CC BY
3
S/<==S/Copr+SKcaH+2/C
токе >
где ZKi — суммарный ранговый коэффициент, характеризующий степень влияния сброса сточных вод данного предприятия на качество водного объекта в пункте ближайшего водопользования; S/Copr, 2/<саи, S/Стокс — суммарные ранговые коэффициенты, характеризующие степень влияния веществ, содержащихся в сточных водах, соответственно с органолептическим, общесанитарным и санитарно-токсикологическим показателями действия.
Разработанные методические подходы были проведены на примере трех промышленных предприятий, сбрасывающих сточные воды в водоем — источник централизованного водоснабжения. На основании полученных данных (табл. 3) были рассчитаны значения ранговых коэффициентов /Сорг, Ксаи и /Стоке, а также значения суммарных коэффициентов, характеризующих степень влияния сточных вод этих предприятий на качество воды реки в створе пункта ближайшего водопользования.
Для предприятия № 1 Корг, /(сап, /Стоке, S/C составили соответственно 32,93, 0,06, 6,82, 33,81, для предприятия № 2 — 39,16, 0,13, 7 и 46,29, для предприятия № 3— 18,91, 0,02, 21,59, 40,52.
Полученные данные позволяют с учетом гигиенических критериев обоснованно выделить как приоритетный источник загрязнения реки предприятие № 2, имеющее максимальное значение ПК— 46,29. Кроме того, на каждом изученном предприятии определены приоритетные загрязняющие вещества, по отношению к которым в первую очередь следует обеспечить реализацию планируемых водоохранных мероприятий. Так, для предприятий № 1 и 2 эти мероприятия должны привести к снижению (до уровня нормативных величин) загрязнения водного объекта сточ-
УДК 614.7:612.014.4
нымн водами, содержащими сульфаты, нефтепродукты, хлориды, железо, СПАВ. Для предприятия № 3 планируемые водоохранные мероприятия должны быть направлены на предотвращение загрязнения водного объекта сточными водами, содержащими амиио- и нитросоедине-ния, хлориды, нефтепродукты.
Предлагаемые методические подходы использованы при планировании и реализации воздухо-и водоохранных мероприятий региональной целевой комплексной программы по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.
Литература
1.
2.
3.
4.
Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. Одобрена пост. Госплана СССР, Госстроя СССР и Президиума АН СССР от 21 октября 1983 г.— № 254/28/134- — М., 1983.
Красовский К. Н. // Вопросы охраны окружающей среды.— Пермь, 1981. — С. 11 —14. Сидоренко Г. И. ЦТ иг. и сан.— 1986. Шицкова А. П. II Там же.— 1985.—
5.
№ 11.
С. 4-С. 4
7.
8.
Поступила 15.09.87
Summary. The study tackles methodological approaches enabling one to determine the enterprises which are the main sources of air and water pollution, to identify major polluting agents contained in dust and gas emissions along with wastewater and also' to substantiate priorities for air- and water-protective activities carried out according to regional programme-target environment protective planning. The proposed approaches have been tested in an industrially developed region and used while planning and implementing air- and water protective activities with regard to the regional comprehensive programme "Environment Protection and Adequate Utilization of Natural Resources of the Perm Region during the 12th Five-Year Period and up to the Year 2000".
М. Г. Шандала, М. Ю. Антомонов
ФОРМАЛИЗОВАННАЯ ОЦЕНКА ТИПОВ БИОПРОЦЕССОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
¿г .
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
В современной гигиене при оценке действия факторов окружающей среды большое значение имеет определение характера ответных реакций исследуемых систем организма, выяснение того, насколько происходящие изменения носят патологический характер или в какой мере они отражают функциональные приспособительные изменения. Данная проблема возникает при исследовании механизмов действия факторов, она важна и при разработке гигиенических нормативов [2, 9]. Кроме того, при все более прогрессирующем развитии сердств автоматизации экспериментов и обработки их результатов необходи-
мы максимальная конкретизация разнотипных ответных реакций, разработка формализованных критериев их различия, поддающихся машинному анализу [1, 3, 8].
Между тем используемые в настоящее время в гигиене определения даже только адаптационных и компенсаторных процессов не являются общепринятыми, оценка исследователями наступающих изменений достаточно субъективна, отсутствует четкая классификация разнообразных ответных реакций организма, возникающих при действии факторов окружающей среды [4, 5]. Определенную помощь в разработке такой клас-
сификации может оказать применение для описания биологических процессов математических методов структурно-функционального моделирования, использующих системный подход, приемы теории автоматического регулирования и дифференциальных уравнений, численные методы идентификации [6, 11].
Мы предлагаем систему формализованных критериев различных по тяжести ответных реакций биологических систем, основанную на анализе математических моделей экспериментально наблюдаемых процессов.
Для построения математической модели и использования системы критериев необходима регистрация показателей в нескольких временных срезах в период воздействия фактора и восстановительный период. При формировании формализованных (математических) критериев ответных реакций использовано традиционное для гигиены и патологической физиологии разграничение этих реакций на нормальные, адаптационные, компенсаторные, репаративные, регенераторные и патологические К
Естественно, что такое разграничение отражает качественное различие в механизмах возникновения ответных реакций, и отнесение реально наблюдаемого процесса к тому или иному виду требует от исследователя многостороннего анализа полученных данных и обязательного понимания сути происходящих процессов. Однако для построения формализованной системы критериев необходимо выделение основной специфики в динамике протекания реакций и четкое ее изложение в максимально сжатой форме. Поэтому в результате анализа соответствующей литературы были сформированы следующие описательные определения анализируемых процессов.
Под нормальным понимался процесс гомеоста-тических изменений, не выходящих за границы нормы для этого показателя в течение всего времени воздействия фактора и тем более в период последействия. Процесс относился к физиологической адаптации либо компенсации, если после некоторого достоверного изменения показателя происходил его возврат к норме в течение периода продолжающегося воздействия фактора. Предполагалось, что различие между реакциями адаптации и компенсации на таком функциональном уровне заключается в соответствии либо превышении энергетических затрат биосистемы на сопротивление воздействию внешнего фактора. При репаративном процессе, так же как и при регенераторном, считалось, что изменение, возникающее при воздействии фактора, нивелируется после прекращения его действия. При развитии необратимых повреждений
1 В данном случае под адаптационными реакциями мы понимаем процесс физиологической адаптации [10] в противовес понятию адаптации как синониму приспособительного процесса, часто используемому в гигиенической литературе.
изменения не исчезают и в период последействия, что свидетельствует о патологических сдвигах в организме.
Естественно, что указанные функциональные определения далеко не исчерпывают всего существа рассмотренных ответных реакций и различий между ними, однако, как нам представляется, они выделяют суть, которая достаточно легко может быть описана математически. Кроме того, очевидно, что определение типа реакции может относиться только к конкретной исследуемой системе организма. В целом же на данное воздействие фактора различные системы могут отзываться всем спектрам реакций, зависящих от иерархического уровня, специфичности для них этого воздействия и других условий.
При этом естественно предполагать определенную взаимосвязь между иерархическим уровнем организации биосистемы и сравнительной патологичностью ее реакций: чем выше уровень организации (регуляции) биосистемы, тем менее специфична и патологична ее реакция. Например, при воздействии некоторого фактора биосистемы клеточного уровня могут переходить в состояние патологии и даже гибели для осуществления регенерации (репарации) на уровне органов, в то время как на системном уровне это будет сопровождаться только адаптационно-компенсаторными изменениями, а для целостно- • го организма может не привести даже к выходу из нормального состояния.
Математическая модель динамики процесса строится не только с использованием математических принципов максимальной точности описания экспериментальных точек, но и с учетом структуры процесса, устанавливаемой с помощью системного подхода и априорных биологических предположений о механизме наблюдаемых явлений. В частности, предполагается, что структурно-функциональная модель ответной реакции биосистемы, осуществляющейся с активным участием регуляторных механизмов, должна состоять как минимум из трех блоков: первого — воспринимающего и биотрансформирую-щего внешнее воздействие, второго — выходного результирующего и третьего — осуществляющего регуляторные функции путем нейтрализации и компенсации изменений, происходящих на входном блоке [7].
Математическая модель, описывающая работу такой блок-схемы, представляет собой систему трех дифференциальных уравнений первого порядка. Решение этой системы при определенных допущениях о работе каждого блока может быть записана в следующем виде:
• ч ¿лЛ. - - у — ж
—/г2Г2( 1-е ")},
Графики динамики выходной функции биосистемы при воздействии фактора и в период последействия
(т1<г<т2).
По оси абсцисс — время; по оси ординат — выходная функция биосистемы; 1 — контроль («коридор нормы»); 2 — воздействие фактора, а — норма; 6 — адаптация; в — компенсация; г — репарация
(регенерация); д — патология относительно «коридора нормы». Примечание. Время и функция биоснстемы безразмерны, так как график применен для любых единиц измерения (с, ч, мин
н др.).
где У— выходная функция биосистемы; / — время регистрации показателя; Р — величина воздействующего фактора; Ти Т2 — параметры блоков структурно-функциональной модели.
График этой функции в период воздействия представляет собой горбообразную кривую с одним максимумом, часто встречающуюся в экспериментальных исследованиях. В случае наличия именно такой формы выходной функции динамики биосистемы различие между рассматриваемыми ответными реакциями графически может быть представлено, как на рисунке.
Для практического использования предлагаемых нами функциональных определений необходима разработка способа получения выходной функции биосистемы и понятия «коридор нормы». Одним из достаточно простых и эффективных для разработки таких понятий является статистический метод [12].
Под выходной функцией изменения состояния биосистемы при воздействии внешних факторов предлагается понимать величину статистического критерия, например критерия Стьюдента или соответствующих ему достоверностей, разницы между опытными и контрольными (фоновыми) значениями в каждой временной точке. Выбор критерия Стьюдента обусловлен, кроме его надежности, простоты вычисления и традиционности использования, еще и очевидностью смысла его формирования. По своей сути критерий Стьюдента представляет собой разницу в показателях, нормированную по ее ошибке, а следовательно, объективно отражает измене-
ния (например, между опытными и контрольными значениями) при действии фактора. Величина критерия безразмерна, она учитывает ошибку измеряемых показателей, что позволяет использовать его для сравнительного сопоставления разнородных показателей и их обобщения.
В таком случае под «коридором нормы» реакции в статистическом смысле можно понимать либо критические значения критерия, рассчитанные для каждой временной точки для выбранного уровня значимости (например, 95%) и данного числа степеней свободы, либо значение критерия для различий между фоном и контролем. Очевидно, что во втором случае значение границы «коридора нормы» будет изменяться во времени, отражая гомеостатические изменения данного показателя от других причин, помимо действия фактора.
Система разграничения ответных реакций при использовании в качестве выходной функции биосистемы критерия Стьюдента и анализа математической модели динамики биопроцесса примет следующий вид.
1. Норма. Максимальное значение функции динамики (Ушах) не выходит за границу «коридора нормы»:
2. Физиологическая адаптация. Максимальное значение функции выходит за границу нормы [Утах>ЛУ(/) при ¡<Т\]', но возвращается в «коридор» в период воздействия [У(^<Т1) <ДУ(£< <Т1)]. Энергетические затраты ресурсов биоси-стехмы при сопротивлении воздействию могут
быть оценены с помощью интеграла выходной
г
функции \ У№ Щ Поскольку при физиологиче-
о
ской адаптации по определению эти затраты не должны превышать предельно нормальные, вы-
ражаемые соответствующим интегралом |
о
кроме предыдущих критериев должно быть вве-
Тх \
дено дополнительное условие: | ку{1,)(И.
о о
3. Компенсация. Первые два критерия совпадают с адаптацией: Утах(^<Т1) >ДУ(¿СтО и У(^<т1)<ДУ(/<т1); третий критерий противо-
положен по знаку отношения:] У(0^> ] ДУ
о б
4. Репарация (регенерация). При этих процессах выходная функция возвращается в коридор нормы только в период последействия:
У(0</ст1)>ДУ(0^/ст1), У(т1<^т2)^ДУ(т1</<т2).
5. Необратимые повреждения. Динамика этого процесса характеризуется следующими условиями:
У(0с/<Т1)>ДУ(0</<-Т1),
У(т1</<т2)>ДУ(т1<^т2).
В случае несоблюдения хотя бы одного из условий вывод о принадлежности процесса к определенному типу будет недостоверным.
Очевидно, что для использования этой системы критериального оценивания не обязательно применение математической модели представленного вида. Достаточно построения любой математической модели и получения характерных точек и значений интегралов.
Таким образом, последовательность анализа экспериментальных данных и классификации процесса выглядит следующим образом:
— получение экспериментальных данных в динамике воздействия фактора и в период последействия;
— расчет критерия Стьюдента при сравнении опыта с контролем для всех точек эксперимента;
— построение по этим точкам математической модели динамики процесса;
— расчет математических критериев и определение типа ответной реакции.
Предлагаемая формализованная система критериального оценивания ответных реакций может быть использована для предварительного выяснения степени патологичности процесса, наблюдаемого при действии внешних факторов, выбора наиболее чувствительной системы, приблизительного выяснения механизмов реагирования. Эта оценка легко поддается алгоритмизации и может быть применена при машинной обработке больших массивов экспериментальных данных.
"ДК 614.777: [628.191:574.
Работами отечественных и зарубежных исследователей последнего десятилетия установлено, что развитие промышленных и агропромышленных комплексов увеличивает антропогенную нагрузку на водоемы, которая приводит к нарушению локальных экологических микросистем. В воде происходит уменьшение содержания индикаторных микробов, изменение их биологических и культуральных свойств на фоне количественного преобладания потенциально патогенных, а иногда и патогенных микробов по мере увеличения их количества в сточных водах промышленных производств [1—3, 5—7, 12, 22, 32].
Количественные и качественные видоизменения биоценоза воды в условиях интенсивного использования водоемов для хозяйственных нужд
Литература
1. Александров В. Д., Шнейдеров В. С. Обработка медико-биологических данных на ЭВМ. — Л., 1984.
2. Гигиена окружающей среды / Под ред. Г. И. Сидоренко. — М., 1985.
3. Жуковский В. Д. Автоматизированная обработка данных клинических функциональных исследований. — М.,
1981.
4. Казначеев В. П. Современные аспекты адаптации. — Новосибирск, 1980.
5. Меерсон Ф. 3. Адаптация, стресс и профилактика. — М., 1981.
6. Методы математической биологии /Алеев Л. С., Амосов H. М., Антомонов М. Ю. и др. — Киев, 1983.— Кн. 7.
7. Олешкевич Л. А., Антомонов М. 10., Сидоренко Ж. Г., Дахнюк С. Д. //Гиг. и сан.— 1986. —№ 6. — С. 26—29.
8. Попечителев Е. П., Романов С. В. Анализ числовых таблиц в биотехнических системах обработки экспериментальных данных. — Л., 1985.
9. Принципы и методы оценки токсичности химических веществ. Ч. 1. Гигиенические критерии состояния окружающей среды.—М., 1981.
10. Саноцкий И. В. // Научные основы современных методов гигиенического нормирования химических веществ в окружающей среде. — М., 1971. — С. 5—11.
11. Шандала М. Г., Антомонов М. Ю. // Проблемы оценки функциональных возможностей человека и прогнозирование здоровья. — М., 1985. — С. 455.
12. Шандала М. Г., Антомонов М. Ю. // Там же. — № 7.— С. 26—28.
Поступила 30.07.87
Summary. A system of formalized criteria is proposed for various biosystem responses experimentally observed under the exposure to noxious environmental factors, i. е., norms, physiologic adaptation, compensation, reparation (regeneration) and pathologic processes. The classification is based upon the qualitative difference of basic characteristics of mathematical patterns specifying the dynamics of the above reactions. The system is valid for a provisional rapid test of biosystem response registered during a prolonged biohygienic experiment and can be used for computer processing of experimental research data.
являются проявлением биологического варианта основного закона диалектики — постепенного перехода количественных изменений в коренные качественные.
Еще в первоначальном определении биоценозов было указано, что биоценоз — это объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды; объединение, в котором организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах. «Если бы одно из условий отклонилось на некоторое время от обычной средней величины, изменился бы весь биоценоз. Биоценоз также бы претерпел изменение, если бы число особей данного вида увели-
632/.635
л
Л. А. Виноградова
МИКРОФЛОРА ВОДЫ В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДОЕМАХ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмаиа
