Содержание к диссертации
ГЛАВА 1 - ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПРОБЛЕМА УСКОРЕНИЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ И ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ И ИХ
ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ 17
ГЛАВА 2 - ПРОГРАММА, МАТЕРИАЛЫ И ОБЪЁМ
ИССЛЕДОВАНИЙ 42
- Прогнозирование нормативов лекарственных средств в
атмосферном воздухе 91
ГЛАВА 4 - РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИЙ ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ, ОБЛАДАЮЩИХ РЕЗОРБТИВНЫМ И РАЗДРАЖАЮЩИМ ДЕЙСТВИЕМ 99
- Разработка классификации атмосферных загрязнений по степени опасности по резорбтивному действию на основе использования основных параметров токсикометрии 99
- Обоснование и разработка классификации веществ, загрязняющих атмосферный воздух, по раздражающему действию. 111 ГЛАВА 5 - АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТОКСИЧНОСТИ И ОПАСНОСТИ ВЕЩЕСТВ ПРИ ОБОСНОВАНИИ
- Апробация разработанной системы прогнозирования путем обоснования ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) веществ в атмосферном воздухе 117
- Экспериментальные исследования по изучению рефлекторного и резорбтивного действия веществ в атмосферном воздухе с разработкой их гигиенических нормативов (ПДК и ОБУВ) в атмосферном воздухе 134
- Экспериментальная проверка надежности установления
Ускорение оценки токсичности и опасности веществ как система методов и условий сокращения времени научного обоснования их гигиенических нормативов в атмосферном воздухе является единой, но разноплановой областью знаний, включающих, прежде всего, математические и экспресс-экспериментальные модели, критерии выбора веществ, аналоги их биологического действия, закономерности распределения концентраций разных периодов осреднения в атмосферном воздухе.
Конкретные математические и экспресс-экспериментальные модели прогноза токсикометрических параметров, включая ПДК и ОБУВ, в том числе подтвержденные результатами экспериментальной оценки их точности и надежности
Разработанная методология ускоренной оценки токсичности и опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух, эффективно способствует своевременному обеспечению потребностей практики управления качеством атмосферного воздуха населенных мест в критериях этого качества - гигиенических нормативах.
НОРМАТИВОВ НОВЫХ ВЕЩЕСТВ 117
ОБУВ загрязняющих веществ в атмосферном воздухе 153
ГЛАВА 6 - ГАРМОНИЗАЦИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТА УСТАНОВЛЕНИЯ ГИГИЕНИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ 156
- Обоснование и разработка методологии оценки приоритетности и выбора веществ для первоочередного
регламентирования в атмосферном воздухе 171
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 193
ПРИЛОЖЕНИЯ 219
Приложение 1 - Материалы исследований 219
Приложение 2 - Материалы по внедрению результатов работы 290
Введение к работе
В соответствии с Законами Российской Федерации №96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» и № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» управление качеством воздуха населенных мест базируется на установлении предельно допустимых выбросов (ПДВ) и системе общегосударственного наблюдения за состоянием этого воздуха. Эффективное управление качеством атмосферного воздуха в интересах здоровья населения обусловливает необходимость постоянного совершенствования как научных критериев качества атмосферного воздуха - гигиенических нормативов, так и методологии их обоснования (Г.Г.Онищенко [104, 105, 109]; О.В.Митрохин [95]; С.М.Соколов и соавт. [144]).
Это обусловлено постоянным ростом числа ежегодно внедряемых в промышленность химических веществ и необходимостью их своевременной токсикологической оценки с установлением безвредных уровней (Ю.А.Рахманин, М.А.Пинигин [125]; А.И.Потапов, В.Н.Ракитский и соавт. [117]).
На настоящее время, по данным литературы, в мире синтезировано свыше 2 миллионов различных химических веществ, из которых 100 тысяч производится в больших количествах [187]. По данным Международного форума по химической безопасности (МФХП) в число приоритетных входят до 40 тысяч веществ, выпускаемых в мире в больших количествах (Б.А.Курляндский [79]). В США в 80-х годах производилось свыше 50000 веществ, причем по данным ЕРА ежегодный прирост новых соединений составлял около 2000 (L.B.Lave et.al. [222, 223]). Организация экономического сотрудничества и развития (OECD) оперирует 4843 веществами, объем производства каждого из которых составлял свыше 1000 тонн [232].
Российским регистром потенциально опасных химических и биологических веществ охвачено 2510 соединений, обращающихся в стране, из них 818 веществ зарегистрировано временно сроком на 3 года из-за отсутствия полной информации об их токсичности и опасности (Х.Х.Хамидулина [164]; Г.Г.Онищенко [106]).
В 80-х годах прошлого столетия в Институт поступили запросы от различных Министерств и ведомств нашей страны на разработку гигиенических нормативов 2323 химических веществ в атмосферном воздухе для расчета норм ПДВ, обоснования воздухоохранных мероприятий и оценки загрязнения атмосферного воздуха в районах размещения промышленных предприятий.
Однако возможности гигиенической науки в тот период не соответствовали запросам практики, так как в перечне ПДК в атмосферном воздухе было представлено всего 115 веществ, а ежегодно утверждалось не более 5-7 нормативов, хотя уже в 50-60-е годы прошлого столетия в СССР обоснование указанных ПДК осуществляли несколько гигиенических институтов и кафедр медицинских ВУЗов (НИИ общей и коммунальной гигиены им.А.Н.Сысина АМН, Киевский Институт коммунальной гигиены им. А.Н.Марзеева, Московский Институт гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана, кафедра коммунальной гигиены ЦОЛИУВ, Ленинградский санитарно- гигиенический медицинский институт им. И.И.Мечникова, 1 Ленинградский медицинский институт им. И.П.Павлова, Новосибирский НИИ гигиены, Ташкентский институт гигиены и эпидемиологии и др.).
Весьма трудоемки были исследования по обоснованию максимальной разовой ПДК (ПДКм.р.) веществ с оценкой их ольфакторного действия с изучением ольфакторного действия у волонтеров, а также хронический эксперимент по изучению резорбтивного действия на лабораторных животных для установления среднесуточной ПДК (ПДКс.с.). Значительная часть времени уходила на разработку методов определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, подготовку дозирующей аппаратуры, обеспечивающей поддержание заданных концентраций изучаемых веществ в воздухе в процессе изучения их рефлекторных эффектов у волонтеров и резорбтивных - у лабораторных животных в процессе круглосуточного ингаляционного воздействия на них.
Поэтому особую актуальность приобрела проблема ускоренной оценки токсичности и опасности и разработки безопасных уровней воздействия.
Значительный вклад в методологию ускоренного обоснования ПДКс.с. атмосферных загрязнений внес М.А.Пинигин [113-115], разработав методику постановки краткосрочного эксперимента на основе зависимости «концентрация - время», обеспечивающую не только определение пороговых и недействующих концентраций, но и класс опасности веществ, а также дифференцированных коэффициентов запаса для перехода от пороговых уровней к ПДК. Внедрение указанного метода в практику позволило при существовавшей экспериментальной базе разрабатывать в среднем 10 -15 гигиенических нормативов в год.
До проведения настоящего исследования разрабатывались лишь отдельные методы прогноза параметров токсикометрии и недействующих уровней, основанные на поисках общих зависимостей между ПДК атмосферного воздуха и ПДК воздуха рабочей зоны (М.М.Кочанов и соавт. [70]; Ю.А.Кротов [75, 76]; В.О.Ашкеназы и соавт. [7]; С.М.Новиков [97] и др.) и простыми физико-химическими свойствами - температурой кипения, температурой плавления, молекулярной массой (Н.Г.Андреещева [5]), при этом авторы ограничивались проверкой точности методов в рамках исследуемого вариационного ряда без экспериментальной проверки их надежности на примере новых веществ.
Весьма ограниченно для прогноза ОБУВ веществ в атмосферном воздухе использовалась зависимость «структура - активность», включающая сложные физико-химические (молекулярные и энергетические) константы веществ (М.Л.Красовицкая и соавт. [72]; А.В.Любимов и соавт. [96, 97]). Для установления ОБУВ лекарственных средств в атмосферном воздухе не применялись их терапевтические дозы.
В России разработан целый ряд классификаций веществ по оценке их опасности и токсичности (И.В.Саноцкий и соавт. [136, 137]; Г.Н.Красовский и соавт. [74]; К.К.Сидоров [138, 139] и др.). Однако обоснование ПДКСХ. на основе хронического эксперимента с учетом резорбтивного действия атмосферных загрязнений не обеспечивало определение их класса, который в большинстве случаев механически переносили из перечня ПДК тех же веществ в воздухе рабочей зоны, хотя критерии опасности веществ, а также их классификации в разных средах могут существенно различаться, что определило необходимость совершенствования классификации опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух.
Исключение составляли нормативы, ПДК которых были установлены по методике М.А.Пинигина [113-115] на основе зависимости «концентрация - время» с обоснованием класса опасности вещества и дифференцированных коэффициентов запаса.
Ускоренную оценку токсичности и опасности веществ мы рассматриваем как методологию сокращения времени обоснования системы регламентов атмосферных загрязнений путем:
экспресс - экспериментальных методов,
математико-статистических моделей,
оценки взаимодействия веществ с организмом и окружающей средой, разработку новых критериев этого взаимодействия,
учета токсичности аналогов и создание классификаций.
По мере накопления опыта разработки ОБУВ и ускоренного обоснования ПДК веществ, загрязняющих атмосферный воздух, появились предложения по разработке критериев выбора веществ для гигиенического нормирования (И.В.Саноцкий и соавт. [135]; Л.А.Тепикина [153]) и гармонизации установленных ПДК с зарубежными стандартами качества атмосферного воздуха (Г.Г.Онищенко [107-108, 110]; Б.А.Курляндский [80, 81];
Ю.А.Рахманин и соавт. [123-125]; Г.Н.Красовский, Н.А.Егорова [73]; Н.А.Егорова [53]; Б. КомвК). [221]), что обусловило необходимость обобщения результатов этих предложений и рассмотрения их в качестве методов или условий ускоренного гигиенического нормирования веществ, загрязняющих атмосферный воздух.
В связи с изложенным было целесообразным разработать теоретические, методические и организационные аспекты ускоренной оценки веществ, загрязняющих атмосферный воздух.
Это было обусловлено, как насущной необходимостью в максимально короткие сроки обеспечить промышленность страны гигиеническими нормативами для разработки воздухоохранных мероприятий, так и обеспечить дальнейшее развитие методологии гигиенического нормирования атмосферных загрязнений.
Целью настоящей работы являлось научное обоснование принципов, критериев и методов ускоренной оценки токсичности и опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Разработать систему методов прогнозирования токсичности и опасности веществ в атмосферном воздухе на основе математических и экспресс-экспериментальных моделей взаимосвязи ПДК с токсикометрическими параметрами их рефлекторного и резорбтивного действия, молекулярными физико-химическими и энергетическими константами, ПДК в других объектах окружающей среды и зарубежными стандартами качества атмосферного воздуха.
Обосновать классификации опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух и обладающих раздражающим и резорбтивным действием.
Апробировать разработанную методологию ускоренной оценки токсичности и опасности на примере новых веществ, внедряемых в производство.
4. Обосновать и осуществить гармонизацию ранее утвержденных величин ПДК и ОБУВ веществ с учетом зарубежных регламентов, соотношения порогов ольфакторного и резорбтивного действия, распределения и соотношения концентраций разных периодов осреднения в воздухе, разработку критериев выбора веществ для их нормирования, как разных способов и условий сокращения времени оценки их токсичности и опасности.
Научная новина работы состоит в следующем:
определены общие и частные научно-методические приемы сокращения времени оценки токсичности и опасности веществ как системы методов ускоренного гигиенического регламентирования допустимого содержания их в атмосферном воздухе;
разработана система математических моделей прогноза токсичности и опасности, включая значения ПДК или ОБУВ веществ, загрязняющих атмосферный воздух, с учетом их токсикометрических параметров, показателей раздражающего и ольфакторного действия, молекулярных физико-химических и энергетических констант, а также ПДК, в том числе зарубежных стандартов, в других объектах окружающей среды;
разработан экспериментально-расчетный способ прогноза ОБУВ атмосферных загрязнений, обладающих запахом, на основе определения их порога запаха в водном растворе и высокой корреляционно-регрессионной связи между порогами запаха веществ в воде и в воздухе;
разработаны классификации опасности веществ, загрязняющих атмосферный воздух: а) по интегральному показателю опасности (В), б) по параметрам раздражающего действия веществ;
уточнены значения максимальных разовых и среднесуточных ПДК 82-х веществ на основе соотношения показателей рефлекторного и резорбтивного действий, а также распределения концентраций разных периодов осреднения в атмосферном воздухе; и 8-ми веществ - с учетом результатов экспериментальных исследований, значений референтных концентраций, зарубежных стандартов и рекомендаций международных организаций;
установлены параметры острой токсичности 52-х, показатели рефлекторного действия 33-х и резорбтивного действия 16-ти новых веществ с обоснованием их гигиенических нормативов в атмосферном воздухе;
предложены критерии и алгоритм выбора веществ для определения целесообразности и приоритетности гигиенического регламентирования содержания в атмосферном воздухе с учетом их физико-химических свойств, токсичности и опасности, мощности предприятия, объема выбросов и значения концентраций, возникающих на границе его санитарно-защитной зоны (СЗЗ).
Теоретическая значимость работы. Полученные результаты явились основой дальнейшего развития методологии оценки токсичности и опасности веществ в целях их гигиенического нормирования в атмосферном воздухе.
Практическая значимость и внедрение результатов.
Разработанная методология ускоренной оценки токсичности и опасности использована и продолжает применяться в целях гигиенического нормирования загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, способствуя своевременному обеспечению потребности практики в управлении качеством атмосферного воздуха населенных мест Российской Федерации (к настоящему времени утверждены ПДК для 670 и ОБУВ для 1574 веществ).
Результаты исследований использованы при подготовке 15-ти методических и нормативных документов, в том числе: Методические указания по установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (1982, МЗ СССР, №2630-82), Методические рекомендации по изучению аллергенного действия при обосновании предельно допустимых концентраций кормового белка в атмосферном воздухе (1983, МЗ СССР, №2659-83), Методические указания по установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия вредных веществ в воздухе рабочей зоны (М., МЗ СССР, 1985, №4000-85), Временные методические указания по обоснованию ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (1989, МЗ СССР, №468-88), Руководство по контролю загрязнения атмосферы (1991, Гидрометеоиздат, РД 52,04.186-89) Требования к постановке экспериментальных исследований по обоснованию предельно допустимых концентраций промышленных химических аллергенов в воздухе рабочей зоны и атмосферы (М., МЗ РФ, 1996, МУ 1.1.578-96), , Гигиенические критерии для обоснования необходимости разработки ПДК и ОБУВ (ОДУ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, воде водных объектов (1998, МЗ РФ, ГН 1.1.701-98.), Гигиеническое нормирование лекарственных средств в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест и воде водных объектов (1999, МЗ РФ, МУ 1.1.726-98).
Разработанные методические приемы использованы при установлении 47 ПДК и более 200 ОБУВ новых веществ в атмосферном воздухе, 5 ПДК в воздухе рабочей зоны, которые вошли в нормативные документы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» (ГН 2.1.6.1338-03; ГН 2.1.6.1765 - 03; ГН 2.1.6.1983-05; ГН 2.1.6. 1985 - 06) и «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» (ГН 2.1.6.1339-032; ГН 2.1.6. 1984 - 05; ГН 2.1.6. 1986 - 3).
- Гармонизированы 90 ПДК веществ в атмосферном воздухе (ГН 2.1.6.1338-03; ГН 2.1.6.1983-05).
Результаты исследований отмечены 2 серебряными и 1 бронзовой медалями ВДНХ СССР.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждены на 35 международных, республиканских и региональных конференциях, съездах, конгрессах и совещаниях, в том числе на: I съезде токсикологов СССР (Ростов-на-Дону, 1986), I и II съездах токсикологов России (Москва, 1998, 2003), Сессии отделения профилактической медицины РАМН (Москва, 2002), Пленумах межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды Минздравсоцразвития РФ и РАМН (Москва, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006), всероссийских конференциях «Теоретические основы и практические решения проблем санитарной охраны атмосферного воздуха» (Москва, 2003), «Современные проблемы профилактической медицины, среды обитания и здоровья населения промышленных регионов России» (Екатеринбург, 2004), «Эколого-гигиенические аспекты охраны окружающей среды и здоровья человека» (Санкт-Петербург, 2007), международных конференциях «Человек, город и окружающая среда» (Москва, 1998), «Охрана атмосферного воздуха: системы мониторинга и защиты» (Пенза, 1999), «Экономические проблемы производства и потребления экологически чистой продукции» (г.Сумы, 2001), «Проблемы измерения запаха» (Cologne, ФРГ, 2004), «Актуальные источники энергии для транспорта и энергетики больших городов (Москва, 2005), 4-м Международном конгрессе по управлению отходами «ВейсТэк-2005» (Москва,2005).
Работа выполнялась в лаборатории гигиены атмосферного воздуха в рамках плановых тем ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина РАМН: «Соотношение параметров токсичности при ингаляционном и пероральном поступлении в организм» (№ государственной регистрации (г/р) 76055295); «Оценка критериев опасности при гигиенической регламентации веществ с учетом ингаляционного и орального поступления в организм» (№ г/р 79050309); «Усовершенствовать методы экспериментально-расчетного прогнозирования регламентов вредных веществ в атмосферном воздухе» (№ г/р 018225065828); «Усовершенствовать методы установления дифференцированных по времени ПДК атмосферных загрязнений на примере выбросов теплоэлектростанций» (№ г/р 01.82.4065829); «Дать новое научное обоснование содержания и формы нормативного документа «Санитарно-гигиенические нормативы загрязняющих веществ в атмосферном воздухе» (№ г/р 01.86.0014386); «Разработать новые подходы к установлению ориентировочных безопасных уровней (ОБУВ) химических загрязнителей атмосферного воздуха» (№ г/р 01.86.0014385); «Разработка и усовершенствование методов ускоренного регламентирования атмосферных загрязнений» (№ г/р 01.91.0013583); «Оценка риска неспецифических и специфических эффектов при воздействии атмосферных загрязнений по экспериментальным и эпидемиологическим данным» (№ г/р 01.9.400017939); «Разработать методологию комплексной оценки химического загрязнения окружающей среды при изучении риска его влияния на здоровье населения» (№ г/р 01.200000685); «Обоснование и разработка критериев установления санитарно-защитных зон промышленных предприятий» (№ г/р 01.9.70002126)
Публикация результатов работы. Основные положения диссертации опубликованы в 63 научных работах, из них 28 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в том числе 14 - в журналах «Гигиена и санитария» и 12 - в «Токсикологическом вестнике», 1 - в коллективном «Руководстве по контролю загрязнения атмосферы», 5 - в справочниках «Перечень и коды веществ загрязняющих атмосферный воздух» и «Безопасные уровни содержания вредных веществ в окружающей среде», 4 - в зарубежных изданиях.
Личный вклад автора. При планировании, организации и проведении исследований по всем разделам и этапам работы доля участия автора составила 80%. Анализ полученных материалов и обобщение результатов исследований полностью проведены автором.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 глав собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы, приложений. Текст изложен на 321 странице машинописи, иллюстрирован 43 таблицами, 17 рисунками. Указатель литературы содержит 275 источников, из них 101 иностранных авторов.
На защиту выносятся следующие положения:
