Содержание к диссертации
Введение
1 СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ В САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКОМ НОРМИРОВАНИИ 8
1.1 Некоторые недостатки системы нормируемых показателей 8
1.2 Методология оценки риска для здоровья человека 13
1.3 Концепция приемлемого риска в современном гигиеническом нормировании 31
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ОЦЕНКЕ РИСКА 34
2.1 Методика Allium-теста 34
2.2 Методика иммунотоксикологического анализа 39
2.3 Методика определения трития в воде 42
2.4 Статистическая обработка результатов 44
3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ В Г. ОБНИНСКЕ 47
4 ОЦЕНКА И УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЛЮДЕЙ ПРИ НАЛИЧИИ АЛЮМИНИЯ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ И ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ 53
5 ОЦЕНКА РИСКА ПРИ ПОСТОЯННОМ ПРИСУТСТВИИ ХРОМА В ВОДОИСТОЧНИКАХ Г. ОБНИНСКА 85
6 ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОГО РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ТРИТИЯ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ 109
7 ЭКОЛОГО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РИСКА 153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 156
ВЫВОДЫ 159
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 161
ПРИЛОЖЕНИЕ А 176
- Некоторые недостатки системы нормируемых показателей
- Методика Allium-теста
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ В Г. ОБНИНСКЕ
Введение к работе
Актуальность проблемы
В последние годы проблема установления связи между воздействием факторов окружающей среды и состоянием здоровья населения выдвинулась в число наиболее актуальных и сложных медико-экологических проблем. Современная методология анализа риска (ущерба) для здоровья возникла в связи с потребностью создания эффективных способов обоснования и выбора управленческих решений по регулированию воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека. Кроме того, она позволяет качественно и количественно охарактеризовать степень воздействия неблагоприятных условий на здоровье населения, реально превратить «здоровье» в элемент управления (Авалиани и др., 2002; Онищенко и др, 2002)»
Методология оценки рисков продолжает развиваться и эффективно влияет на политические и технологические решения во всех странах (Рахманин и др., 2006). После выхода совместного Постановления Главного государственного санитарного врача РФ и Главного государственного инспектора РФ по охране природы от 10.11.97 г. (№25 и № 19-0-11/530) «Об использовании методологии оценки риска для управления качеством окружающей среды и здоровья населения в Российской федерации» в стране стали развиваться широкие исследования с применением данной методологии.
На сегодняшний день в качестве приоритетных научных направлений выделяют дальнейшую разработку и совершенствование методологии оценки ущербов здоровью, обусловленных воздействием факторов среды обитания человека и образом жизни, с целью оптимизации и повышения эффективности затрат на обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения.
К числу важнейших факторов, характеризующих санитарно-эпидемиологическое благополучие, относится обеспечение населения доброкачественной водой. Качество питьевой воды в системах
централизованного водоснабжения за последние 4 года стабилизировалось на высоком уровне загрязнения. В 2002 г. каждая пятая (19,52 %) проба воды не соответствовала гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и каждая одиннадцатая (9,08 %) - по микробиологическим показателям (Онищенко, 2006). Хотя подземные источники водоснабжения (45 % от общего числа) считаются наиболее защищенными. Однако и они подвергаются воздействию. По данным Министерства природных ресурсов (МПР) России, выявлено 1 800 очагов их загрязнения, 78 % из которых расположено в Европейской части страны (Доклад Министерства природных ресурсов, 2005). В создавшейся ситуации становится наиболее актуальным вопрос о снижении угрозы возникновения заболеваний, связанных с водным фактором, а также об обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения. Внедрение в экологический мониторинг водных объектов исследований, базирующихся на использовании методологии оценки риска, позволит решить ряд задач, таких как прогноз возможных изменений в состоянии здоровья населения при влиянии неблагоприятных факторов, разработка механизмов и стратегии мер по снижению риска, установление более надежных безопасных уровней и гигиенических нормативов.
Цель и задачи исследования
Цель данной работы - разработка методологии оценки риска при употреблении подземных вод с применением методов биотестирования.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
- применить методы биотестирования на этапах методологии оценки риска;
-выявить приоритетные загрязнители подземных вод на севере Калужской
области; -оценить риск при использовании воды и пищи, содержащих алюминий и фтор;
- оценить риск при употреблении подземных вод, содержащих хром;
- оценить радиационный риск для населения г. Обнинска при употреблении
питьевой воды, содержащей тритий, -провести эколого-эпидемиологическую оценку риска для показателя
жесткости воды.
Научная новизна работы
Впервые разработана методология оценки риска для здоровья при употреблении подземных вод для питья с использованием методов биотестирования. На основе данной методологии выполнена оценка риска для здоровья жителей г. Обнинска, которая учитывает геоэкологические, геохимические особенности и специфические техногенные характеристики региона, а также биологической действие приоритетных загрязнителей.
Впервые создана методика оценки риска при пероральном поступлении радионуклидов в организм человека с применением отечественных и зарубежных нормативов и рекомендаций.
Впервые проведен сравнительный анализ качества окружающей среды севера Калужской области по химическим и радиационным показателям.
Впервые было изучено комбинированное действие алюминия и фтора на тест-объекте Allium сера L. для последующего расчета риска комбинированного воздействия.
Впервые проведено исследование по выявлению взаимосвязи показателя жесткости воды с заболеваемостью населения г. Обнинска.
Практическая значимость работы
Этапы исследования проводились в рамках тематического плана по заказу Федерального агентства по образованию РФ № 01.200.205302 «Изучение экологических последствий техногенного воздействия на природную среду. Исследование накопления-выведения радионуклидов в органах человека» (2004-2006 гг.). Методические разработки диссертационного исследования использовались при выполнении научно-исследовательской работы «Комплексное радиоэкологическое обследование объектов окружающей среды
и техногенных сооружений регионального хранилища (№ 227) РАО», № Гос. контракт: 5.28.05.3157 (2005 г.).
Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, применялись при разработке лекционного курса и практических занятий по дисциплине «Техногенные системы и экологический риск» для студентов факультета естественных наук Обнинского государственного технического университета атомной энергетики (ИАТЭ).
Материалы диссертации использовались автором при подготовке учебных пособий «Техногенный риск и методология его оценки» (2005) и «Управление экологическим риском» (2007) для студентов, обучающихся по специальностям «Экология» и «Химия».
Апробация работы
Основные положения представляемой диссертационной работы и результаты научных исследований были представлены на 10 всероссийских и международных конференциях и семинарах, в том числе на VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные угрозы человечеству и обеспечение безопасности жизнедеятельности «Безопасность - 03»» (Иркутск, 2003), 6-й Международной конференции «Экология человека и природы» (Москва-Плес, 2004), Международной конференции «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004), 3-й Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2005), Международном исследовательском симпозиуме NATO Advanced Research Workshop «Integrated Urban Water Resource Management» (Slovakia, Senec, 2005), DC Международной конференции «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2005), V Международном съезде «Радиационные исследования (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность)» (Москва, 2006), IX Российской научной конференции «Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях» (Обнинск, 2006), Третьей Международной конференции «Metals in the Environment» (Lithuania, Vilnius, 2006), Международном
исследовательском симпозиуме NATO Advanced Research Workshop «Dangerous Pollutants (Xenobiotics) in Urban Water Cycle» (Czech Republic, Lednice, 2007).
Диссертация апробирована на заседании кафедры экологии Обнинского государственного технического университета атомной энергетики (ИАТЭ) 21 мая 2007 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 2 учебных пособия, 3 статьи в российских и зарубежных рецензируемых журналах, из них 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 статьи в сборниках научных трудов, 6 материалов докладов на российских и международных конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка используемой литературы и приложения. Объем диссертации составляет 180 страниц машинописного текста, включая 24 рисунка и 27 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 166 наименований, из них 59 - на английском языке.
Основные положения, выносимые на защиту
- Методы биотестирования целесообразно использовать на всех этапах оценки,
включая заключительный (характеристика риска), на котором
основополагающим критерием может стать эколого-эпидемиологическая
оценка риска. -Риск для здоровья при употреблении пищи, содержащей алюминий или
приготовленной в алюминиевой посуде на два порядка выше такового при
употреблении подземных вод. -Для оценки риска здоровью населения, употребляющих питьевую воду из
подземных водоисточников, содержащих радионуклиды, возможно
использовать разработанную методику. -Риск от загрязнения водопроводной воды тритием на два порядка меньше
риска от хронически присутствующих в этой воде тяжелых металлов.
Некоторые недостатки системы нормируемых показателей
Концепция ПДК экологически неэффективна; перечислим основные причины, порождающие указанную неэффективность (Абакумов, Сущеня, 1991).
- Нормативы ПДК определяются в лабораторных условиях в краткосрочных (дни) и хронических (недели) экспериментах на изолированных популяциях организмов, принадлежащих к небольшому числу тестовых видов, по ограниченному набору физиологических и поведенческих реакций. Экстраполяция и применение нормативов ПДК для реальных природных и антропогенных объектов неправомерна.
- ПДК принимаются как единые нормативы для огромных административных территорий (порядка одной шестой части суши) в то время, как действие загрязняющих веществ зависит от специфических фоновых, климатических, хозяйственных и многих других характеристик конкретного региона.
Вследствие этого, использование единых ПДК в районах с различными экологическими условиями в реальной практике невозможно. Например, в бассейне р. Кама в Пермской области фоновые концентрации железа на порядок превышают ПДК, однако водные организмы адаптированы к этим концентрациям и требовать у предприятия снижения содержания железа в стоках до ПДК бессмысленно. Содержание же хлоридов в водах значительно ниже ПДК, хотя есть данные о том, что хлориды негативно влияют на некоторые популяции, однако требовать уменьшения концентрации хлоридов в стоках невозможно, поскольку нормативы ПДК не нарушены.
- За несколько десятилетий в результате достаточно дорогостоящих исследований установлено, например, для водоемов хозяйственно-бытового назначения около тысячи ПДК, тогда как число загрязняющих веществ антропогенного происхождения превысило миллионы наименований и ежегодно синтезируется около четверти миллиона новых химических веществ. Кроме того, при попадании в воду или воздух сбросов различных предприятий образуются вещества разнообразной химической природы, которые действуют на биоценозы принципиально иначе, чем их составляющие. Новые соединения могут быть токсичнее исходных реагентов и могут обладать мутагенным и канцерогенным действием; заметим также, что не более 10 % от общего числа нормированных по ПДК веществ обеспечено методами обнаружения на уровне ПДК.
- Современная система ПДК не учитывает последствия совместного действия на человека смеси химических веществ или различных токсических соединений одного и того же химического элемента при самых разных концентрациях (Сынзыныс и др., 20056). Помимо этого, на организмы, кроме химического загрязнения, оказывают негативное влияние многие другие факторы, например, тепловое, радиационное, электромагнитное или биологическое загрязнения.
- Нормативный подход, основанный на ПДК, не дает ответа на вопрос о возможных последствиях, их социальной и медико-биологической значимости в случае превышения установленного норматива, в особенности, если норматив установлен по лимитирующему признаку, выбранному из множества разнородных критериев эффекта.
- Ряд отечественных нормативов резко отличаются от стандартов других стран; анализ стандартов различных стран, показывает совпадение нормативных величин, как по временным, так и по количественным характеристикам, в то время как они значительно отличаются от российских нормативов (Тепикина, Пинигин, 2006). В частности, для примера приведем сравнительную характеристику нормативов для питьевой воды, принятой в России (Питьевая вода. Гигиенические требования, 2005) и Американским агентством по охране окружающей среды (Chemical Profiles - U.S. ЕРА).
Методика Allium-теста
Для оценки степени загрязнения окружающей среды широко применяется биологическое тестирование (биотестирования), получившее название активного мониторинга, при котором выявляют различные стрессовые воздействия с помощью тест-организмов, находящихся в стандартизированных лабораторных и в полевых условиях. Классическим методом для исследования токсического и мутагенного воздействия загрязнителей окружающей среды на живые объекты является тест на клетках апикальной меристемы лука (так называемый АШит-тест), который позволяет осуществить относительно быстрый скрининг химических соединении с указанием их потенциального биологического риска (Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных химических веществ,1989; Levan, 1983.; Fiskesj, 1985; Wierzbicka, Antosiewicz, 1988; Liu et al., 1995; Довгалюк и др., 2001). Важным преимуществом этого метода биологического мониторинга является хорошая корреляция его результатов с результатами, полученными на других тест системах (Fiskesj, Levan, 1993), а также высокая чувствительность при низкой индивидуальной изменчивости, комплексность с точки зрения возможности регистрации разных по механизмам возникновения биологических эффектов (мутагенных, токсических); оперативность получения информации, высокая воспроизводимость. Поэтому лук AlliumcepaL. был выбран для выявления биологически значимых эффектов загрязнения подземных вод обследуемого региона.
Материал исследования
Материалом исследования послужил лук (Allium сера L.) сорта Штуттгартен ризен. Для анализа отбирались луковицы приблизительно одинаковые по весу (т = 1,6-5-2,0 г) и размеру (d= 14-5-16 мм), и выдержанные в течение суток в дистиллированной воде. Для проращивания луковицы помещали в специально подготовленные пластиковые контейнеры таким образом, чтобы воды касалось только донце луковиц. На каждый вариант опыта отбиралось 12 луковиц.
Исследуемые растворы (8 вариантов) готовились из ч.д.а. солей: АІСІз 6Н20, NaF, NaCl по схеме представленной на рисунке 2.1. Концентрации алюминия, фтора и хлора, которые использовались при приготовлении растворов, соответствуют или кратны ПДК этих веществ в питьевой воде (ПДКАІ = 0,5 мг/л, ПДКР= 1,5 мг/л, ПДКа = 350 мг/л) (Питьевая вода. Гигиенические требования, 2005). рН всех растворов доводили до значения 4,0 (при таком рН алюминий находится в ионной форме Al , доступной для растений). Тестируемые растворы заливали в контейнеры с луком и ставили на четыре дня в термостат при / = 24 С. На рисунке 2.2 представлена модель проведения опыта.
Исследуемые растворы (9 вариантов) готовились из солей ч.д.а. СгС13-Н20 и х.ч. К2Сг207. Растворы содержали отдельно трех- и шестивалентный хром в количествах 0,025; 0,05; 0,1 и 0,5 мг/л. В качестве контроля использовали дистиллированную воду. Концентрации Сг (III) и Сг (VI), которые использовались при приготовлении растворов, соответствуют или кратны ПДК этих веществ в питьевой воде (ПДКсг(ііі)= 0,5 мг/л, ПДКСг(У1)= 0,05 мг/л) (Питьевая вода. Гигиенические требования, 2005). рН растворов Сг(Ш) доводили до значения 5,0 (при таком рН Сг находится в ионной форме Сг +, доступной для растений). рН растворов Сг (VI) доводили до значения 8,0 (при таком рН Сг находится в ионной форме Сг6+, доступной для растений). Тестируемые растворы заливали в контейнеры с луком и ставили на четыре дня в термостат при t = 24 С.
Рост растения представляет собой очень сложный процесс, зависящий от многих внешних и внутренних факторов: уровня различных биосинтетических процессов, обеспеченности клеток питательными веществами, уровня ауксинов и ингибиторов. Любое нарушение перечисленных процессов, связанных непосредственно с ростом или его обеспечением веществами и энергией, неминуемо приводит к искажению хода ростовых процессов. Поэтому по таким признакам, как изменение размеров растений и отдельных органов, изменение массы сухого и сырого вещества, числа органов, клеток и другим можно судить о действии фактора на растение.
Общая характеристика подземных источников водоснабжения в г. Обнинске
В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия химический состав не только поверхностных, но и подземных вод заметно изменился (Онищенко, 2006; Лаврушина, 2004). Несмотря на относительно высокую защищенность (по сравнению с поверхностными) подземных вод от загрязнения, в них обнаруживаются тяжелые металлы и другие элементы. Естественно, что содержание тяжелых металлов в подземных водах возрастает близ городов и промышленных центров. Рассмотрим ситуацию, которая сложилась с питьевой водой из подземных источников в г. Обнинске Калужской области и его окрестностях.
По гидрогеологическому районированию территория Калужской области, находится в Юго-Западной части Московского артезианского бассейна, сложенного терригенно-карбонатными отложениями девона, карбона, в меньшей мезо-кайнозоя, общей мощностью до 1000-1200 м. Коренные породы повсеместно перекрываются четвертичными осадками мощностью от 10 до 30-40 м (Семенов, Семенова, 2002).
Для обеспечения населения доброкачественной питьевой водой население г. Обнинска используются 3 водозабора централизованного водоснабжения (38 артезианских скважин): Вашутинский - 24 скв., Самсоновский - 10 скв., Добринский - 4 скв., которые находятся за чертою города, а точнее в его окрестностях, и 3 ведомственных водозабора, которые имеют: Государственный научный центр РФ - «Физико-энергетический институт» им. А.И. Лейпунского (Центральный - 5 скв.); Государственный научный центр РФ - Филиал Физико-химического института им. Л.И. Карпова (7 скв.), ОНПП «Технология» (4 скв.) (Силин, 2003).
Как в самом городе, так и на его периферии функционирует большое количество объектов, которые вносят непосредственный вклад в загрязнение окружающей среды Обнинского региона, что в свою очередь сказывается и на подземных водах. В результате интенсивной эксплуатации водозаборов режим подземных вод существенно нарушен. Промышленные водоносные горизонты водозаборов, за счет которых происходит обеспечение водой жителей г. Обнинска претерпели за последние десятилетия значительные изменения в питании. В каменноугольном карбонатном водоносном комплексе сформировалась депрессионная воронка, в пределах которой произошло снижение уровня в районе водозаборов г. Обнинска и других близлежащих населенных пунктов более чем на 40 м. Абсолютные отметки уровней на этих водозаборах понизились до 90-100 м. В протвинском горизонте в районе г. Обнинска пьезометрическая поверхность снижена до отметок 110-115 м при общем понижении уровня на 20-25 м (Силин, 2003). Депрессионные воронки в окско-тарусском и протвинском горизонтах осложняют региональную депрессию в Московском бассейне подземных вод, поперечником в 200 км (Гидрогеология СССР, 1966).
Проследим изменения в составе подземных вод обнинских водозаборов за период 1990-2003 гг. (рисунки 3.1-3.6). Результаты химического анализа проб воды предоставлены МП «Водоканал» г. Обнинска (Приложение А, таблицы А.1,А.2,А.З).
