Определение величины риска сокращения продолжительности жизни

Реальные жизненные ситуации не позволяют человеку строго руководствоваться предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воздухе. Это обуславливается тем, что человек проводит большую часть своей жизни вне производства.

В результате и в производственной сфере, и вне ее возникает риск сокращения продолжительности жизни от проявления заболеваний, возникающих вследствие фактического загрязнения атмосферного воздуха c превышающими ПДК_с.с. в определенные периоды времени.

Представляется, что степень риска будет определяться кумулятивностью, концентрацией, токсическими показателями, конкретным набором вредных веществ загрязнителей. Определение величины риска является важным для анализа опасности заболевания, сокращающего продолжительность жизни.

Подобная задача для случаев воздействий на организм человека ионизирующих излучений и вибраций решена. Для них определены, величины рисков сокращения продолжительности жизни и возникновения вибрационной болезни. Это сделано благодаря использованию основных принципов дозиметрии, что правомерно при кумулятивности внешнего воздействия окружающей среды, на организм человека,

Применение дозы как количественной характеристики сделало возможным создание единых критериев безопасности применительно к условиям ионизирующего или вибрационного воздействия - использовать концепцию приемлемого индивидуального риска, количественной мерой которого является вероятность заболевания человека в единицу времени.

Принципы дозиметрии могут быть применены и для аналогичных количественных оценок воздействия вредных веществ, загрязняющих воздух и влияющих, на организм человека. Важным основанием для производства таких оценок является преимущественная кумулятивность их действия, что характерно, как указывалось, и для ионизирующих излучений. Здесь следует отметить, что кумулятивность наиболее присуща вредным веществам, продуцируемым технологиями металлургии и металлообработки.

Принято также считать, что радиоактивные вещества, воздействуя на организм, вызывают поражения, характеризующиеся по существу как острые, подострые и хронические, т.е. укладывающиеся в рамки общей токсикологии. При этом существует сходная картина биологического действия вредных веществ и ионизирующих излучений, развивающегося на трех уровнях: физико-химическом, клеточном и организменном, или системном (табл. 2).

Видно, что первичными актами воздействия для ионизирующих излучений являются ионизация вдоль траекторий (треков) заряженных частиц в клетке; для промышленных ядов - растворение их в жидкостях организма: клеточных, мембранных, лимфатических, желудочной и легочной систем, крови.

Завершающими актами в обоих случаях являются раковые заболевания, генетические мутации.

Различием является более высокая скорость ионизации тканей и его воды по сравнению с процессом растворения токсических вредных веществ в разных видах воды организма, что существенно сокращает латентный период воздействия.

Таким образом, все вышеуказанное дает основание применить методику определения величины риска сокращения продолжительности жизни от воздействия радиоактивного загрязнения местности для случая загрязнения атмосферного воздуха вредными веществами.

Таблица 2

Биологическое действие вредных веществ и ионизирующих излучений

Вредные вещества, эффект воздействия

Ионизирующие излучения, эффект воздействия

Физико-химический уровень. Растворение промышленных ядов в жидких фазах желудка, организма и воздействие их на клеточные рецепторы: ферменты, витамины, гормоны, на биоструктуры: гемоглобин, белки биологических мембран. Клеточный уровень Молекулярное действие ядов во внутриклеточных структурах, вывод из строя наиболее жизненно важных клеток, начало разрушения тканевых структур. Организменный уровень. Возникновение стойких синдромов, вызванных воздействием ядов на кору головного мозга, параличом дыхательной мускулатуры, расстройством функции сердечнососудистой системы, нарушением терморегуляции. Отдаленные биологические аффекты: генетические мутации, рак, действие на потомство. Сокращение продолжительности жизни, заболевания, гибель организма.

Физико-химический уровень. Поглощение энергии. Ионизация на первичной траектории и в результате косвенного действия, продуцирующего свободные радикалы на основе воды организма. Клеточный уровень. Биомолекулярные повреждения, ведущие к гибели тканевых элементов, нарушению ферментных систем, синтеза ДНК, белков, нарушению обменных процессов, что ведет к разрушению клеток. Организменный уровень. Стойкое нарушение функций, вызывающее дискорреляцию между нервной системой и железами внутренней секреции. Отдаленные биологические эффекта: рак, лейкоз, генетические мутации, действие на потомство. Сокращение продолжительности жизни, гибель организма.

Указанная методика основывается па рекомендации Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ), состоящей в том, что при получении человеком сверхнормативного уровня дозы облучения в 1 бэр сокращение продолжительности его жизни может составить 5 суток.

Следовательно, и в случае загрязнения атмосферного воздуха исходным шагом является определение величины концентрации того или иного вредного вещества. То есть могут образоваться концентрации, превышающие ПДКс.с. каждого загрязнителя, что приводит к сокращению продолжительности жизни на определенное число единиц времени.

Приступая к рассмотрению риска сокращения продолжительности жизни человека, целесообразно применять два понятия: условно расчетная продолжительность жизни, равная 100 годам (что общепринято) и средняя продолжительность жизни в сложившихся естественных условиях определяемая, для населения стран и регионов путем сопоставления статистических распределений выживания и смерти до определенного возраста на протяжении жизни. Средняя продолжительность жизни колеблется, и в настоящее время составляет 0,6-0,8 от условно расчетной.

Указанные обстоятельства делают целесообразным при определении величины риска сокращения продолжительности жизни в условиях повышенной загрязненности воздуха учитывать вероятность смерти или выживания (т.е. их статистические распределения) на определенном году жизни. Это вносит конкретизацию в определение длительности времени, в течение которого человек будет находиться в условиях повышенной загрязненности воздуха. Рассматриваемые вероятности связываются соотношением

где: Q _выж. – вероятность достижения возраста τ;

Q _см. – вероятность смерти до возраста τ.

Значения Q _выж. и Q _см. определяются при помощи стохастических данных, получаемых статистикой при исследовании полного периода жизни населения страны (региона, доверительной выборки группы населения). При этом имеется в виду, что смерть является случайным переменным параметром и поэтому невозможно предсказать точное значение продолжительности жизни любого человека. Ниже приведены значения для Q _выж. и Q _см. определенные на основании выборки из 1 023 102 человек (табл.3).

Взаимосвязи между Q _выж.,Q_см. и R_см.ест. графически представлены на рис. 2. Важной является информация о средней продолжительности жизни в естественных установившихся условиях, присущей людям данной выборки (поколения). Она определяется проекцией точки пересечения Q_выж. и Q_см. на ось периода жизни, τ.

Значения Q _выж. и Q _см для выборки 1023102 чел.

Таблица 3

Возраст τ, год	Количество живущих в возрасте τ, Nτ	Вероятность достижения возраста τ,	Вероятность смерти до возраста τ	Количество ушедших из жизни в возрасте τ, n	Риск естественной смерти в возрасте τ,
		1,0	0,0		0,0
		0,9774	0,0226		0,00013
		0,9616	0,0384		0,00046
		0,9499	0,0501		0,00049
		0,9405	0,0595		0,00066
		0,9300	0,0700		0,00090
		0,9180	0,0820		0,00127
		0,9037	0,0963		0,00188
		0,8861	0,1139		0,00291
		0,8634	0,1366		0,00476
		0,8330	0,1667		0,00814
		0,7926	0,2074		0,0145
		0,7372	0,2628		0,0266
		0,6625	0,3375		0,0497
		0,5648	0,4352		0,0926
		0,4443	0,5557		0,1694
		0,3088	0,6912		0,2935
		0,1777	0,8223		0,8223
		0,0765	0,9235		0,9235
		0,0211	0,9789		0,8422
		0,0029	0,9971		0,9552
		0,0001	0,9999		0,9999
		0,0	1,0	0,0	1,0

Можно считать, что разность между условно расчетной длительностью жизни и средней естественной есть сокращение продолжительности жизни в естественных условиях - СПЖ_ест. В данном случае оно равно 30 лет. Ход функциональной кривой R_см.ест. позволяет определить величину риска естественной смерти на любом году периода жизни. СПЖ_ест. отображает состояние генофонда, природы и общества, являясь в основном экологическим показателем качества жизни.

Рис. 2. Взаимозависимости стохастических параметров периода жизни людей

При оценке воздействия вредных веществ загрязняющих воздух, важным является установление концентраций, вызывающих ранние функциональные и патоморфологические изменения в организме человека, учет аддитивности их действия.

С этой целью определяют так называемые действующие (эффективные, токсичные) концентрации, а также пороговые. Первые вызывают признаки интоксикации организма, при вторых - проявления действия вредных веществ находятся на грани физиологических изменений и патологических явлений. Для пороговых концентраций при определении сокращения продолжительности жизни берется ПДК_с.с.

Как было отмечено выше, исходным шагом для определения сокращения продолжительности жизни под воздействием сверхнормативных загрязнителей атмосферного воздуха является определение концентрации вредного вещества, сокращающей жизнь на единицу времени. Следует считать, что концентрацией загрязнения (удельной концентрацией) является отношение средней смертельной концентрации вредного вещества в воздухе к условно расчетной продолжительности жизни 100 лет.

Далее определяется сокращение продолжительности жизни (СПЖ_ЗАГР.) как отношение произведения вероятности пребывания в условиях загрязнения( и фактической концентрации рассматриваемого вредного вещества к удельной.

При этом должна учитываться степень вероятности (Q_факт.) проживания человека с определенного возраста в условиях указанной фактической концентрации.

После этого определяется риск сокращения продолжительности жизни от воздействия загрязнения атмосферного воздуха

Здесь СПЖ_ЗАГР. является функцией токсичности вредных веществ и их концентраций в атмосферном воздухе (также может быть в воде, почве), выброшенных природными или антропогенными источниками.

Если возникший при этом уровень концентрации превышает ПДК_с.с. и приобретает устойчивый необратимый характер, то это указывает на то, что СПЖ_ЗАГР. становится постоянным экологическим фактором и будет действовать в направлении увеличения СПЖ_ест., влияя на статистику полного периода жизни населения, которая является основой определения СПЖ_ест..

Следует отметить, что токсическое действие вредных веществ, поступающих в организм в процессе дыхания, при прочих равных условиях, на несколько порядков выше, чем при потреблении воды и пищи, загрязненных ими из-за легкой транспортировки их в исходном состоянии в плазму крови.

Как показал специальный анализ, граничные значения R_{СПЖ.загр.} определяются нормами токсикологии. Из них вытекает, что приемлемый риск, равный 10^-6 имеет место при концентрациях в пределах ПДК_с.с.,_. а риск, равный 1 (при сокращении жизни на 100 лет) - при ЛК₅₀. Таким образом, в основе определения значения R_{СПЖ.загр.} лежит отношение между ПДК_с.с. и ЛК₅₀, находящееся для преимущественного числа вредных веществ в интервале , и объективно существующее соотношение между и ста годами жизни человека (876000 ч), также равное .

Далее, из последнего выражения вытекает формальное равенство, позволяющее определить для подавляющего числа вредных веществ силу токсического действия (произведение концентрации вредного вещества и времени действия) в двух принципиально различных временных условиях: первое - па протяжении 100 лет жизни, второе - на протяжении (времени опытного определения ЛК₅₀) и при концентрациях, соответственно равных ПДК_с.с. и ЛК₅₀

Однако фактически сила токсического действия, заданная величинами концентрации и временем действия в левой части равенства не реализуется, ибо в организме человека успевают осуществляться процессы биотрансформаци, детоксикации вредных веществ и выведение их во внешнюю среду.

В правой же части из-за дефицита времени сила токсического действия вредных веществ реализуется, приводя к гибели биологический объект.

Установленный нормативный уровень ПДК_с.с. не исчерпывает возможности организма по детоксикации вредных веществ, что позволяло также нормативно определить необходимую более высокую предельно допустимую концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны - ПДК_р.з. (см. табл. 1) для людей в процессе их трудовой деятельности.

Существующее нормативное рабочее время τ, составляющее 96000 ч. в год (40 лет трудовой период, 300 рабочих дней в году, 8 ч - рабочий день), и величины ПДК_р.з., на 1–2 порядка превышающие ПДК_с.с., в несколько раз увеличивают массу поступающих в организм вредных веществ при дыхании. Например, при загрязнении воздуха аммиаком

где V - вентиляция легких, м₃/ч.;

0,65 - часть массы вредных веществ, остающейся в организме после выдоха.

За рамками же нетрудового периода низки указанная масса

То есть масса вредных веществ поступающих в организм вне трудовой деятельности в 12,3 меньше по сравнению с ранее определенной. Следовательно, в определенных случаях необходимо учитывать влияние ПДК_р.з. на СПК_ЗАГР.

Общий метод определения влияния загрязнителей на человека состоит в установлении величин СПЖ_ЗАГР. и R_{СПЖзагр.}.В нашем примере в условиях (40 лет работы) постоянного загрязнения воздуха рабочей зоны, равного ПДК_р.з. для случая загрязнения аммиаком значения этих величин будет следующим.

где - вероятность пребывания в условиях загрязненности, равной ПДК_р.з. – 0,1333;

– ПДК_р.з. = 20 мг/м³;

– 2,74 мг/м³/сут.

Отсюда видно, что дополнительная нагрузка на организм аммиака в виде 985920 мг, которая имеет место при его ингаляции на рабочем месте, возможно, приведет к сокращению жизни на 0,97 суток. Это соответствует R_{СПЖзагр.} = 2,66∙10^–5.

Опережающее определение для жителей региона риска в связи с загрязнением атмосферного воздуха аварийного и другого характера необходимо при проектировании любых промышленных объектов, особенно металлургических и нефтехимических. В результате возникнет возможность построения на карте местности будущей застройки линий риска R_{СПЖзагр}. с индивидуальным учетом токсичности всех ингредиентов пылегазовых выбросов в атмосферный воздух, розы ветров, высоты выбрасывающих устройств и объема выбросов. Высокая трудоемкость построения системы линий риска предопределяет ведение мониторинга и составление соответствующих программ для компьютерного определения величины риска.

Пример. Введение в строй химического завода и создание автотранспортной системы к нему вызвало периодическое повышение загазованности в его окрестностях. Определить СПЖ_ЗАГР. и R_{СПЖзагр.} при фактической концентрации аммиака и азота двуокиси в атмосферном воздухе соответственно 4000 мг/м³ и 0,85 мг/м³ для жителя местности, примыкающей к заводу, в возрасте 20 лет, который подвергается воздействию указанной загазованности 2 часа в сутки.

С помощью приложения 1 определяем удельную концентрацию каждого из загрязнителей:

Определяем степень вероятности продолжительности пребывания жителя в загрязненной воздушной среде:

Определяем сокращение продолжительности жизни от воздействия каждого из загрязнителей:

С учетом аддитивности действия загрязнителей общее сокращение продолжительности жизни составит:

Определяем величину риска сокращения продолжительности жизни

Задание. Определить СПЖ_ЗАГР и R_{СПЖ загр.} для вариантов, представленных в табл. 3, с использованием прил. 3.

Варианты заданий для самостоятельного выполнения

Номер варианта	Вещество-загрязнитель	Постоянная загазованность мг/м^3	Вероятность пребывания человека в загазованной местности,
	Азота двуокись	0,95	0,01
	Акролеин	0,50	0,40
	Аммиак	6,00	0,50
	Ангидрид уксусный	0,09	0,10
	Анилин	0,05	0,20
	Ацетон	1,10	0,35
	Бензин	30,0	0,45
	Бензол	2,00	0,65
	Ванадий пятиокись	0,05	0,25
	Динил	0,50	0,20
	Дихлорэтан	1,50	0,15
	Ксилол	4,00	0,70
	Ртуть	6,004	0,80
	Свинец	40,0	0,50
	Сероводород	0,50	0,20
	Сероуглерод	0,10	0,12
	Фурфурол	5,50	0,20
	Толуол	15,0	0,10
	Углерода окись	22,0	0,15
	Углерод четыреххлористый	25,0	0,05
	Формальдегид	0,20	0,20
	Хлор	0,90	0,35
	Цинк	9,80	0,40
	Серная кислота	6,15	0,25
	Бериллий	9,02	0,30
	Спирт метиловый	5,50	0,20
	Ацетофенон	0,02	0,30
	Озон	0,05	0,01

Дата добавления: 2015-07-14