CC BY
4
УДК 614.7:632.95
И. А. Лихтарев, |А. П. Ушакова^, А. А. Моисеев
К ОЦЕНКЕ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ДОЗЫ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЕРОЯТНОСТИ ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Ленинградский научно-исследовательский институт радиационной гигиены Министерства здравоохранения РСФСР, Ленинград; кафедра радиационной гигиены Центрального института усовершенствования врачей Министерства здравоохранения СССР, Москва
В настоящее время в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями растений и животных широко используются различные ядохимикаты (пестициды). Эти вещества, общее число которых достигает 200, могут поступать в организм с продуктами питания, питьевой водой и воздухом, накапливаться в различных органах и тканях и при поступлении в достаточно высоких количествах вызывать у человека острые или хронические заболевания ряда внутренних органов, а также центральной нервной системы (А. И. Штенберг; Ы. Т. Атабаев). Отдаленные последствия широкого применения пестицидов изучены недостаточно, однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что некоторые из них могут вызывать канцерогенный, тератогенный и генетический эффект (А. А. Динерман и Н. А. Рождественская).
Как показали исследования, из общего количества пестицидов, попадающих в организм человека, более 90% поступает с продуктами питания, остальные—с питьевой водой и атмосферным воздухом. Вследствие этого большое научно-практическое значение для прогнозирования степени опасности для человека имеют не только изучение остаточного содержания пестицидов в продуктах питания и поступления их в организм человека, но и определение закономерностей миграции пестицидов по экологическим цепочкам, а также выявление факторов, оказывающих влияние на их накопление в отдельных звеньях этих цепочек и скорость их миграции во внешней среде. Эти сведения позволяют квалифицированно оценить степень возможной опасности для населения применяемых пестицидов, прогнозировать развитие химических методов защиты продовольственных и технических культур в нашей стране и целенаправленно разрабатывать соответствующие профилактические мероприятия, направленные на ограничение поступления пестицидов в организм человека.
В данной работе сделана попытка создать математическую модель, характеризующую миграцию пестицидов во внешней среде и накопление их в организме человека и пригодную для оценки уровней накопления в теле человека, прогнозирования возможных соматико-стохастических и генетических эффектов, которые обусловлены широким применением пестицидов в сельском хозяйстве.
Следует отметить, что при решении этой задачи возникают определенные трудности, главные из которых состоят в следующем. Реальная частота проявления отдаленных последствий находится в пределах колебаний обычного, «естественного» выхода такого рода эффектов, вызываемых комплексом природных и социальных факторов (порядка Ю-4—10-в). Среднее время появления или ожидания этих эффектов сопоставимо (канцерогенез) или превышает (генетические последствия) среднюю продолжительность жизни человека. Общий уровень воздействия пестицидов на население зависит от суммарного количества производимого пестицида, масштабов его применения в сельском хозяйстве, скорости миграции по различным экологическим цепочкам. В настоящее время, по-видимому, имеется не очень много данных, которые можно было бы использовать для построения моделей динамики поступления пестицидов во внешнюю среду и организм человека, а также динамики очищения этих объектов от ядохимиката.
Поскольку число лиц, профессионально контактирующих с пестицидами, составляет ничтожную часть населения, которое получает пестициды преимущественно с рационом, профессиональный сектор не вносит существенного вклада в общий популяционный выход возможных отдаленных последствий. В связи с этим в качестве показателя потенциальной опасности использования пестицидов в сельском .хозяйстве должна быть выбрана не индивидуальная кумулятивная остаточная доза пестицида в органах и тканях отдельного человека, а некоторая другая величина, которая учитывала бы также интегральное время контакта популяции с этим пестицидом, изменение возрастной структуры населения и некоторых констант обмена веществ в течение этого периода. Эту величину мы назовем «попу-ляционной кумулятивной дозой пестицида»1 или сокращенно ПКД — Dn.
Если сейчас или со временем удастся построить зависимость выход отдаленных последствий от ПКД, то этим самым проблема оценки риска, связанного с массовым применением пестицида, сведется к сравнению числа ожидаемых соматических, тератогенных и генетических последствий с их «естественным» (фоновым) уровнем или с влиянием других канцерогенных или мутагенных факторов (например, радиоактивных веществ) на увеличение этого показателя. Пока что, по-видимому, следует разработать процедуру вычисления самой популяционной дозы, рассматривая ее при этом как меру относительного риска. Конечно, такой подход далеко небезупречен, однако следует иметь в виду, что проблема слишком сложна и для начала может оказаться более полезным любое сколько-нибудь приемлемое решение, чем его отсутствие. Аналогичная проблема возникла и в области радиационной гигиены, где оценка вероятности отдаленных последствий, связанных с широким использованием (например, в рентгенодиагностике) ионизирующих излучений, относится к весьма актуальным. Научный комитет ООН по действию атомной радиации предложил как раз такой путь решения, который предполагает оценивать относительную вероятность в единицах популяционной дозы.
Хотя в коммунальной гигиене и токсикологии пестицидов нет такого фактора для относительного сравнения, каким является естественный радиационный фон в радиационной гигиене, общие идеи, лежащие в основе аппарата вычисления популяционной дозы ионизирующих излучений (А. П. Ушакова и соавт.; Ushakova и соавт.; Lindel 1), нам кажутся весьма полезными и для гигиенической оценки степени опасности применения пестицидов в широких масштабах.
Определение ПКД. Пусть у каждого t-ro индивидуума из популяции численностью N (t) в момент времени t содержится в критическом органе /-ый пестицид в концентрации qi} (t). Тогда кумулятивная доза Di} в этом органе данного пестицида будет
Di] (0 = J qii^)dx. # (1)
— оо
Если каждому /-ому пестициду приписать некоторый фактор г}, учитывающий вероятность выхода отдаленных последствий, так что суммарный выход получится путем сложения соответствующих кумулятивных доз, то
t
Oi(0 = 2r> J ™<T>dT- (2> _ /
1 Понятие кумулятивной дозы достаточно подробно рассмотрено в работах А. П. Ушаковой и соавт.; Ushakova и соавт. Напомним, что если содержание пестицида в (организме) изменяется по закону S (т), то кумулятивная доза за время t определится ив выражения:
t'
D(t)= fs(T)dT.
Проводя усреднение по всему объему популяции N (t) всех мгновенных индивидуальных концентраций /-го пестицида, получим выражение для популяционной дозы
А ww
J ' ;(х) . (з>
— оо
В подынтегральное выражение формулы (3) входит текущий объем популяции N (т). Указанная величина — функция возрастной структуры населения, которая, естественно, со временем меняется. Поэтому принципиально верное определение Dn (t), данное в (3), не может быть использовано применительно к конкретным ситуациям, пока вместо N «I в формулу для Dn(t) не войдет выражение, определяющее возрастную структуру и динамику рождения — умирания в явном виде.
Пусть в составе популяции в момент времени t имеется N (t, 0) лиц, родившихся в 0-ом году. Тогда «коэффициент доживания» до момента t сверстников 0-го рождения / (/, 0) будет
/(f, 6) = N(t, 9)/tf(9, в), (4)
где N (0, 0) — общее число лиц, родившихся в 0-ом году. Аналогично,
если в t-ом году родилось N (t, f) человек, то для этого года коэффициент рождаемости v (t) определяется в виде
v(9)- N(t, tyN(t), (5)
а для 0-го года рождения
v(9) =yV(6, Q)/N(Q). (5а)
Таким образом, в популяции объема N (t) всегда будет присутствовать число N (t, 0) сверстников 0-го года рождения, такое, что
N(t, Q) = N(Q)f(t, 9)v(9).» (6)
Средняя текущая концентрация пестицида у всех этих сверстников q (t, 0), следовательно,
6>= N(1, 9) 9)- (7)
I £
Можно получить выражение для величины общей популяционной дозы, накопленной населением за все время (—оо, оо) существования во внешней среде и в организме человека всех / пестицидов.
п . ч 7 Г у(т, 9)-./У (9)-/(т, 9) у(9)
Dn(оо)= J J -дГф-dxdQ. (8)
— оо — оо
Подынтегральная функция в формуле (8) теперь уже содержит множители, определяющие возрастную структуру населения.
Рассмотрим подробнее величину средней возрастной концентрации пестицида у лиц 0-го года рождения. Для этого, кроме возрастных особенностей, введем ряд факторов, характеризующих миграцию пестицида во внешней среде и организме человека.
Перенос пестицидов во внешней среде. Допустим, что объем годового промышленного производства /-го пестицида 1} определяется функцией времени. {
9 при — оо<<< ¡1 (0 = /;(0> 0 при /,<<<*2 (9)
О при <г< << оо,
где —момент начала промышленного производства; ¿2—момент прекращения его выпуска либо в силу более жестких санитарно-гигиениче-
ских требований, либо в результате замены его новым более совершенным и менее токсическим пестицидом.
Спустя некоторое время /, необходимое для массового внедрения пестицида в сельское хозяйство, включая среднюю продолжительность хранения готовой продукции на складах предприятия (изготовителя или потребителя), он начинает поступать во внешнюю среду обитания человека, загрязняя почву, растительность и продукты питания растительного и животного происхождения.
Если принять, что в обычных условиях хранения пестицида его биологическая активность (способность оказывать токсическое действие) утрачивается наполовину за время Ту„ то общее количество эффективно действующего пестицида, поступающего во внешнюю среду ежегодно, составит ^
0.693 1
I]*(t) = /jV-l)e Тг,г . (10)
Это количество распределится таким образом, что часть его (р) осядет и будет накапливаться в почве, а 1 — р сформирует поверхностное загрязнение растительности данным пестицидом.
Если константу скорости очищения почвы от биологически активного пестицида обозначить через Хп, то при /=const количество его, накопленное и сохранившееся в почвенном слое, будет
0.693 ; <
lju {t) = pe тЧг J I] (i)-F (t — x)dx, (11)
-CO
где /•(/) = e~Xn'.
В том частном случае (или ограниченном интервале времени), когда const, справедливо приближение
0.693 t
'}*«) = Tl'' (l_e-V), . (12)
из которого видно, что при очень высокой стойкости пестицида (Хп->0) накопление его в почве практически прямо пропорционально времени
0.693 t
IjuV) = fjpe Г,/« •t. (13)
Если же очищение почвы от пестицида происходит быстро, то за время 3 + 5 _
* ^ ^ устанавливается равновесный уровень /]п, величина которого
обратно пропорциональна константе Хп:
0.693
I]a = Ijpe Тх>• • (14)
Л п
Загрязнение рациона человека. Если рацион взрослого индивидуума состоит из п компонент, причем степень загрязнения t-ro продукта определяется почвенной составляющей /Cin и поверхностным (воздушным) загрязнением Ktb, то общее загрязнение рациона /-ым пестицидом М} в момент времени t составит , ,
* \ 0.693 { t
Kinhije ТЧ, j Ij(x)F(t — x)dx +
-CO
0 .693
h(t)e T4, , (15)
где hi — вклад t-го продукта в средний рацйон человека. 84
Поскольку структуры детского и взрослого питания существенно различаются, можно определить содержание пестицида в рационе человека возраста £/=/—0, как
М]У, в) (0-К(/, в), (16)
где К (/, в) — функция, нормирующая поступление пестицида индивидуума возраста 0 к среднему взрослому рациону людей, проживающих в данном районе.
Пестицид в организме человека. Величина КПД. Из общего суточного поступления пестицида М (() в организм человека возраста £/=/—0 будет поступать и удерживаться в критическом органе его некоторая часть зависящая, во-первых, от возрастных особенностей всасывания, распределения и выведения и, во-вторых, от длительности контакта т с этим пестицидом. Если «возраст» контакта обозначить через (У1=т—0, то, очевидно, II (/, т, 0)=Я (Ц, и,).
Обозначив массу критического органа (организма) т (/, 0), концентрацию в этом органе пестицида можно определить следующим образом:
| М(т)К(т, в) 11(1, т. 9) (1т
Ч«>»)--ЩйТ)----<17>
Сравнивая теперь выражения (17) с (7) и (8), нетрудно получить выражение для оценки ПКД за все время существования ¡-то пестицида 1 во внешней среде.
' Г Г М(Т)Я«, 9, т) К (т, 9) N (9) / (т, 9) у (9) £>„.<оо)= ] 3 Л' (т) т (т, 9) <18>
-со —оо
Уравнение (18) справедливо для наиболее общего случая, когда динамика развития популяции имеет произвольный вид. Наиболее часто встречается ситуация, когда она стабильна, т. е. темп прироста населения постоянен. При этом
у(0 =
"оо 1 — 1
I , (19)
где р — константа скорости годового прироста населения, а С/=(—0 — возраст.
Если здоровье населения не претерпевает существенных изменений в определенном выше интервале времени то средняя продолжи-
тельность жизни, режим питания, объем и структура среднего рациона зависят прежде всего от возраста и вполне приемлемыми являются допущения
/(/.9 ) = /«/) т 6) = т(и) «(/, т, 9) = Я(£/, I/,) (20)
К а, 9) = К (.и).
Используя (19) и (20), а также очевидное для стабильной популяции равенство
N (t)=N , (21)
получаем окончательнсе выражение для ПКД:
1 Индекс / здесь и далее мы опускаем.
оо
оо оо
О п(оо) =
| К (С>) Я (V, их)\тф)\-х1№¥и
о и,
М (т) ¿х-«---
. (22)
] е~Ъц ¡(1)) -¿и
б
Вводя обозначения
оо
С(оо)— М(1)(1х
(23)
-ОО
оо оо
оо
Ашш е-*иК(и)-Я(и, и,)\т ({/)]-»/ ((^Л/Л/,^ | е~*и / (У) <Ш, (24) получаем простое выражение для оценки ПКД
В соотношении (25) А — некоторый популяционный коэффициент, который учитывает, как видно из (24), характер рождаемости и вымирания членов популяции в зависимости от возраста С/, возрастную структуру питания (К) и особенности возрастного обмена, выделения и распада пестицида в результате процессов окисления, гидролиза, ферментативного разложения и других факторов Я, а также возрастные изменения в массе органов и тканей тела человека т.
С (оо) — интегральное поступление имеет смысл общего количества пестицида, которое прошло за все время пребывания его в сфере обитания человека через его суточные рационы. Если содержание пестицида в рационе измеряется в миллиграммах, а единицей времени выбран год, то интегральное поступление С (оо) должно выражаться в миллиграммах в год. Поскольку функция /? (0, I! 1) имеет размерность [/~Ч, а остальные подинтегральные функции в уравнении (24) безразмерны, то двойное интегрирование по времени в числителе и однократное в знаменателе выражения (24) приведет к тому, что коэффициент А окажется безразмерным. В таком случае ПКД по своей размерности будет совпадать с обычной кумулятивной дозой и, следовательно, измеряться в миллиграммах в год.
Возможность получения численных оценок ПКД. Если вид и параметры входящих в выражения (23) и (24) функций известны, то процедура численного интегрирования произведения этих функций достаточно проста. Вопрос как раз и состоит в том, располагают ли гигиенисты и экологи, изучающие возможные последствия применения пестицидов и его миграции во внешней среде, достаточным материалом для получения зависимостей М ((), 7? (¿У, иг) и некоторыми общедемографическими и физиологическими данными, необходимыми для получения функций К (£/), т (II), / (II). Обсудим этот вопрос применительно к каждой функции.
Функция М (I). Возможны два способа ее определения. Первый — анализ динамики содержания остаточных количеств ядохимиката непосредственно в рационе или его компонентах с последующим пересчетом полученных данных с учетом структуры питания населения. Такими данными, например, располагают промышленно-санитарные лаборатории и некоторые научно-исследовательские институты нашей страны. Второй — изучение характера загрязнения почв пестицидами, динамики очищения от них почв, а также определение остаточного количества пестицида в продуктах питания и питьевой воде. Этим открывается возможность использовать формулу (15), когда, разумеется, будет установлен вид функции / (/). В радиационной гигиене и радиоэкологии, в частности, широко применяются оба подхода. Следует отметить, что в отношении такого пестицида, как ДДТ, уже сейчас имеется достаточно информации, которую мож-
Оп(оо)— АС(оо).
(25)
но, как нам кажется, использовать для построения функции М (t) и прогноза интегрированного поступления С (оо).
Функция R (U, Ut). Она характеризует метаболические свойства пестицида, его выведение из критического органа и организма в целом, а также темп биологической дезактивации. Авторам неизвестна степень изученности этого вопроса, тем более в возрастном аспекте.
Функции К (U) и т (U). Первая из этих величин — возрастная характеристика рациона. Данный вопрос хорошо разработан специалистами по гигиене питания, следовательно, нет проблемы построения нормированной функции К (U). Зависимость веса тела и отдельных органов от возраста также хорошо известна. Необходимые вычисления К (U) и т (U) приведены в нашей работе (А. П. Ушакова и соавт.).
Демографические функции f(U) и е_рс/. В этой области имеется достаточно данных, а пример их использования в радиоэкологии и радиационной гигиене для целей, аналогичных тем, которые поставлены в настоящей работе, приведен в работе А. П. Ушаковой.
Таким образом, оценка ПКД, по нашему глубокому убеждению, может и должна быть дана применительно к условиям СССР и его крупных сельскохозяйственных районов. Трудности, которые при этом неизбежно встретятся в связи с недостатком данных, вполне могут быть разрешены прежде всего усилиями специалистов, работающих в области экологии, коммунальной гигиены и токсикологии пестицидов.
ЛИТЕРАТУРА. Атабаев Ш. Т. Пестициты и гигиена внешней среды в условиях жаркого климата. Ташкент, 1972. — Динерман А. А., Рождественская H.A. — «Гкг. и сан.», 1974, № 2, с. 22—26. —Лихтарев И. А., Ш а -м о в В. П. — В кн.: Гигиена применения, токсикология пестицидов и клиника отравлении. Киев, 1968, с. 831. — Ушакова А. П., Лихтарев И. А., Моисеев А. А. — «Гиг. и сан.», 1970, № 7, с. 54—59. —UshakovaA. Р. et а. (Ушакова А. П. и др.) — «Hlth Phys.», 1970, v. 19, р. 136. — ШтенбергА. И. (ред.) Остаточное содержание пестицидов в продуктах питания. М., 1973. — L i n d е 1 1 В. — Ibid., 1960, v. 2, р. 341—365.
Поступила 10/1II 1976 г.
Из практики
УДК 614.71-036.8
А. П. Галушко, Н. Ь. Гринь, В. И. Соловьев, 3. Я. Рудчук, ЦВ. Ю. Мирошниченко
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА В РАЙОНЕ ДЕЙСТВИЯ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ДОНЕЦКА
Донецкие городская и областная санэпидстанции, Донецкий медицинский институт
В Донецке проводится значительная работа по оздоровлению атмосферного воздуха, однако лабораторный контроль эффективности выполняемых мероприятий затруднен вследствие наличия большого количества источников загрязнения, имеющих неспецифические выбросы. На 1 км2 территории города приходится около 10 интенсивных источников выбросов и более 500 домовых топок. Город пересечен многочисленными автомобильными и железнодорожными магистралями с интенсивным движением внутригородского и транзитного транспорта. Донецк подвержен значительному влиянию выбросов Авдеевского коксохимического завода — современного гиганта черной металлургии — и промышленных предприятий Макеевки. По функциональному признаку городская территория практически
