Картина біологічної дії шкідливих речовин та іонізуючого випромінювання на організм людини

Шкідливі речовини, ефект впливу	Іонізуючі випромінювання, ефект впливу
Фізико-хімічний рівень
Розчинення промислових отрут у рідких фазах шлунка, організму й вплив їх на клітинні рецептори: ферменти, вітаміни, гормони; на біоструктури: гемоглобін, білки біологічних мембран.	Поглинання енергії, іонізація на первинній траєкторії й у результаті непрямої дії, продуковані вільні радикали на основі води організму.
Клітинний рівень
Молекулярна дія отрут у внутрішньоклітинних структурах, виведення з ладу найбільш життєво важливих клітин, початок руйнування структур тканини	Бімолекулярні ушкодження, що ведуть до загибелі тканинних елементів, порушенню ферментних систем, синтезу ДНК, білків, порушенню обмінних процесів, що веде до руйнування кліток.
Рівень організму (системний)
Виникнення стійких синдромів, викликаних впливом отрут на кору головного мозку, паралічем дихальної мускулатури, розладом функції серцево-судинної системи, порушенням терморегуляції.	Стійке порушення функцій, що викликає дискорреляцію між нервовою системою й залозами внутрішньої секреції
Віддалені біологічні ефекти
Генетичні мутації, рак, дія на потомство. Скорочення тривалості життя, захворювання, загибель організму.	Рак, лейкоз, генетичні мутації, дія на потомство. Скорочення тривалості життя, загибель організму.

Зазначена методика ґрунтується на рекомендації Міжнародної комісії з радіологічного захисту (МКРЗ), яка полягає в тому, що при одержанні людиною зверх допустимого рівня дози опромінення в 1бер – може привести до скорочення тривалості його життя майже на 5 діб.

У випадку забруднення атмосферного повітря шкідливими речовинами, вихідним кроком є визначення величини концентрації тієї або іншої шкідливої речовини після перевищення нормативного рівня, яким є ГДКсд кожної речовини забруднювача, що може привести до скорочення тривалості життя на певну кількість часу.

Значення Q _ВИЖ; Q _СМ; на вибірці в 1023102 чол.

Вік, період життя (роки) τ	Число людей у віці (τ) Nτ	Імовірність досягнення віку (τ) QВИЖ.;	Імовірність смерті до віку (τ) QСМ=1-QВИЖ	Число загиблих у віці (τ) nτ	Ризик природної смерті у віці RСМ=nτ/Nτ
		1,0000	0,0000		0,00000
		0,9774	0,0226		0,00018
		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
		0,8338	0,1667		0,00814
		0,7926	0,2074		0,01450
		0,7372	0Д628		0,02660
		0,6625	0^375		0,04970
		0,5648	0,4352		0,09280
		0,4443	0,5557		0,16940
		0,3088	0,6912		0,29350
		0,1777	0,8223		0,82230
		0,0765	0,9235		0,92350
		0,0211	0,9789		0,84220
		0,0029	0,9971		0,95520
		0,0001	0,9999		0,99990
		0,0000	1,0000		1,00000

Приступаючи до розгляду ризику скорочення тривалості життя людини, доцільно застосовувати два поняття:

- умовно розрахункова тривалість життя, яка дорівнює 100 рокам (загальноприйнята) і середня тривалість життя у сформованих природних умовах, обумовлена для населення країн і регіонів шляхом

зіставлення статистичних розподілів виживання й смерті до певного віку протягом життя.

- Середня тривалість життя коливається, і в нинішній час становить 0,6-0,8 від умовно розрахункової.

Зазначені обставини роблять доцільним при визначенні величини ризику скорочення тривалості життя в умовах підвищеного забруднення повітря враховувати ймовірність смерті або виживання (тобто їхні статистичні розподіли) на певному році життя

Це вносить конкретизацію у визначення тривалості часу, протягом якого людина буде перебувати в умовах підвищеного забруднення повітря.

 

Розглянуті ймовірності зв'язуються співвідношенням:

Q _СМ = 1- Q _ВИЖ.

Q _ВИЖ. - імовірність досягнення віку, τ.

Q _{СМ -} імовірність смерті до віку, τ.

Значення (Q _ВИЖ.;Q _СМ;) визначаються за допомогою стохастичних даних одержуваних статистикою при дослідженні повного періоду життя населення країни (регіону). При цьому мається на увазі, що смерть є випадковим змінним параметром і тому неможливо пророчити точне значення тривалості життя будь-якої людини.

Взаємозв'язку між Q _ВИЖ; Q _СМ; і R _СМ графічно представлені на рис. 7.

Важливою є інформація про середню тривалість життя в природних сталих умовах, властивим людям даної вибірки (покоління). Вона визначається проекцією крапки перетинання Q _ВИЖ. і Q _СМ. на вісь тривалості життя, τ

Можна вважати, що різниця між умовно розрахованою тривалістю життя й середньою природною є скорочення тривалості життя в природних умовах – СТЖ пр.

У цьому випадку воно дорівнює 30 років. Хід функціональної кривої R _СМ дозволяє визначити величину ризику природної смерті на будь-якому році періоду життя. Можна сказати, що СТЖ пр. відображає стан генофонду, природи й суспільства, будучи в основному екологічним показником якості життя.

 

 

Інтервал концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі, де починається, розвиток й реалізація токсичних ефектів цих речовин, процес впливу аж до летального результату, наочно демонструється відомою в токсикології залежністю «доза - ефект», яка побудована на основі логарифмічної сітки (рис. 8).

На графіку пунктиром зазначені середні статистичні величини концентрацій. Для зони ЕГ такою величиною є ГДКсд, а для ЕС – ЛК50 які й нанесені в полях зон.

При оцінці впливу, забрудненого шкідливими речовинами повітря, важливим є встановлення концентрацій, що викликають ранні функціональні й патоморфологічні зміни в організмі людини, облік адитивності їхньої дії.

Із цією метою визначають так звані діючі (ефективні) концентрації, а також граничні. Перші викликають ознаки інтоксикації організму, при інших - прояв дії шкідливих речовин перебуває на грані фізіологічних змін і патологічних явищ. В останніх, для визначення скорочення тривалості життя береться ПДКсс.

 

 

Як було відзначено вище, вихідним кроком для визначення тривалості життя під впливом наднормативних забруднювачів атмосферного повітря є визначення, концентрації шкідливої речовини, що скорочує життя на одиницю часу.

Варто вважати, що такою питомою концентрацією є відношення середньої смертельної концентрації шкідливої речовини в повітрі до умовно розрахункової тривалості життя 100 років.

Далі визначається скорочення тривалості життя від забруднення (СТЖ забр.) як відношення фактичної концентрації розглянутої шкідливої речовини до питомої. При цьому повинна враховуватися ступінь імовірності (Q факт.) проживання людини з певного віку в умовах зазначеної фактичної концентрації.

Після цього визначається ризик скорочення тривалості життявід впливу забруднення (R СТЖ забр.) атмосферного повітря із визначення:

Тут СТЖзабр. є функцією токсичності шкідливих речовин й їхніх концентрацій в атмосферному повітрі (також може бути у воді, ґрунті), що створені природними або антропогенними джерелами.

Якщо виниклий при цьому рівень концентрації перевищує ГДКсд і настає стійкий незворотний характер, то це вказує на те, що СТЖзабр. стає постійним екологічним (природним)фактором і буде діяти в напрямку збільшення СТЖ, впливаючи на статистику певного періоду життя населення, що створює основу для визначення поняття скорочення тривалості життя від природних факторів СТЖприр.

Слід зазначити, що токсична дія шкідливих речовин, що надходять в організм у процесі подиху, за інших рівних умов, на кілька порядків вище, ніж при споживанні води і їжі. забрудненої ними, через легке транспортування їх у вихідному стані в плазму крові

Як показав спеціальний аналіз, граничні значення RСТЖзабр. визначаються нормами токсикології. З них випливає, що прийнятний ризик (Rпр .), рівний 10 ^-6, має місце при концентрація в межах ГДКсд, а ризик рівний 1 (при скороченні життя на 100 років) - при ЛК ₅₀ (рис 8).

Таким чином, в основі визначення значення RСТЖзабр. лежить відношення між ГДКсд і ЛК ₅₀, що перебуває для переважного числа шкідливих речовин в інтервалі від 1 до 4×10 ^-6, і об'єктивно існуюче співвідношення між 1 ÷ 4 години. і ста роками життя людини(876000годин) також рівне 1÷4×10 ^-6.

 

 

Далі з останнього співвідношення випливає формальна рівність, що дозволяє визначити для гнітючого числа шкідливих речовин силу токсичної дії (добуток концентрації шкідливої речовини й часу дії) у двох принципово різних тимчасових умовах: перше - протягом100років життя, друге - протягом 1 ÷ 4 годин. (часу дослідного визначення ЛК50) і при концентраціях, відповідно рівних ГДКсд і ЛК50

ГДКсд × 876000годин. = ЛК50 × 1 ÷ 4 годин.

Однак, фактично сила токсичної дії, яка задана величинами концентрації й часом дії в лівій частині рівності (що відображається схемою на рис.4) не реалізується, тому що в організмі людини встигають здійснюватися процеси біотрансформації, детоксикації шкідливих речовин і виведення їх у зовнішнє середовище (див. рис.3).

У правій же частині через дефіцит часу сила токсичної дії шкідливих речовин реалізується, приводячи до загибелі біологічний об'єкт.

Установлений нормативний, рівень ГДКсд не вичерпує можливості організму по детоксикації шкідливих речовин, що дозволило також нормативно визначити необхідну високу гранично допустиму концентраціюшкідливих речовин у повітріробочої зони - ГДКр.з (див. табл. 1) для людей у процесі їхньої трудової діяльності.

Існуючий нормативний робочий час,τ що становить 96000 годин (40 років трудовий період, 300 робочих днів у році, 8 годин-рабочин день), і величини ГДКр.з, на 1—2 порядки перевищуюче ГДКсд, у кілька разів збільшує масу шкідливих речовин, що поступають в організм при подихупід час роботи (М _роб.) Наприклад, при забрудненні повітря аміаком.

М _роб =ГДКрз _NH3× τ _роб× V × 0,65=20×96000×0,79×0,65=985920мг

де V - вентиляція легенів, м ³ /г;

0,65 - частина маси шкідливих речовин, що залишається в організмі після видиху.

За рамками нетрудового періоду життя зазначена маса(М _{не роб}.) може складати:

М _{не роб} =ГДКсд _NH3× τ_{не роб}× V × 0,65=

=0,2 × (876000-9600) × 0,79 × 0,65 = 80106мг

Звідси видно, що М _{не роб} в 12,3 рази менше у порівнянні з раніше визначеною М _роб.

Отже, у певних випадках для визначення величини скорочення тривалості життя від забруднення шкідливими речовинами (СТЖзабр) необхідно враховувати вплив постійного забруднення повітря робочої зони з рівнем (ГДКр.з.).

Загальний метод визначення впливу складається у встановленні величин СТЖ забр й R СТЖ забр у результаті 40-літньої роботи в умовах постійного забруднення повітря робочої зони, рівного ГДКр.з.

Для випадку забруднення аміаком значення цих величин

 

Де:

- Q факт - імовірність перебування в умовах забруднення, рівної ГДКр.з. - 0,1096;

- К факт – фактичне забруднення робочої зони з рівнем ГДКр.з. – 20 мг/м³

- К забр _NH3 –забруднення робочої зони аміаком ГДКр.з. – 2,74 мг/м³

 

 

Звідси видно, що додаткове навантаження на, організм аміаком у вигляді 985920мг, що має місце при його інгаляції в процесі подиху на робочому місці, можливо, приведе до скорочення життя на СТЖзабр _NH3 =0,79 діб. Це відповідає ризику скорочення життя в наслідок забруднення повітря R_{СТЖ. забр} = 2,16×10 ^-5.

Випереджальне визначення ризику для жителів регіону у зв'язку із забрудненням атмосферного повітря аварійного й іншого характеру необхідно при проектуванні промислових об'єктів, та особливо металургійних і нафтохімічних.

Це дає можливість побудови на карті місцевості майбутньої забудови ізоліній рівного ризику R_{СТЖ. забр} - с індивідуальним обліком токсичності всіх інгредієнтів пилегазових викидів в атмосферне повітря, рози вітрів, висоти пристроїв, що викидають, та обсягу викидів.

Висока трудомісткість побудови системи ізоліній рівного ризику потребує ведення моніторингу й складання відповідних програм для комп'ютерного визначення величини ризику.

На рис.9 показаний варіант взаємного розташування запроектованого хімічного заводу й площадки житлової забудови й нанесених на місцевості ізоліній рівного ризику.

 

 

 

(R пр.), рівний 10 ^-6

 

Приклад рішення завдання.

Введення в лад хімічного заводу й створення автотранспортної системи до нього викликало періодичне підвищення загазованості на околицях. Визначити СТЖзабр й R_{СТЖ. забр} - при фактичній концентрації аміаку й азоту двоокису в атмосферному повітрі відповідно:

- аміаку - 4000мг/м³ й

- азоту двоокису - 0,85 мг/м³

для жителів місцевості, пов'язаною із заводом, у віці 20 років, що піддасться впливу зазначеної загазованості 2 години на добу.

Рішення:

1. Визначається (з використанням додатку 1) питома концентрація кожного із забруднювачів:

 

 

 

2. Визначається ступінь імовірності тривалості перебування жителя в забрудненій повітряній зоні:

 

(При рішенні - див. табл.3)

3. Визначається скорочення тривалості життя від впливу кожного із забруднювачів:

 

 

 

4. З врахуванням адитивності дії забруднювачів, загальне скорочення тривалості життя складе:

СТЖ∑ забр= СТЖ забр _NH3 + СТЖ забр _NО2 =97,2+0,083=97,283 доби

5. Визначається величина ризику скорочення тривалості життя

6. Визначається клас небезпеки речовини-забруднювача

З таблиці додатку1 знаходимо величину ГДКсд для зазначеної шкідливої величини

Аміак – ГДКсд = 0,2 мг/м³ за даним параметром входимо в таблицю 1. с.13, й визначаємо клас небезпеки шкідливої речовини. У нашому випадку ГДКсд=0,2 знаходиться в інтервалі 1,1 – 10,0 і відповідає 3-му класу безпеки(помірно небезпечна речовина).

7. Визначається клас умов професійної діяльності:

З додатку 3 таблиця 4 за величиною R_{СТЖ. забр}=2,66×10 ^-3 визначаємо Умови професійної діяльності належать до третьої категорії безпеки (Небезпечні)

ВИСНОВОК

1. Ризик скорочення тривалості життя з врахуванням дії забруднювачів більше величини прийнятого ризику

R _{СТЖ. забр} = 2,66×10 ^-3 > R _пр = 10 ^-6.

Хімічний завод на визначеному місці будувати неприпустимо.

2. За ступенем токсичності:

- аміак відноситься до помірно небезпечної речовини (Клас небезпечності -3);

- двоокис азоту відноситься до надзвичайно небезпечної речовини ГДК_СД=0,085 мг/м³ (Клас небезпечності – 1)

3. Категорія умов безпеки для працівників заводу - ІІІ. (Небезпечні умови)

 

 

Індивідуальне завдання.

Визначити СТЖ _∑забр і R _{СТЖ.забр} для варіантів, які представлені у табл.3, з використанням додатків. 1, 2 й 3.

Таблиця З