный район).

Дана оценка содержания кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих в промышленно развитых городах Пермской области.

Впервые, по критерию содержания формальдегида в крови и общего иммуноглобулина Е (1§Е) специфического к формальдегиду определена максимально допустимая концентрация, которая будет использоваться в качестве дополнительного показателя социально-гигиенического мониторинга.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1. Хроматографические методы количественного определения ацетона, алифатических спиртов и формальдегида в крови и моче утверждены Минздравом РФ, (М., 1999 г.) и включены в сборник методик по определению химических соединений в биологических средах (Сборник методических указаний МУК 4.1.763-4.1.779-99 "Определение химических соединений в биологических средах. Минздрав России. М., 2000 г.).

2. Разработанные методы аналитического контроля кислородсодержащих органических соединений используются для оценки их содержания в биосредах детей, проживающих на территориях с высокой антропогенной нагрузкой при проведении социально-гигиенического мониторинга в Пермском регионе, что оптимизирует критерии состояния здоровья населения, являющегося наиболее чувствительным показателем качества окружающей среды (справка о внедрении № 113-а от 10.09.2001 г.).

3. Результаты анализов биосред детей на содержание ряда кислородсодержащих органических соединений используются для диагностики экологически обусловленных изменений состояния здоровья и оценки элиминационных технологий (Программы: "Медико-экологическая реабилитация территорий и населения Пермской области на 1998-2000 г.", "Целевая комплексная программа охраны окружающей среды Пермской области на 2001-2005 г.").

4. Материалы диссертационной работы использованы в разработке практических рекомендаций для природоохранных служб, Госсанэпиднадзора и системы здравоохранения Пермской области (Методические рекомендации «Экологические факторы риска здоровью населения», Пермь, 1997 г., 148 е.; Справка о внедрении № 07-5-3/1885 от 09.11.2000 г.).).

5. Материалы диссертационной работы использованы в практической деятельности Пермского городского комитета по охране природы в ходе экологического мониторинга (справка о внедрении № 2012 от 23.11.2000 г.).

6. Материалы диссертационной работы использованы при подготовке справочно-информационных документов (Медико-экологический атлас Пермской области. Справочник. Пермь, 1997 г.).

7. Материалы диссертационной работы использованы при организации и проведении учебного процесса на кафедре «Охрана окружающей среды» ПГТУ (справка о внедрении № 1370 от .02.11. 2001)

8. По материалам диссертационной работы подана заявка № 2001114365, приоритет 24 мая 2001 года: «Способ определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в моче».

Апробация работы.

Результаты и основные положения работы доложены на Международной конференции студентов и молодых ученых "Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях" (Пермь-1996), на Международной научно-технической конференции Магнитогорской ГМА "Экологические проблемы промышленных зон Урала", (Магнитогорск-1997), на 3-ей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург-1998), на Международной научно-практической конференции "Экология и здоровье" (Нижний Новгород-1998), на III конгрессе педиатров России "Экологические и гигиенические проблемы педиатрии" (Москва-1998), на международной конференции "Актуальные проблемы экологической безопасности территорий и населения" (Бангкок-Патгайя (Тайланд) - 2000).

Апробация диссертации проведена 7 декабря 2001 г. на заседании межотдельческой научной конференции Федерального научного центра гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана.

Публикации.

Основные положения опубликованы в 16 печатных работах.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, литературы и приложений. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы и 30 рисунков. Список литературы включает 129 источников, из них 25 - иностранных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методы селективного газохроматографического определения алифатических спиртов (СгС4) и ацетона в биологических средах (кровь, моча) эффективны как химико-аналитическая основа при проведении социально-гигиенического мониторинга.

2. Метод высокоэффективного жидкостно-хроматографического определения алифатических альдегидов (СгС4) в биологических средах

(кровь, моча), отличающийся селективным концентрированием и высокой чувствительностью, может бьггь использован в качестве химико-аналитической основы социально-гигиенического мониторинга.

3. Установленные региональные фоновые уровни содержания ряда кислородсодержащих органических веществ в биосредах детей могут служить адекватным критерием оценки реальной химической нагрузки на экологически неблагополучных территориях.

4. Реальное содержание кислородсодержащих органических веществ в биосредах детей, проживающих в условиях экологической нагрузки, отражает характер антропогенного воздействия.

5. Предложенная на примере формальдегида схема определения максимально недействующей концентрации в крови является адекватной моделью установления региональных безопасных диапазонов содержания химических веществ в биологических средах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы, методы и объем исследований.

В соответствии с целью работы осуществляли разработку физико-химических методов определения концентраций кислородсодержащих органических соединений в биологических средах.

Для достижения поставленной цели применен комплекс современных физико-химических, химических, клинических, иммунологических и математических методов, обеспечивающих реализацию разделов лабораторных и натурных исследований.

В процессе исследований по разработке газохроматографического метода определения алифатических спиртов в биосредах на приборе "Хром-5" изучено влияние природы сорбента, оптимального температурного режима и скорости газа-носителя на эффективность разделения анализируемых соединений. Эффективность разделения оценивали по критерию разделения Кр:

ш

у".

где / - расстояние между максимумами пиков, см; /// и уч - ширина пиков, измеренная по половине высоты, см (Б.В. Айвазов, 1983).

Изучены условия концентрирования спиртов из крови и мочи в равновесно-паровой фазе и изучено мешающее влияние органических соединений.

При разработке метода определения ацетона в моче и крови на приборе "Цвет-500 М" было исследовано селективное разделение в присутствии ряда сопутствующих веществ на различных сорбентах, изучено влияние температурного режима и скорости газа-носителя на эффективность разделения. Для количественной оценки полноты газохроматографического

разделения рассчитан критерии разделения, учитывающий селективность и эффективность колонки (Б.В. Айвазов, 1983). Проведены исследования по обоснованию выбора условий парофазного анализа, обоснованы оптимальные условия анализа биосред на содержание ацетона.

Расчет результатов газохроматографического анализа равновесной паровой фазы проводили по формуле:

[2]

где 5/ - площадь пика компонента / в анализируемой пробе, мм2; С"- концентрация компонента / в стандарте, мкг/мл; 5" - площадь пика компонента / в стандарте, мм2 (Х.Хахенберг, А.Шмидт, 1979).

Исследования по разработке метода определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в моче и крови проводились методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на жидкостном хроматографе "Милихром-4" с УФ-детектором. Была изучена эффективность разделения альдегидов на обращенно-фазном сорбенте при различном составе элюента (соотношение ацетонитрила и воды, добавление модификаторов) и скорости потока элюента. Обоснованы оптимальные условия определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в моче и крови методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Эффективность разделения смеси компонентов в высокоэффективной жидкостной хроматографии рассчитывали по формуле:

[3]

где Л, - разрешение; /г/, 1,2 - времена выходов пиков 1 и 2 компонентов, см; IV/ , IV2 -ширины пиков 1 и 2 компонентов, см (Е Л. Стыскнн, Л.Б. Ициксон, 1986).

Расчет результатов анализа методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определяли из соотношения:

С, = [4]

где С/ - концентрация определяемого вещества, мкг/мл; - площадь пика, мм3;

К- калибровочный коэффициент (Е.Л. Стыскин, Л.Б. Ициксон, 1986).

Отбор детей, подлежащих обследованию, проводился по следующим критериям: место проживания детей (контрольный или исследуемый район), возраст детей (от 4 до 12 лет), социально-бытовые условия (средний уровень материальной обеспеченности), отсутствие профессиональных вредностей у родителей, отсутствие тяжелой врожденной патологии и хронических заболеваний с нарушением функций систем и органов.

Выбор контрольного и исследуемых районов осуществляли на базе учета массовых выбросов промышленных предприятий (более 660 объектов

крупнейших городов Пермской области (Александровска, Гремячинска, Губахи, Кизела, Краснокамска, Кунгура, Лысьвы, Соликамска, Перми) и расчетов рассеивания загрязнений на территориях (более 13 тыс. источников выбросов) за период 1996-2000 годы (И.В.Май, 1998). Объем базы данных составляет более 50 тыс. единиц информации. Контрольный район расположен вне зоны действия промышленных предприятий и автомагистралей, в сосновом бору, имеет свой источник водоснабжения (скважину). Результаты анализа питьевой воды свидетельствуют об отсутствии исследуемых кислородсодержащих органических соединений.

Региональные фоновые уровни содержания формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов, метилового и бутиловых спиртов и ацетона определяли как среднюю статистическую величину их содержания в крови и моче детей, проживающих в контрольном районе, с проверкой гипотезы о нормальности статистического распределения используемых показателей по критерию согласия х2.

Содержание исследуемых соединений в биосредах детей, проживающих в условиях экологической нагрузки, оценивали по достоверности отличия среднегруппового уровня от фонового с помощью двухвыборочного критерия Стьюдента и критерия вероятности.

Методы контроля кислородсодержащих органических соединений в биологических средах использовали для оценки эффективности вновь разрабатываемых схем и технологий лечения при медико-экологической реабилитации. Эффективность элиминационных и лечебных мероприятий определялась по изменению концентраций исследуемых веществ в биосубстратах.

На примере формальдегида максимально недействующую концентрацию в крови определяли из зависимости "общий иммуноглобулин Е (1§Е) специфический к формальдегиду - содержание формальдегида в крови" методом регрессионного анализа. Статистическую значимость корреляции оценивали по формуле:

где г - коэффициент корреляции, п - объем выборки (С. Гланц, 1999).

Определение общего 1§Е специфического к формальдегиду проводили методом иммуноферментного анализа (УЕБАЬАВ, Франция) (использованы данные исследований лаборатории иммунологии Пермского научно-исследовательского клинического института детской экопатологии, зав. лабораторией к.м.н. О.В. Долгих). Формальдегид в крови определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по методическим указаниям МУК 4.1.763-4.1.799-99 "Определение химических соединений в биологических средах" (М., МЗ РФ, 2000 г.).

Объем выполненных работ: при разработке методов определения веществ в биосредах проведено 1914 анализов, при апробации методов обследовано 1475 детей, выполнено 8270 анализов. Доля участия автора в исследованиях

[5]

составила более 90 %. Исследования выполнены при консультативном сопровождении отдельных разделов к.б.н. Т.С. Улановой.

Направления, методы и объем исследований представлены в табл. 1.

Таблица 1

Виды и методы исследований Кол-во проб Объем исследований

1.Разработка метода определения 6 алифатических спиртов из одной пробы в биосредах 86 - кровь 121 - моча 650 анализов

2. Разработка метода определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов из одной пробы в биосредах 115 - кровь 186 - моча 940 анализов

3.Разработка метода определения ацетона в биосредах 58 - кровь 87 - моча 324 анализа

4.Апробация разработанных методов определения кислородсодержащих органических соединений в биосредах детского населения 340 - кровь 1135-моча 8270 анализов

Всего: 2128 проб 10184 анализа

Результаты исследований и их обсуждение.

При разработке газохроматографических методов определения алифатических спиртов и ацетона одним из основных этапов работы являлось изучение качественного разделения исследуемых компонентов на различных сорбентах. Исходя из физико-химических свойств изучаемых веществ, были апробированы следующие сорбенты различной полярности: Хроматон Ы-А\У НМОБ + 15 % Реоплекс 400, Хроматон БМСБ + 15 % Карбовакс 20М, Хроматон К1-А\У + 5 % ОУ -101, Хроматон №А\У-ОМС5 + 15 % Апиезон Ь, Полисорб-1 + 5 % полиэтиленгликоль-3000 (ПЭГ-3000), Полисорб-1 + 5 % полиэтиленгликоль-1540 (ПЭГ-1540). Наибольшая степень разделения была достигнута для спиртов - на сорбенте Полисорб-1 + 5 % ПЭГ-3000, для ацетона - на сорбенте Полисорб-1 + 5 % ПЭГ-1540.

Для количественной оценки полноты разделения алифатических спиртов рассчитан критерий разделения (Кр) и изучено влияние температурного режима и скорости газа-носителя (гелия). Максимальная полнота разделения смеси (Кр=1,77-4,85) достигнута при следующих оптимальных условиях хроматографирования: термостатирование в течение 5 минут при 90 °С и повышение температуры до 140 °С со скоростью 10 °С/мин, термостатирование при 140 °С 5 минут, температура испарителя 130 °С, температура детектора 150 °С, расход газа-носителя 40 см3/мин, расход водорода 30 см3/мин, расход воздуха 300 см3/мин. Работу проводили с использованием детектора ионизации в пламени (рис. 1).

Рис.1. Рис.2.

Хроматограмма смеси алифатических спир- Хроматограмма ацетона, полученная

тов, разделенных на хроматографической ко- на хроматографической колонке

лонке с Полисорбом-1 +5 % ПЭГ-3000: 1 -ме- с Полисорбом-1+5 % ПЭГ-1540 танол, 2-этанол, 3-изопропанол, 4-пропанол, 5-изобутанол, 6-бутанол.

Для определения ацетона в крови и моче рекомендованы следующие оптимальные условия хроматографирования: температура термостата колонок - 75 °С, температура испарителя - 100 °С, температура детектора -150 °С, расход газа-носителя (гелия) - 30 см3/мин, расход водорода 30 см3/мин, расход воздуха 300 см'/мин. Работу проводили с использованием детектора ионизации в пламени (рис.2).

Определение формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов при совместном присутствии в одной пробе проводили методом ВЭЖХ на обращенно-фазном сорбенте с привитыми неполярными группами - Диасорб С,6. Селективное извлечение альдегидов из биологических проб осуществляли превращением их в 2,4-динитрофенилгидразоны альдегидов и последующей экстракцией гексаном (степень экстракции 88,5 %). Изучены условия проведения селективного концентрирования альдегидов.

Для оценки полноты разделения 2,4-динитрофенилгидразонов альдегидов рассчитаны критерии разделения (Кр) и изучено влияние качественного и количественного состава элюента, скорости потока подвижной фазы на эффективность разделения гидразонов альдегидов. Для разделения 2,4-динитрофенилгидразонов альдегидов рекомендованы следующие оптимальные условия хроматографирования: подвижная фаза -ацетонитрил:вода (1:1) + 0,5 % диэтиламина + 1,5 % уксусной кислоты, скорость движения элюента - 100 мкл/мин. Работу проводили с использованием спектрофотометрического УФ-детектора при длине волны 360 нм (рис. 3).

Ал . А.

Ю.оо мим

Рис.3. Хроматограмма разделения смеси 2,4-дишпрофенилгидразонов формальдегида (1), ацетальдегида (2), ацетона (3), пропионового альдегида (4), метилэтилкетона (5), масляного альдегида (6), проанализированной на колонке (80x3 см) Диасорб С|б, элюент ацетонитрил:вода=50:50 с добавлением модификаторов (2,5 % уксусной кислоты, 1 % диэтиламина),

Количественное определение исследуемых кислородсодержащих соединений в биологических средах проводили методом абсолютной калибровки. Калибровочные зависимости (у=ах+Ь) для определяемых веществ представлены в таблице 2.

Таблица 2

Уравнения регрессии для определения кислородсодержащих

Вещество Кровь Моча

Метанол у = 0,77-103х + 1,19-Ю3 у= 1,96- 103х + 0,23-103

Изобутанол у= 1,4-103х + 2,01-103 у = 3,61-103х + 0,6103

Бутанол у= 1,56-103х + 2,61-103 у = З,97 103х + 0,15103

Формальдегид у = 0,017-103х + 0,077-103 у = 0,044-103х + 0,029-103

Ацетальдегид у = 0,026-103х +0,06-103 у = 0,067-103х + 0,002-103

Пропионовый альдегид у = 0,030- 103х + 0,057-103 у = 0,071 • 103х + 0,002-103

Масляный альдегид у = 0,044-103х = 0,015 • 103 у = 0,087-103х +0,043-103

Ацетон у = 0,93-103х+ 1,5-103 у = 0,84-103х + 4,0-103

Примечание: х - концентрация определяемого вещества в биосубстрате, мг/дм ; у -сигнал детектора, усл.ед.

Диапазон измеряемых концентраций ацетона составил 0,01-2,0 мг/дм3 с погрешностью определения не более 16,5 % в моче и 22,9 % в крови; спиртов -0,002-2,00 мг/дм3 с погрешностью определения 22,16 % в моче и 24,23 % в

X . -»о

О. 20

крови; альдегидов - 0,001-2,00 мг/дм3 с погрешностью определения не более 22,65 % в моче и 22,03% в крови.

В результате проведенных исследований были разработаны селективные и высокочувствительные методы определения метилового, этилового, пропилового, изопропилового, бутилового, изобутилового спиртов, ацетона, формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в крови и моче, позволяющие определить степень воздействия этих веществ на организм в условиях экологической нагрузки.

Апробация разработанных методов в гигиенических исследованиях.

Разработанные хроматографические методы, как аналитическая основа мониторинга содержания кислородсодержащих органических соединений у населения, позволили установить фоновые уровни содержания кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих в условно чистом районе вне зоны антропогенного влияния (табл.3).

Таблица 3

Содержание кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей контрольного района, мг/дм3

Вещество кровь моча

Кол-во Абсолютное Кол-во Абсолютное

обслед. содержание обслед. содержание

детей М±ш детей М±ш

Метанол 18 0,710±0,096 54 0,871±0,175

Бутанол 38 Не обн.* 36 Не обн."

Изобутанол 38 Не обн.* 36 Не обн."

Формальдегид 42 0,035±0,013 103 0,016±0,003

Ацетальдегид 28 0,140±0,043 42 0,102±0,013

Пропионовый альдегид 25 Не обн.*" 48 Не обн."*

Масляный альдегид 40 Не обн.*"* 47 Не обн.*"*

Ацетон 18 0,491 ±0,172 39 0,377±0,124

Примечание: * - предел обнаружения 0,003 мг/дм^ **- предел обнаружения 0,002 мг/дм3, *** - предел обнаружения 0,002 мг/дм3, ***♦- предел обнаружения 0,001 мг/дм3.

Таким образом, в биосредах детей контрольного района установлено присутствие микроколичеств метанола, формальдегида, ацетальдегида и ацетона, что подтверждается литературными сведениями об их естественном нахождении в организме как продуктов метаболизма. Бутиловый, изобутиловый спирты, пропионовый и масляный альдегиды относятся к истинным ксенобиотикам и не обнаружены в биосубстратах детей контрольной группы.

Анализ документации по статистической отчетности 2 ТП-воздух и 2 ТП-водхоз показал, что основными источниками поступления изучаемых веществ в окружающую среду в Перми являются ООО ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез, ОАО "Камкабель", ОАО "Камтэкс", ГП "Машзавод им. Дзержинского", ОАО "Мотовилихинские заводы", предприятия автотранспорта и пищевой промышленности, в Александровеке - ОАО "Минеральные удобрения", Яйвинская ГРЭС, в Губахе - АО "Метафракс", в Кизеле - 00 ГУП "Кизеловский РМЗ", в Краснокамске - Камский ЦБК, в Кунгуре - Кунгурский машзавод, в Лысьве - Лысьвенский металлургический завод, в Соликамске -завод "Урал".

Анализ содержания кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих в семи районах г. Перми, на территории которых расположены вышеперечисленные предприятия, показал (табл.4), что концентрация формальдегида в крови достоверно выше фона (р<0,05) определена у детей четырех районов (Свердловского, Дзержинского, Ленинского и Мотовилихинского). Содержание формальдегида в моче детей достоверно выше фонового уровня выявлено во всех районах города кроме Орджоникидзевского (р>0,05) и Кировского (р>0,05). Максимальное содержание формальдегида обнаружено в моче детей Свердловского (р<0,001) и Дзержинского (р<0,001) районов с кратностью превышения фонового уровня 4,9 и 3,6 раза соответственно.

Концентрация ацетальдегида в крови определена достоверно выше фонового содержания (р<0,01) у детей практически всех районов города, максимальная кратность превышения отмечена в Орджоникидзевском районе (р<0,001). Уровень содержания ацетальдегида в моче достоверно выше фонового обнаружен у детей пяти районов (Кировского, Свердловского, Дзержинского, Мотовилихинского и Орджоникидзевского), максимум превышения (р<0,01) наблюдался в Свердловском и Кировском районах - в 2,3 и 2,4 раза соответственно.

Содержание ацетона в крови и моче достоверно выше фона (р<0,01) зарегистрировано у детей пяти районов (Индустриального, Свердловского, Дзержинского, Ленинского и Орджоникидзевского). Максимальная кратность превышения фоновой концентрации ацетона в моче (р<0,001) отмечена у детей Ленинского района - в 3,1 раза. Бутиловый спирт в моче и крови обнаружены у детей пяти районов (Индустриального, Кировского, Свердловского, Дзержинского и Ленинского), изобутиловый спирт обнаружен в крови и моче детей четырех районов (Индустриального, Кировского, Дзержинского и Ленинского) при отсутствии их крови и моче детей контрольного района (табл. 4).

Анализ содержания кислородсодержащих органических соединений в организме детей практически всех территорий Пермской области выявил присутствие в моче детей формальдегида достоверно выше фонового уровня (р<0,05), исключение составляет Гремячинск (табл. 5).

Таблица 4.

Результаты анализа биосред детей города Перми, мг/дм3_

Район г. Перми Формальдегид (М±ш) Ацетальдегнд (М±т) Ацетон (М±т) Бутанол (М+т) Изобутанол (М+т)

кровь моча кровь моча кровь моча кровь моча кровь моча

Индустриальный 0,044± 0,009 0,025± 0,0021 0,299± 0,042 0,110+ 0,023 1,178± 0,314 1,109± 0,279 0,045± 0,0023 0,021± 0,012 0,020± 0,005 0,0172± 0,006

Кировский 0,041+ 0,008 0,019± 0,0028 0,410± 0,075 0,242± 0,0058 0,430+ 0,012 0,348+ 0,022 0,027± 0,008 0,001± 0,0002 0,006± 0,002 0,001± 0,0002

Свердловский 0,081± 0,007 0,078± 0,0106 0324± 0,041 0,234± 0,0191 1,152± 0,406 1,118± 0,179 0,042± 0,0025 0,022± 0,0025 * *

Цзержин-:кий 0,066± 0,006 0,058± 0,014 0,389± 0,070 0,154± 0,009 0,952± 0,199 0,796± 0,214 0,005± 0,001 0,001± 0,0024 0,004± 0,001 0,0015± 0,0003

Ленинский 0,053± 0,007 0,029± 0,0034 0,358± 0,059 0,120+ 0,015 1,058± 0,267 1,042± 0,195 0,012t 0,003 0,0012± 0,0004 0,002± 0,0004 0,0009+ 0,0002

Мотовили-чинский 0,067± 0,010 0,022± 0,0018 0,372± 0,048 0,140± 0,0048 0,535± 0,149 0,371± 0,027 * * * *

Орджоники дзевский 0,024+ 0,005 0,023± 0,0056 0,501± 0,066 0,153± 0,0199 0,723+ 0,021 0,725+ 0,123 ♦ * » *

Примечание: * - исследования не проводились. Выделенным шрифтом указаны достоверные различия (р<0,05) среднегрупповых показателей с фоновыми уровнями.

Максимальные превышения (р<0,001) отмечены в гг. Александровске и Губахе с кратностью превышения 26,3 и 12,8 раза соответственно. Содержание ацетальдегида в моче достоверно выше фонового значения (р<0,01) обнаружено у детей гг. Александровска, Губахи, Кизела, Краснокамска, Кунгура; в Соликамске отмечена максимальная кратность

превышения - 3,45 раза (р<0,001) (Рис.4).

Содержание ацетона достоверно выше фона (р<0,05) обнаружено в моче детей на всех обследованных территориях за исключением гг. Гремячинска и Лысьвы (рис. 5). Концентрация метанола достоверно выше фона (р<0,05) обнаружена в моче детей, проживающих в городах Александровске и Губахе. В моче детей всех обследованных территорий обнаружен бутиловый спирт при отсутствии его в биосредах детей контрольного района (рис. 5).

15

О-.) п т 11

формальдегид ацетальдегад

ОАлександровск □ Гремячинск

□ Губаха ОКизел

■ Краснокамск □ Кунгур

□ Лысьва □ Соликамск

М Контроль

Рис. 4. Содержание альдегидов в моче детей городов Пермской области

Таблица 5

Результаты анализа мочи детей, проживающих в промышленных городах Пермской области, мг/дм

Город Формальдегид (М±т) Ацетальдегид (М±т) Ацетон (М±ш) Бутанол (М±ш) Метанол (М±т)

Александровск 0,417± 0,061 0,231± 0,0485 * * 3,711± 0,761

Гремячинск 0,018± 0,0029 0,068± 0,0045 1,003± 0,338 0,0020± 0,0005 *

Губаха 0,203± 0,029 0,216± 0,0462 * * 0,860

Кизел 0,030+ 0,011 0,144± 0,015 0,104± 0,024 0,0012± 0,0005 *

Краснокамск 0,095± 0,033 0,215± 0,027 0,527± 0,0207 0,0018± 0,003 2,308± 0,635

Кунгур 0,084± 0,030 0,237± 0,0238 0,641± 0,0333 0,0011± 0,0001 *

Лысьва 0,051± 0,012 0,121+ 0,026 0,843± 0,0521 0,0013± 0,0002 *

Соликамск 0,029± 0,008 0351± 0,0123 3,74± 0,70 0,0016± 0,0006 *

Примечание: * - исследования не проводились. Выделенным шрифтом указаны достоверные различия (р<0,05) среднегрупповых показателей с фоновыми уровнями.

s "

f I35'

о з

2.52 1.50.5-О

ацетон

0.07

S

■5 ю 0,06-з £

О 0.05' 0.04 0.03 0.02 0.01' 0'

бутанол

ВГремянинск □ Кизел

■ Краснокамск □ Кунгур

ШЛысьва □ Соликамск

■Контроль

□Александровск ВГЪемячинск □ Губаха □ Кизел

■ Краснокамск □ Кунгур

И Лысьва □Соликамск

■ Контроль_

Рис. 5. Содержание ацетона и спиртов в моче детей городов Пермской области.

На основании результатов лабораторного контроля кислородсодержащих органических соединений в моче детей, проживающих на территориях с повышенным экологическим риском, дана оценка эффективности комплекса лечебных элиминационных мероприятий, выполняемых при коррекции и профилактике экозависимых патологий. Оценка эффективности проводилась

по содержанию веществ в биосредах и проценту проб, превышающих фоновые уровни, до и после лечения (табл. 6). Использованы три схемы, включающие элиминационные мероприятия.

Таблица б

Динамика изменения содержания кислородсодержащих органических соединений

(мг/дм3) в моче детей Пермской области (сравнение с контрольной группой)

Город Кол-во )бслед детей Исследуемая группа % проб, превышающих фон

До лечения После лечения До лечения После лечения

М ± т I р М± т | р

Ацетон

Лысьва 25 0,843+0,052 <0,01 0,46910,039 >0,05 50, 21,7

Александровск 24 0,486±0,262 >0,05 0,14610,083 >0,05 36,0 8,7

Кунгур 47 0,641±0,033 <0,05 0,06010,026 >0,05 34,6 4,7

Пермский район 25 1,20210,364 <0,001 0,50810,136 >0,05 64,0 50,0

Краснокамск 24 0,527±0,207 >0,05 0,05110,0106 >0,05 76,0 35,0

Гремячинск 25 1,00310,338 <0,01 0,24410,071 >0,05 61,5 25,0

Соликамск 121 0,714±0,591 <0,05 0,205*0,190 >0,05 32,0 9,0

Формальдегид

Александровск 196 0,032±0,0095 <0,01 0,017710,0039 >0,05 68,0 48,0

Лысьва 25 0,027+0,012 >0,05 0,0171+0,003 >0,05 43,2 40,8

Кунгур 25 0,06710,0171 < 0,001 0,018410,0042 >0,05 96,1 50,0

Губаха 24 0,052510,0137 < 0,001 0,016110,0072 >0,05 83,3 33,3

Метанол

Александровск 98 3.20110,95 <0,05 0,9110,25 >0,05 45,0 Не обн.*

Губаха 220 4.92010,89 <0,05 0,7810,16 >0,05 75,0 Не обн.*

Бутиловый спирт

Краснокамск 25 0,0024+0,0003 <0,05 0,000510,0001 >0,05 35,0 12,0

Лысьва 25 0,0013± 0,0002 <0,05 Не обн." >0,05 28,0 Не обн"

Кунгур 47 0,001110,0011 <0,05 0,0002110,0001 >0,05 24,3 6,5

Кизел 72 0,0165±0,013 <0,05 Не обн." >0,05 61,0 Не обн."

Соликамск 121 0,001610,0006 <0,05 Не обн." >0,05 66,3 Не обн."

Примечание: * - предел обнаружения 0,01 мг/дм , ** - предел обнаружения 0,002 мг/дм3

До лечения среднегрупповое содержание исследуемых соединений в моче детей достоверно превышало фоновые уровни. После лечения наблюдалось снижение концентраций. Данный эффект достигался как за счет собственно элиминационных мероприятий, так и за счет метаболических процессов, характерных для исследуемых соединений.

На примере формальдегида установлена максимально недействующая концентрация в крови детей, проживающих на территориях Пермской области с максимальной (г.Александровск и Губаха) и минимальной (г. Пермь) нагрузкой по формальдегиду. Анализ зависимостей «формальдегид в крови-общий иммуноглобулин Е специфический к формальдегиду» у детей из г. Александровска, г. Губахи и г. Перми выявил наличие корреляционной связи между содержанием формальдегида в крови и общим иммуноглобулином Е специфическим к формальдегиду с коэффициентами корреляции г=0,457, г=0,402 и г=0,726 соответственно (рис. 6,7).

Рис. 6. Аппроксимации зависимостей "формальдегид в крови -общий иммуноглобулин Е специфический к формальдегиду": А - г. Александровск (У, = 0,12+519,11 х, хе [Хо, х,]); В - г. Губаха(У, =0,32+564,ЗОх, хе [хо, х,]).

♦ - экспериментальные данные,--аппроксимация.

иммуноглобулин Е специфический к формальдегиду", контрольный район

(У, = 0,24+316,20х, хе [х0, х,]). ♦ - экспериментальные данные,--

аппроксимация.

1Я

По уравнениям выведенных зависимостей с учетом фонового содержания общего ^Е специфического к формальдегиду (^Еф0„=3,1 МЕ/мл) (О.В. Долгих, 2000 г.) была рассчитана достоверная (р<0,05) максимально недействующая концентрация формальдегида в крови для наблюдаемых территорий: 0,0060±0,0024 мг/дм3 (г.Александровск), 0,005510,0016 мг/дм3 (г. Губаха), 0,0098±0,0029 мг/дм3 (г.Пермь).

Газохроматографические методы определения алифатических спиртов, ацетона, метод высокоэффективного жидкостно-хроматографического определения формальдегида в моче и крови рекомендованы органам государственного санэпиднадзора, природоохранной службе и учреждениям здравоохранения, осуществляющим экологический и социально-гигиенический мониторинг с учетом химических факторов риска и разрабатывающим мероприятия по охране окружающей среды и здоровья населения.

Выводы

1. Разработан селективный газохроматографический метод определения алифатических спиртов (метилового, этилового, изопропилового, пропилового, изобутилового, бутилового) в моче и крови в диапазоне концентраций 0,002-2,000 мг/дм3 с чувствительностью обнаружения 0,01 мкг в анализируемом объеме при погрешности не более 24 %.

2. Модифицирован газохроматографический метод определения ацетона в крови и моче в диапазоне концентраций 0,01-2,00 мг/дм3 с чувствительностью определения в анализируемом объеме - 0,05 мкг при погрешности не более 23 %.

3. Разработан метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, позволяющий определять формальдегид, ацетальдегид, пропионовый и масляный альдегиды диапазоне концентраций 0,001-2,000 мг/дм3 при относительной погрешности не более 22 %.

4. Установлены региональные фоновые уровни содержания формальдегида (в крови 0,0358+0,0133 мг/дм , в моче 0,0158+0,0027 мг/дм3), ацетальдегида (в крови 0,1400+0,0099 мг/дм3, в моче 0,1017±0,0130 мг/дм3), ацетона (в крови 0,491010,1722 мг/дм3, в моче 0,377610,1238 мг/дм3), метилового спирта (в крови 0,013210,0046 мг/дм3, в моче 0,013810,0076 мг/дм3) для Пермского региона как исходные оценочные критерии воздействия химической нагрузки на организм на экологически неблагополучных территориях для проведения скрининговых и мониторинговых исследований.

5. При оценке содержания ацетона, ряда алифатических спиртов и альдегидов в биосредах детей Пермского региона установлены достоверно значимые превышения фоновых уровней формальдегида, ацетальдегида, ацетона, метанола и бутиловых спиртов в моче и крови детей (р<0,05) на большинстве обследованных территорий. Эти токсиканты включены как

приоритетные в систему социально-гигиенического мониторинга для контроля реальной химической нагрузки на детское население и оценки эффективности проводимых на территориях целевых комплексных программ по охране здоровья населения.

6. На примере формальдегида установлена расчетная максимально недействующая концентрация с учетом его содержания в крови и общего иммуноглобулина Е специфического к формальдегиду. Верхняя граница безопасного уровня формальдегида в крови детей составила 0,009В мг/дм3. Разработанный подход по установлению максимально недействующей концентрации формальдегида в крови является дополнительным критерием в донозологической диагностике и оценке эффективности профилактических мероприятий.

7. Региональный банк данных по фоновым значениям, выраженность отклонений реально установленных концентраций формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов, ацетона, метилового и бутилового спиртов от фоновых уровней в биосредах аналитически значимы при ведении социально-гигиенического мониторинга.

Практические рекомендации

Полученные результаты исследований позволили сформулировать следующие рекомендации:

- региональным органам Госсанэпиднадзора рассмотреть возможность включения в программу социально-гигиенического мониторинга контроль содержания ксенобиотиков в биосубстратах в зонах с интенсивной антропогенной нагрузкой;

- органам Госсанэпиднадзора, лечебным и научным учреждениям, работающим в области экологии' человека, научно-исследовательским институтам, занимающимся вопросами гигиены окружающей среды, для проведения контроля содержания кислородсодержащих органических соединений в биосубстратах использовать методические указания МУК 4.1.763-4.1.779-99 «Определение химических соединений в биологических средах»;

-органам охраны природы при оценке экологической обстановки на территории учитывать реальные уровни содержания ксенобиотиков в биологических средах населения; при разработке планов природоохранных мероприятий учитывать приоритетные компоненты выбросов, формирующих реальные нагрузки на население;

- региональным органам, ответственным за охрану окружающей среды и здоровье населения, учитывать региональные фоновые уровни содержания ксенобиотиков в биосубстратах для оценки экологической ситуации;

- органам здравоохранения использовать разработанные методики для задач донозологической диагностики экологически обусловленных изменений состояния здоровья и оценки эффективности элиминационных технологий.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование состояния атмосферного воздуха г.Александровска Пермской области для задач мониторинга // Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях-Пермь, 96 / Материалы международной конференции студентов и молодых ученых. - Пермь, 1996. -С.25 (в соавт. с Зайцевой Н.В., Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В.).

2. Экологические факторы риска здоровью населения. Пермь, изд. ОЦНИТ, 1997. - 101 с. (в соавт. с Зайцевой Н.В., Пушкаревой М.В., Май И.В).

3. Медико-экологический атлас Пермской области (Атлас). Пермь, изд. администрации Пермской области, 1997г. - 142 с. (в соавт. с Зайцевой Н.В., Пушкаревой М.В., Улановой Т.С.).

4. Результаты обследования биосред детей, проживающих в экологически неблагополучных районах Пермской области // Экологические проблемы промышленных зон Урала / Сборник науч. трудов международной научно-технической конференции. - Маги. ГМА. - Магнитогорск, 1997. - С. 35-36 (в соавт. с Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В., Поповой Н. А.).

5. Натурные исследования состояния атмосферного воздуха Александровского района // Гигиенические аспекты среды обитания и здоровье населения / Сборник науч.трудов конференции,- Пермь,- 1997. -С.87-88 (в соавт. с Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В., Поповой H.A.).

6. Содержание формальдегида в моче детей // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности / Доклады 3-ей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Санкт-Петербург. -16-18 июня 1998. - С. 196 (в соавт. с Улановой Т.С. Митрофановой В.М.).

7. Определение фенола и метанола в биосредах детей II Экология и здоровье / Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. - Нижний Новгород. - 1998. - С. 4 (в соавт. с Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В., Поповой H.A.).

8. Определение алифатических спиртов для задач мониторинга // Экология и здоровье / Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. - Нижний Новгород. - 1998. - С. 5 (в соавт. с Улановой Т.С., Нурисламовой Т.С.).

9. Химико-аналитическое обследование как инструмент в постановке экологического диагноза // Экологические и гигиенические проблемы педиатрии / Материалы III конгресса педиатров России. - М., 1998. - С. 25-26 (в соавт. с Улановой Т.С., Суетиной Г.Н., Нурисламовой Т.В.).

10. Определение формальдегида в биологических жидкостях //Гигиена и санитария. - 1999.- № 4. - С. 69-70 (в соавт. с Зайцевой Н.В., Улановой Т.С., Тырыкиной Ю.А.).

11. Cancer risk in children exposed by outdoor and indoor formaldehyde // J. "Epidemiology". - Vol 10. - № 4. - July 1999. - P. 129 (в соавт. с Зайцевой Н.В., Шур П.З., Долгих О .В., Улановой Т.С.).

12. Экологические факторы риска для здоровья населения. Пермь, Научно-производственный центр экобезопасности Минздрава РФ. - 1998 г. -76 с. (в соавт. с Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В., Тырыкиной Т.И., Земляновой М.А.).

13. Разработка и использование метода определения формальдегида в моче в клинико-диагностических исследованиях // Актуальные проблемы экологической безопасности территорий и населения / Труды международной конференции. - Бангкок-Патгайя (Тайланд). - 2000. - С. 47 (в соавт. с Улановой Т.С., Сыпачевой A.M.).

14. Определение химических соединений в биологических средах / Сборник методических указаний МУК 4.1.763-4.1.779-99. М., Минздрав РФ. -2000. - 152 с. (в соавт. с Зайцевой Н.В., Улановой Т.С., Нурисламовой Т.В., Суетиной Г.Н.).

15. Об обнаружении формальдегида в биологических средах // Химический анализ веществ и материалов / Тезисы докладов Всероссийской конференции. - М., 16-21 апреля 2000. - С.28 (в соавт. с Улановой Т.С., Митрофановой В.М., Сыпачевой A.M.).

16. Анализ динамики приоритетных химических факторов риска по результатам медико-химической диагностики // Мониторинг состояния объектов окружающей среды и медико-экологическая реабилитация населения Пермской области в 1999 г. / Сборник материалов. - Пермь. - 2000. - 120 с. (в соавт. с Тырыкиной Т.И., Земляновой М.А., Улановой Т.С.).

Актуальность темы

Антропогенное загрязнение окружающей среды и неблагополучная экологическая ситуация в промышленных регионах обуславливают необходимость проведения социально-гигиенического мониторинга. Одной из важных задач в системе социально-гигиенического мониторинга является получение достоверной и объективной информации о качестве среды обитания и состоянии здоровья населения (Г.Г. Онищенко, 2000; E.H. Беляев, 1996, 2000; А.И. Потапов, 1997, 2000; Л.Г. Подунова, 2000). Особенно актуальна эта проблема для территорий с развитой многоотраслевой промышленностью, к которым относится Пермская область (Н.В. Зайцева, 1992,2000; И.В. Май, 1998).

Среди летучих органических веществ, формирующих химическую нагрузку на территории Пермской области, весомый вклад вносят широко распространенные в промышленности и технике метиловый и бутиловые спирты, ацетон, формальдегид, ацетальдегид, пропионовый и масляный альдегиды, которые относятся к ряду кислородсодержащих органических соединений (Н.В. Зайцева, 1997, 2000; A.B. Бражкин, 1998).

Вышеперечисленные органические вещества обладают наркотическим, раздражающим, аллергическим, мутагенным, канцерогенным свойствами и способны накапливаться в тканях и органах, оказывая отрицательное действие на состояние и функции систем человека, и представляют опасность для здоровья населения (В.А. Филов, Л.А. Тиунов., 1994; Аксенова Л.П., 1997; Rory В. Conolly, 1995; А. Franzblau, 1997).

Для оценки степени антропогенного воздействия на организм человека ряд авторов указывают на важность контроля содержания загрязняющих веществ в биологических средах (Т.В. Юдина, 1988, 1992, 1997; Б.А. Ревич, 1991, 1995; М.Т Дмитриев, 1990), в том числе для задач донозологической диагностики экозависимых патологий и поиска взаимосвязей в системе окружающая среда-здоровье" (С.Л. Авалиани, 1995; М.П. Захарченко, В.Г. Маймулов, А.В.Шатров, 1997).

Большинство существующих в настоящее время методических указаний по определению химических соединений в биологических средах отличаются недостаточной избирательностью, низкой чувствительностью, трудоемкостью выполнения и находят применение в токсикологических исследованиях и медицине труда (И.Д. Гадаскина, 1971; В.И. Ткаченко, 1978; В.Ф. Крамаренко, 1989).

На данный период одной из актуальных задач социально-гигиенического мониторинга остается разработка селективных и высокочувствительных методов контроля содержания химических веществ в биологических средах человека, позволяющих определить степень антропогенного воздействия окружающей среды на население.

Для решения этой задачи наиболее эффективными способами могут быть методы газовой и жидкостной хроматографии, которые позволяют с высокой степенью достоверности и точности определять микроколичества примесей многокомпонентной смеси (Столяров Б.В., 1998; Другов Ю.С., A.A. Родин, 1999; Другов Ю.С., 2000; Уланова Т.С., 2000).

Цель исследования: методическое обеспечение химико-аналитического определения микроколичеств кислородсодержащих органических соединений в биологических средах в системе социально-гигиенического мониторинга.

Задачи исследования:

1. Разработать газохроматографический метод определения метилового, этилового, изопропилового, пропилового, изобутилового, бутилового спиртов в крови и моче для задач социально-гигиенического мониторинга.

2. Модифицировать газохроматографический метод определения ацетона в крови и моче. i 5

3. Разработать метод определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в крови и моче способом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

4. Обосновать критерии оценки содержания кислородсодержащих органических соединений в биологических средах детей.

5. Дать оценку реального содержания кислородсодержащих органических соединений в организме детей, проживающих на экологически неблагополучных территориях Пермской области.

Научная новизна исследований

Установлена количественная оценка полноты разделения смеси шести алифатических спиртов (С1-С4) в биологических средах с учетом матричного эффекта и низких уровней содержания в крови и моче путем расчета значения критерия разделения и связанных с ним оптимальной температуры и скорости газа-носителя. Максимальная полнота разделения смеси достигнута при значениях критерия разделения Кр=1,77-4,85 при скорости газа-носителя 40 см3/мин и режиме программирования температуры термостата колонок от 90 °С до 140 °С.

Показана эффективность селективного газохроматограф ическо го разделения смеси алифатических спиртов (С1-С4) в крови и моче с использованием неподвижной жидкой фазы 5 % ПЭГ -3000 на полисорбе-1 при следующих оптимальных условиях хроматографирования программирование температуры колонок от 90 °С до 140 °С, температура испарителя 150 °С, температура детектора 130 °С, скорость газа-носителя 40 см3/мин Определение исследуемых компонентов в моче проводится на уровне 0,002-1,000 мг/дм3 при погрешности определения 22,16 %, в крови на уровне 0,003-2,0 мг/дм3 при погрешности определения 24,23 %

Определены оптимальные условия концентрирования формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов из биологических проб кровь, моча) в форме 2,4-динитрофенилгидразон производных экстракцией гексаном.

Установлены параметры жидкостно-хроматографического разделения 2,4-динитрофенилгидразонов формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов при использовании в качестве подвижной фазы смеси ацетонитрила и воды с добавлением модификаторов (диэтиламина и уксусной кислоты). Показана возможность селективного определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в присутствии других органических соединений в биосубстратах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на колонке с сорбентом Диасорб С|б и ультрафиолетовым детектором в диапазоне концентраций 0,001-2,000 мг/дм3 при относительной погрешности не более 23,0 %.

В качестве критерия оценки содержания химических соединений в биологических средах предложены фоновые уровни концентраций кислородсодержащих органических соединений в биосредах детей, проживающих на территории, исключающей значимое влияние исследуемых органических соединений (условно "чистый" контрольный район).

Дана оценка уровня содержания исследуемых органических соединений в биосредах детей, проживающих в промышленно развитых городах Пермской области.

Впервые, на примере формальдегида, определена максимально недействующая концентрация по критерию содержания формальдегида в крови и иммуноглбулина Е (^Е) специфического к формальдегиду.

Практическая значимость и внедрение результатов работы

1. Газохроматографический метод количественного определения ацетона в моче, метод газохроматографического определения концентраций алифатических спиртов и метод количественного определения формальдегида в крови и моче высокоэффективной жидкостной хроматографией утверждены Минздравом РФ и включены в сборник методических указаний МУК 4.1.763-4.1.779-99 "Определение химических соединений в биологических средах (М., 2000 г.).

2. Разработанные методы аналитического контроля кислородсодержащих органических соединений используются для оценки их содержания в биосредах детей, проживающих на территориях с высокой антропогенной нагрузкой при проведении социально-гигиенического мониторинга в Пермском регионе, что оптимизирует критерии состояния здоровья населения, являющегося наиболее чувствительным показателем качества окружающей среды (справка о внедрении № 113-а от 10.09.2001 г.).

3. Результаты анализов биосред детей на содержание ряда кислородсодержащих органических соединений используются для диагностики экологически обусловленных изменений состояния здоровья и оценки элиминационных технологий (Программы: "Медико-экологическая реабилитация территорий и населения Пермской области на 1998-2000 г.", "Целевая комплексная программа охраны окружающей среды Пермской области на 2001-2005 г.").

4. Материалы диссертационной работы использованы в разработке практических рекомендаций для природоохранных служб, Госсанэпиднадзора и системы здравоохранения Пермской области (Методические рекомендации «Экологические факторы риска здоровью населения», Пермь, 1997 г., 148 е.; Справка о внедрении № 07-5-3/1885 от 09.11.2000 г.).).

5. Материалы диссертационной работы использованы в практической деятельности Пермского городского комитета по охране природы в ходе экологического мониторинга (справка о внедрении № 2012 от 23.11.2000 г.).

6. Материалы диссертационной работы использованы при подготовке справочно-информационных документов (Медико-экологический атлас Пермской области. Справочник. Пермь, 1997 г.).

7. Материалы диссертационной работы использованы при организации и проведении учебного процесса на кафедре «Охрана окружающей среды»

Пермского государственного технического университета (справка о внедрении № 1370 от .02. 11. 2001)

8. По материалам диссертационной работы подана заявка № 2001114365, приоритет 24 мая 2001 года: «Способ определения формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов в моче».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методы селективного газохроматографического определения алифатических спиртов (С1-С4) и ацетона в биологических средах (кровь, моча) эффективны как химико-анапитическая основа при проведении социально-гигиенического мониторинга.

2. Метод высокоэффективного жидкостно-хроматографического определения алифатических альдегидов (С1-С4) в биологических средах (кровь, моча), отличающийся селективным концентрированием и высокой чувствительностью, может быть использован в качестве химико-аналитической основы социально-гигиенического мониторинга.

3. Установленные фоновые уровни содержания ряда кислородсодержащих органических веществ в биосредах детей могут служить адекватным критерием оценки реальной химической нагрузки на экологически неблагополучных территориях Пермского региона.

4. Реальное содержание кислородсодержащих органических веществ в биосредах детей, проживающих в условиях экологической нагрузки, отражает характер антропогенного воздействия.

5. Предложенная на примере формальдегида схема определения максимально недействующей концентрации в крови является адекватной моделью установления региональных безопасных диапазонов содержания химических веществ в биологических средах. к

выводы

1. Разработан селективный газохроматографический метод определения алифатических спиртов (метилового, этилового, изопропилового, пропилового, изобутилового, бутилового) в моче и крови в диапазоне концентраций 0,002-2,000 мг/дм3 с чувствительностью обнаружения 0,01 мкг в анализируемом объеме при погрешности не более 24 %.

2. Модифицирован газохроматографический метод определения ацетона в крови и моче в диапазоне концентраций 0,01-2,00 мг/дм3 с чувствительностью определения в анализируемом объеме - 0,05 мкг при погрешности не более 23 %.

3. Разработан метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, позволяющий определять формальдегид, ацетальдегид, пропионовый и масляный альдегиды диапазоне концентраций 0 001 -2,000 мг/дм3 при относительной погрешности не более 22 %.

Л. Установлены региональные фоновые уровни содержания формальдегида (в крови 0,0358±0,0133 мг/дм , в моче 0,0158+0,0027 мг/дм3), ацетальдегида (в крови 0,140010,0099 мг/дм3, в моче 0,1017±0,0130 мг/дм'), ацетона (в крови 0,4910±0,1722 мг/дм3, в моче 0,3776±0,1238 мг/дм3), метилового спирта (в крови 0,0132+0,0046 мг/дм3, в моче 0,0138+0,0076 мг/дм3) для Пермского региона как исходные оценочные критерии воздействия химической нагрузки на организм на экологически неблагополучных территориях для проведения скрининговых и мониторинговых исследований.

5. При оценке содержания ацетона, ряда алифатических спиртов и альдегидов в биосредах детей Пермского региона установлены достоверно значимые превышения фоновых уровней формальдегида, ацетальдегида, ацетона, метанола и бутиловых спиртов в моче и крови детей (р<0,05) на большинстве обследованных территорий. Эти токсиканты включены как приоритетные в систему социально-гигиенического мониторинга для контроля реальной химической нагрузки на детское население и оценки эффективности проводимых на территориях целевых комплексных программ по охране здоровья населения.

6. На примере формальдегида установлена расчетная максимально недействующая концентрация с учетом его содержания в крови и содержанием иммуноглобулина Е специфического к формальдегиду. Верхняя граница безопасного уровня формальдегида в крови детей составила 0,0098 мг/дм3. Разработанный подход по установлению максимально недействующей концентрации формальдегида в крови является дополнительным критерием в донозологической диагностике и оценке эффективности профилактических мероприятий.

7. Региональный банк данных по фоновым значениям, выраженность отклонений реально установленных концентраций формальдегида, ацетальдегида, пропионового и масляного альдегидов, ацетона, метилового и бутилового спиртов от фоновых уровней в биосредах аналитически значимы при ведении социально-гигиенического мониторинга.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Полученные результаты исследований позволили сформулировать следующие рекомендации:

-региональным органам Госсанэпиднадзора рассмотреть возможность включения в программу социально-гигиенического мониторинга контроль содержания ксенобиотиков в биосубстратах в зонах с интенсивной антропогенной нагрузкой;

- органам Госсанэпиднадзора, лечебным и научным учреждениям, работающим в области экологии человека, научно-исследовательским институтам, занимающимся вопросами гигиены окружающей среды, для проведения контроля содержания кислородсодержащих органических соединений в биосубстратах использовать МУК 4.1.763-4.1.779-99 «Определение химических соединений в биологических средах»;

-органам охраны природы при оценке экологической обстановки на территории учитывать реальные уровни содержания ксенобиотиков в биологических средах населения; при разработке планов природоохранных мероприятий учитывать приоритетные компоненты выбросов, формирующих реальные нагрузки на население;

- региональным органам, ответственным за охрану окружающей среды и здоровье населения, учитывать региональные фоновые уровни содержания ксенобиотиков в биосубстратах для оценки экологической ситуации;

- органам здравоохранения использовать разработанные методики для задач донозологической диагностики экологически обусловленных изменений состояния здоровья и оценки эффективности элиминационных технологий.