Способ количественной оценки ущерба здоровью населения, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками

Способ количественной оценки ущерба здоровью населения, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками

Реферат

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

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

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

Е=Еm-ехр[-KnλCn(tобщ-tравн)],

(1)

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

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

In(1-Е)=-k·Pn·Cn·t, (2)

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

С - концентрация ксенобиотика в окружающей среде;

t - время продолжительности воздействия ксенобиотика на организм;

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

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

Устранение вышеуказанных недостатков является задачей заявляемого способа.

Указанная задача решается следующим образом.

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

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

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

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

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

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

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

У={1-exp[a(0,147C_co-0,43)^b]}·365·N,

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

а=-0,0145; b=1,51.

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

Д_о=ПДК_нм·t·Т_пж·Q, (3)

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

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

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

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

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

Таблица 1
Вредные вещества	Класс условий труда
	Допустимый	Вредный	Опасный
	2	3,1	3,2	3,3	3,4	4
Вредные вещества 1-2 класса опасности	≤ПДК	1,1-3,0	3,1-6,0	6,1-10,0	10,1-20,0	>20,0
Вредные вещества 3-4 класса опасности	≤ПДК	1,1-3,0	3,1-10	>10,0
Вещества, опасные для развития острого отравления: с остронаправленным механизмом действия, раздражающего действия	≤ПДК	1,1-2,0	2,1-4,0	4,1-6,0	6,1-10,0	>10,0
Канцерогены	≤ПДК	1,1-3,0	3,1-6,0	6,1-10,0	>10,0
Аллергены	≤ПДК		1,1-3,0	3,1-10,0	>10,0

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

Таблица 2

Класс опасности	3.1	3.2	3.3	3.4
Ущерб Уз.i, суток сокращения продолжительности жизни за год	0,73-1,5	1,51-3,7	3,71-7,3	7.3

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

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

Д_з.i=Д_то.i+Д_р.з.-Д_о, (4)

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

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

где ПДК_рз - предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны;

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

t_pc=250 - среднее количество рабочих смен в году;

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

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

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

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

Д_рз=0,3·ПДК_рз·Т_тс·t_pc·7/8·Q, (6)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Д_нм=Д_окр-Д_о, (12)

где Д_о определяется соотношением:

Д_окр=С_окр·T_пж·t·Q, (13)

С_окр - фактическая концентрация ксенобиотика в атмосферном воздухе населенных мест.

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

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

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

HbO+CO=HbCO+O₂.

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

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

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

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

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

РВ - атмосферное давление (мм рт.ст);

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

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

V_A - альвеолярная вентиляция (л/мин);

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

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

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

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

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

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

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

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

S_HbCO=0,3+0,058 С_CO.(17)

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

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

Таблица2.10Содержание карбоксигемоглобина в зависимости от концентрации оксида углерода в воздухе, уровня физической работы и времени воздействия
Содержание СО в атмосферном воздухе	Уровень физической работы	Содержание карбоксигемоглобина HbCO, %
СCO	РCO		Время воздействия, мин, час
%	С, мг/м3	Ч/млн	Мм рт.ст.		15 мин	30 мин	45 мин	60 мин	90мин	2 часа	4 часа	6часов	8 часов	24 часа
0,0005	5,7	5	0,0038	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	0,520,540,56	0,540,570,60	0,560,610,64	0,580,630,68	0,620,690,74	0,660,730,78	0,770,840,86	0,850,880,88	0,910,910,89	1,050,930,89
0,001	11,5	10	0,0076	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	0,550,610,67	0,610,720,82	0,660,810,95	0,710,901,1	0,801,11,2	0,891,21,4	1,21,51,6	1,41,61,7	1,51,71,7	1,91,81,7
0,0025	28,7	25	0,019	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	0,660,841,0	0,801,21,5	0,951,41,9	1,11,72,2	1,32,12,7	1,62,53,1	2,43,43,9	2,93,94,1	3,34,14,2	4,34,24,2
0,0035	40,2	35	0,0266	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	0,721,01,3	0,931,41,9	1,11,92,5	1,32,33,0	1,72,93,7	2,03,44,3	3,24,75,4	4,05,45,7	4,55,75,8	5,95,95,9
0,0075	86,2	75	0,057	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	1,01,62,2	1,52,63,7	1,93,54,9	2,34,36,0	3,15,87,7	3,97,0 9,0	6,310,011,5	8,111,312,2	9,412,012,4	12,412,412,5
0,01	114,4	100	0,076	Покой (сидя)Легкая работаТяжелая работа	1,22,02,8	1,83,34,8	2,44,66,5	3,05,77,9	4,07,610,2	5,09,211,9	8,313,215,3	10,715,116,2	12,415,916,5	16,516,716,6

Таблица 2.11Значение коэффициентов a и b для оксида углерода
СО	а	b
	-0,0145	1,51

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

У=[1-ехр(аСв изб.)]·365.

(20)

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

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

С учетом этого получим зависимость:

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

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

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

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

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

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

Пример расчета.

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

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

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

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

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

ϕ_3.2=2, ϕ_3.3=4, ϕ_3.4=6

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

ПДК_рз=2,0 мг/м³,

ϕ_3.1=1; ϕ_3.2=2; ϕ_3.3=4; ϕ_3.4=6,

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

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

У_н.м=3,1 суток за год

4. Ущерб населению определяется зависимостью:

У_нас=У_нм·N, где

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

Способ количественной оценки ущерба здоровью населения, наносимого загрязнением атмосферного воздуха ксенобиотиками, заключающийся в измерении концентрации вещества в окружающем воздухе, отличающийся тем, что определяют избыточную приведенную концентрацию данного ксенобиотика (С_прив):

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

где ПДК_рз - предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны;

ϕ_з.i - величина превышения ПДК_рз на нижних границах классов 3,1-3,4, которую определяют по таблице 1;

ПДК_нм - предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных мест в соответствии с нормативными документами,

затем рассчитывают ущерб здоровью населения (У_нас) от данного ксенобиотика, кроме CO, в человеко-сутках:

У_нас=[1-exp(a(C_окр-ПДК_нм)^b)]·365·N,

где С_окр - концентрация вещества в окружающем воздухе, мг/м³;

365 суток - переводной коэффициент для перехода от относительного ущерба к абсолютному за год;

N - численность населения, при этом эмпирические коэффициенты а и b для данного ксенобиотика находят расчетным путем методом наименьших квадратов, исходя из соотношения:

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

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

Y={1-exp[a(0,147C_co-0,43)^b]}·365·N,

где С_со - концентрация CO в окружающем воздухе (мг/м³), а=-0,0145, b=1,51.