К ВОПРОСУ О НОРМИРОВАНИИ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ И РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Дискуссия

к вопросу о нормировании токсичных веществ и радиационного воздействия

Г.М. Аветисов, Г.П. Простакишин

ФГБУ «Всероссийский центр медицины и катастроф «Защита» Минздрав России», 123182, г Москва

УДК 615.9

Рассмотрены различия в механизмах действия на организм токсичных и радиотоксичных веществ и в подходах к их нормированию. Главное различие заключается в том, что центральным принципом гигиенического нормирования химических веществ является принцип пороговости, т.е. определение минимального количества вещества, при попадании которого в организм при определенном пути воздействия не выявляются какие-либо признаки его неблагоприятного воздействия. Радиотоксикологи же нормируют радиационное воздействие по беспороговым эффектам. Выявленные различия, возможно, связаны также с лимитирующим (определяющим) показателем вредности, используемым при установлении предельно допустимых концентраций химических веществ. Показано, что риск от предела дозы радиационного воздействия укладывается в рекомендуемые ВОЗ приемлемые риски, тогда как риски от установленных предельно допустимых концентраций для некоторых нерадиоактивных химических веществ превышают их.

Ключевые слова: принцип пороговости, принцип беспороговости, нормирование, радиотоксичность, токсичность.

Что общего в механизмах действия токсичных и радиотоксичных веществ и в чем они различаются? Общим является то, что их действие происходит в организме. При этом организм не различает радиоактивные и нерадиоактивные изотопы химических элементов и взаимодействует с ними при осуществлении метаболических процессов.

Пусковыми механизмами действия токсичных веществ является их взаимодействие на молекулярном уровне со структурами-мишенями организма, и эти процессы развиваются только после того, как вещество проникло в жидкости и клетки организма.

Пусковые механизмы действия радиотоксических веществ связаны с тем, что ионизирующее излучение, возникающее в результате распада радионуклидов, ионизирует атомы и молекулы, превращая их из нейтральных в реакционно-опасные продукты. Результатом является нарушение нормальной деятельности субклеточных и клеточных структур, приводящее либо к гибели клетки, либо к возникнове-

нию в ее генетическом аппарате передаваемых при последующем делении патологических изменений. Эти процессы развиваются независимо от того, оказался ли радионуклид в жидкой среде организма или в любой другой.

При рассмотрении нормирования токсических и радиотоксических веществ выявляются существенные различия.

Основной нормируемой величиной в токсикологии является установление предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ. ПДК - это максимальная концентрация вредного вещества, которая за определенное время воздействия не влияет на здоровье человека и его потомство, а также на компоненты экосистемы и природное сообщество в целом. ПДК разработаны для воздуха, воды, почвы. Для безопасной работы с вредными веществами установлены ПДК для рабочей зоны, которые при ежедневной работе в течение всего рабочего периода не могут вызвать заболевания в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Аветисов Григорий Михайлович (Avetisov Grygoriy Mikhailovich), доктор биологических наук, профессор, ФГБУ «Всероссийский центр медицины и катастроф «Защита» Минздравсоцразвития России», г. Москва, [email protected]

Простакишин Геннадий Петрович (Prostakishin Gennadij Petrovich), доктор биологических наук, профессор, ФГБУ «Всероссийский центр медицины и катастроф «Защита» Минздравсоцразвития России», [email protected]

При нормировании факторов радиационной природы для категорий облучаемых лиц (персонал, население) устанавливаются два класса нормативов, гарантирующих радиационную безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколения людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения: основные пределы доз (ПД) и допустимые уровни воздействия для каждого радионуклида, с учетом ингаляционного или перорального пути его поступления, являющиеся производными от основных пределов доз (пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и другие).

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, устанавливаемые в токсикологии, и допустимые среднегодовые объемные и удельные активности, принятые в радиотоксикологии, близкие понятия. Например, ПДК токсичного вещества для воздуха представляет собой максимально допустимую концентрацию вещества в мг на 1м3 воздуха, тогда как ДОА в радиотоксикологии устанавливает допустимую среднегодовую активность (или содержание радионуклидов) в беккерелях в 1м3 воздуха.

Предел годового поступления (радионуклида в организм) устанавливается как максимально допустимый уровень поступления данного радионуклида в организм в течение года, который приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему основному пределу годовой дозы.

Понятно, что и токсикологи и радиотоксикологи устанавливают нормируемые величины путем соответствующих научных, в том числе экспериментальных исследований. Однако основные дозовые пределы радиационного воздействия, в отличие от ПДК нерадиоактивных вредных веществ, закреплены федеральным законом № З-ФЗ от 09.01.1996 г.: для населения средняя годовая эффективная доза устанавливается равной 0,001 зиверта; для работников (персонала) средняя годовая эффективная доза устанавливается равной 0,02 зиверта [1].

Именно такие основные дозовые пределы установлены затем в действующих нормах радиационной безопасности [2].

Представляет интерес сопоставить предельно допустимые концентрации (ПДК) нерадиоактивных и радиоактивных химических элементов в воздухе рабочей зоны (табл. 1) [3].

В таблице представлены сведения для стабильных химических элементов и их радиоактивных изотопов: стабильный бериллий-9 и его радиоактивный изотоп - бериллий-7; ста-

бильный бром-80 и его радиоактивный изотоп - бром-82 и т.д. В третьей графе представлены предельно допустимые концентрации для нерадиоактивных элементов и их радиоактивных изотопов в одинаковых величинах - миллиграммах на 1м3. Сопоставление показывает, что радиоактивные изотопы гораздо токсичнее своих стабильных аналогов. Так ПДК для стабильного бериллия-9 составляет >10"3, а для его радиоактивного изотопа бериллия-7 примерно 0,12^10-7. Т.е. радиоактивный бериллий примерно в 10 тысяч раз токсичнее стабильного бериллия. Такое же сравнение показывает, что радиоактивный кобальт-60 примерно в 100 тысяч раз токсичнее стабильного кобальта-59, а радиоактивный мышьяк-76 в 10 миллионов раз токсичнее стабильного мышька-75.

Большая токсичность выявляется для радиоактивных изотопов по сравнению с их стабильными аналогами и по смертельным дозам при приеме внутрь (табл. 2).

Из таблицы видно, что самым опасным из представленных стабильных химических элементов является стрихнин - смертельная доза - 30 мг. В то же время доза радиационного воздействия, приводящая к развитию острой лучевой болезни с летальным исходом, формируется от попадания в организм 0,6 мг цезия-137. Вес полония-210, при попадании которого лучевое поражение может привести к летальному исходу, составляет примерно 0,07 мкг.

Обратимся теперь к принципам и подходам при нормировании радиоактивных (радиотоксикология) и нерадиоактивных (токсикология) химических элементов (веществ). Цель этого нормирования одна - не допустить вредного воздействия радиоактивных и нерадиоактивных веществ на здоровье человека и его потомство, а также на компоненты экосистемы и природное сообщество в целом. Гигиеническое нормирование всей совокупности факторов окружающей среды способствует обеспечению адекватных взаимоотношений между средой и организмом человека, способствует обеспечению здоровой среды обитания. Однако принципы и подходы к нормированию различаются.

При установлении ПДК вредных стабильных химических веществ соблюдаются определенные принципы гигиенического нормирования: принцип этапности и принцип пороговости.

Этапность в нормировании состоит в том, что работа по нормированию проводится в четыре этапа.

На первом этапе исследуются физико-химических свойства (структура химического вещества, температура плавления, точка кипения, растворимость в воде, других растворителях).

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации (ПДК) нерадиоактивных (ГН 2.2.5.686-98) и радиоактивных (НРБ-99/09, СанПиН 2.6.1.2523-09) химических элементов в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества ПДК (Бк/м3) ПДК (мг/м3) Примечание

Бериллий-9 стабильный 1х 10-3 1 Аллерген, канцероген

Бериллий-7 радиоактивный 1,5х 105 0,12х 10-7

Бром-80 стабильный 5х 10-1 2 Остронаправленный

Бром-82 радиоактивный 1,3х 104 3х 10-10

Железо-56 стабильный 10 4 Фиброген

Железо-59 радиоактивный 2,3х 103 2х 10-9

Кобальт-59 стабильный 1х 10-3 1 Аллерген

Кобальт-60 радиоактивный 2,8х 102 7х 10-9

Медь-63,5 стабильный 5х 10-1 2

Медь-64 радиоактивный 6,7х 104 5х 10-10

Мышьяк-75 стабильный 4х 10-2 1

Мышьяк-76 радиоактивный 1,1х 104 2х 10-10

Никель-59 стабильный 5х 10-2 1 Аллерген, канцероген

Никель-65 радиоактивный 2,2х 104 3х 10-11

Ниобий-93 стабильный 10 4 Фиброген

Ниобий-95 радиоактивный 5х 103 3,5 х 10-9

Свинец-207 стабильный 5х 10-3 1

Свинец-210 радиоактивный 9 3х 10-9

Вторым этапом при установлении ПДК является токсикометрия, позволяющая определить основные параметры острой токсичности (острая токсикометрия или острые опыты).

Третий этап - подострый эксперимент.

Четвертый - хронический санитарно-токси-кологический эксперимент для выявления порогового уровня воздействия нормируемого фактора.

Принцип пороговости является централь-

ным принципом гигиенического нормирования химических веществ и заключается в определении минимального количества вещества, при попадании которого в организм при определенном пути воздействия не выявляются какие-либо признаки его неблагоприятного воздействия.

В хроническом эксперименте определяется наименьшая концентрация (доза) вещества, вызывающая сдвиги в организме лабораторно-

Таблица 2

Смертельные дозы некоторых химических веществ для человека при приеме внутрь

Вещество Смертельная доза

Группа морфина 0,1-0,2 г

Йод 2-3 г

Мышьяк и его соединения 0,06-0,2 г

Хлорид бария 0,8-0,9 г

Сулема 0,5 г

Серная кислота 5 мл

Соляная кислота 10-15 мл

Цианистый калий 0,15-0,25 г

Стрихнин 0,03 г

го животного. Затем, используя коэффициент запаса, устанавливают предельно-допустимую концентрацию. Величина коэффициента запаса зависит от абсолютной токсичности вещества, выраженности кумулятивных свойств, летучести вещества (коэффициента вероятности ингаляционного отравления), зоны острого действия, различий в видовой чувствительности, выраженности кожно-резорбтивного действия, специфических эффектов действия вещества на организм.

Таким образом, нормирование токсичности нерадиационных химических веществ базируется на принципе их порогового действия. И это принципиально, так как радиотоксикологи нормируют по таким эффектам радиационного воздействия, которые являются беспороговыми.

Прежде чем рассмотреть подходы к нормированию радиационного фактора обратимся к основным принципам радиационной безопасности, выработанным мировым научным сообществом, возглавляемым Международной комиссией по радиологической защите [4]. Официальная позиция России в области радиационной защиты строится на рекомендациях этой Международной комиссии. Многолетний опыт показал, что выполнение этих принципов обеспечивает радиационную безопасность лиц, работающих с источниками ионизирующих излучений, населения и окружающей природной среды. Соблюдение этих принципов не допускает использование источников излучения, при которых полученная для человека и

общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного облучением; предусматривает поддержание на возможно низком и достижимом уровне индивидуальных и коллективных доз облучения; требует не превышать установленные Федеральными законами РФ и действующими нормами радиационной безопасности индивидуальные пределы доз.

Радиобиологические эффекты, вызываемые воздействием ионизирующего излучения, подразделяются на детерминированные (эффекты, для которых существует дозовый порог, выше которого тяжесть эффекта возрастает с увеличением дозы - острая лучевая болезнь, местное лучевое поражение и др.) и стохастические (эффекты, для которых постулируется отсутствие дозового порога и принимается, что вероятность их возникновения линейно пропорциональна величине воздействующей дозы (рак, наследственная патология).

Детерминированные эффекты хорошо изучены. Установлены и пороги доз, ниже которых организм справляется с нанесенными повреждениями и не допускает развития эффекта. Самый низкий порог при облучении эмбриона. Дозы порядка 0,1 - 0,2 Гр на эмбрион могут вызвать дефекты развития и привести к врожденной патологии у новорожденного. При облучении человека в дозе меньше 0,1 Гр детерминированные эффекты не развиваются.

Нормирование облучения основывается на принципе установления уровней доз, ниже которых исключается возникновение детерминированных (пороговых) эффектов и

1x10 ?Т

-5

1x10 4-

1x10 Ч

1x10

Верхняя граница допустимого риска (ВОЗ). Соответственно ему уста-навливаются гиги-енические нормативы для населения

мышьяк хр&м

1,3- 1,2- гексахлоран

бутадиен дихлорэтан

Рис. 1. Канцерогенные риски смерти от годовой допустимой дозы облучения (1 мЗв/год) и канцерогенные риски смерти некоторых химических и радиоактивных веществ на уровне ПДК в воздухе населенных мест

достигается максимально возможное (с учетом социальных и экономических факторов) уменьшение отдаленных стохастических последствий (рак, наследственная патология).

Таким образом, в отличие от токсикологов, радиотоксикологи при нормировании радиационного фактора базируются на принципе беспороговости, а в качестве лимитирующего (определяющего) показателя вредности используют стохастические радиобиологические эффекты - злокачественные новообразования и наследственную патологию.

Установленные в Федеральном Законе № З-ФЗ основные пределы доз находятся в соответствие с социально приемлемыми рисками. В действующих нормах радиационной безопасности устанавливается, что усредненная величина вероятности смертельного исхода от конкретного злокачественного заболевания после облучения соответствующего органа или (при равномерном облучении) всего тела в дозе 1 Зв, используемая для установления пределов доз персонала и населения, принимается равной 0,05 Зв -1. Установленный в нормах предел дозы для лиц из населения, равный 1 мЗв, соот-

ветствует риску для населения от техногенных источников радиации равным 5 ■ 10-5, а предел дозы для персонала - 20 мЗв, соответственно, 10-З - что является социально приемлемым риском для населения и профессионалов.

Рассмотрим, как влияют различия в подходах к нормированию радиоактивных и стабильных химических элементов на установленные при этом допустимые уровни вредных веществ. На рисунке 1 приведены индивидуальные канцерогенные риски смерти от годовой допустимой дозы облучения населения (1 мЗв/год) и канцерогенные риски смерти некоторых химических веществ на уровне ПДК в воздухе населенных мест [5]. Горизонтальная сплошная линия показывает, что установленный дозовый предел для населения от воздействия любого радиационного фактора соответствует риску 5 ■ 10-5. Пунктирная линия показывает верхнюю границу установленного Всемирной организацией здравоохранения допустимого риска, в соответствие с которым устанавливаются гигиенические нормативы для населения. Видно, что соблюдение ПДК для приведенных химических элементов и ве-

ществ приводит к существенно более высокому риску, чем соблюдение норматива для радиационных факторов. И, если риск от предела дозы радиационного воздействия укладывается в рекомендуемые ВОЗ приемлемые риски, то риски от установленных ПДК для нерадиоактивных веществ превышают их. Из этого следует, что подходы к нормированию радиационного фактора более приемлемы. Хотелось бы предложить специалистам, занимающимся установлением ПДК нерадиоактивных химических веществ, провести дополнительный анализ действующих ПДК с учетом «социально неприемлемого» риска возникновения, прежде всего, онкологических последствий при соблюдении ПДК. Для этого необходимо тщательно проанализировать эпидемиологические данные по онкозаболеваемости на производствах, связанных с воздействием вредных химических веществ.

Выявленные различия, возможно, связаны с лимитирующим (определяющим) показателем вредности, используемым при установлении ПДК химических веществ. Лимитирующий (определяющий) показатель вредности характеризует направленность биологического действия вещества: рефлекторное и резорбтив-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» № З-ФЗ

от 09.01.1996 г.

2. Нормы радиационной безопасности. НРБ-99/2009 СанПиН 2.6.1.2523-09.

3. ГН 2.2.5.686-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных

веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы.

REFERENCES:

1. Federal Law «On Public Radiation Safety» of January 9, 1996.

2. Radiation Safety Standards NRB 99/2009 San PiN .6.1.2523-09.

3. HN 2.2.5.686-98 Maximum Permissible Concentration of Harmful Substances in the Working

Zone Air. Hygienic normative.

ное. Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей - ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т.п. Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, го-надотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания. Лимитирующим показателем вредности при установлении ПДК химических веществ мышьяка и хрома принималось их резорбтивное действие; при определении ПДК 1,3-бутадиена и 1,2-дихлорэтана - их резорбтивное и рефлекторное действие; при определении ПДК гексахлорана - рефлекторное действие. Возможно, использование в качестве лимитирующего показателя рефлекторного действия привело к установлению ПДК, соблюдение которых соответствует риску смертельных канцерогенных последствий, превышаемому рекомендованные ВОЗ. Во всяком случае, вопрос о большей обоснованности порогового или беспорогового принципа нормирования канцерогенных химических веществ остается открытым.

4. Радиационная защита: Рекомендации МКРЗ: Публикация 26: Пер. с англ. / Под ред. А. В. Моисеева. М., 1978.

5. А.М. Агапов, Г.А. Новиков, Р.В. Арутюнян, Е.М. Мелихова. О внедрении «ядерного страха» в РФ, Журнал «Атомная стратегия» № 12, июль 2004 г, стр. 76.

4.Radiation Protection: Recommendations of ICRP, Publication 26 (Translation from English under the editorship of A.V.Moiseev, Moscow, 1978)

5. A.M. Agapov, GA. Novikov, R.V. Arutyunyan, E.M. Melikhova. On Implantation of «nuclear scare» in the Russian Federation. «Atomic Strategy» magazine No 12, 2004, p. 76

G. M. Avetisov, G.P. Prostakishin About the issue of Setting of Hygienic Norms for Toxic Substances and Radiation Exposure

Federal State Budgetary «Institution All-Russian Centre for Disaster Medicine «Zaschita»» of Ministry of Health, 123182, Moscow, Russion Federation

The differences in effects on the organism of toxic and radiotoxic substances as well as in the approaches to their norms setting are discussed. The main difference lies in the fact that the central principle of hygienic norms setting for chemical substances is the liminality principle, that is defining the minimum amount of substance intaken in various ways when no signs of its harmful effect are present. Radiotoxicologists define norms for radiation exposure according to nonthreshold effects. The differences found are probably connected with a limiting (determinant) attribute of harm used in determining maximum permissible concentration of chemicals. It is pointed out that the risk from the maximum dose of some radiation exposure is within the acceptable ranges risks recommended by WHO, while the risks of a maximum concentration of some nonradioactive substances exceed them. Key words: liminality principle, nonthreshold principle, norms setting, radiotoxicity, toxicity.

Материал поступил в редакцию 18.05.2012 г