CC BY
9
Тематический номер по материалам пленума Научного совета по экологии человека
и гигиене окружающей среды "Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования биологических факторов в гигиене окружающей среды посвященного 65-летию Российской академии медицинских наук и 130-летию со дня рождения академика АМН А. Н. Сысина
Проблемные статьи
О Ю. А. РАХМАНИН, 2010 УДК 614. 7:001. 8
10. А. Рахманин
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ, ОЦЕНКИ И РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ГИГИЕНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Статья посвящена научно-методическим проблемам изучения, оценки и регламентирования биологических факторов в различных объектах окружающей среды. В статье освещены основные направления и результаты фундаментальных и прикладных исследований изучения влияния биологических загрязнений (бактериальное, вирусное, паразитологическое, грибковое) окружающей среды на состояние здоровья населения. Рассмотрены методологические аспекты регламентирования нормативных показателей (прямые санитарно-индикатор-ные) биологических загрязнений для различных сред (вода, воздух, почва, жилища), а также научно-методические вопросы профилактической деятельности для обеспечения эпидемической безопасности человека.
Ключевые слова: биологическое загрязнение, объекты окружающей среды, регламентирование биологических факторов, биобезопасность, санитарно-гигиенический мониторинг, биологическое загрязнение, методы и средства обеззараживания объектов окружающей среды
Yu. A. Rakhmanin. - SCIENTIFIC-AND-METHODIC BASES OF THE STUDY, ASSESSMENT, AND REGULATION OF BIOLOGICAL FACTORS IN ENVIRONMENTAL HYGIENE
The paper deals with the scientific-and-methodic problems in the study, assessment, and regulation of biological factors in various environmental objects. It describes the main lines and results of basic and applied studies of the impact of biological (bacterial, viral, parasitic, and fungal) environmental contaminations on the population's health. The methodological aspects in the regulation of biological contamination standards (direct sanitary indicators) for various environments (water, air, soil, habitats) and the scientific-and-methodic issues of prophylactic actions are considered to assure human epidemic safety.
Key words: biological contamination, environmental objects, regulation of biological factors, biosafety, sanitary and hygienic monitoring, biological contamination, methods and means of environmental object disinfection
Биобезопасность человека, являясь одним из важнейших факторов, определяющих состояние здоровья населения, представляет одно из основных направлений фундаментальных и прикладных исследований, непосредственно связанных с решением основополагающих проблем экологии человека и гигиены окружающей среды.
Человек как часть живых систем нашей планеты находится в постоянном контакте с различными биологическими организмами, многие из которых (например, микробная биота кишечника, слизистых и кожных покровов) не только совместимы с его жизнедеятельностью, но и являются необходимыми ее элементами. В связи с этим важными гигиеническими задачами являются не только регламентирование и профилактика возможного воздействия вредных (патогенных) биологических факторов, но и подцер-
Рахманин Ю. А. — д-р мед. наук, проф., акад. РАМН, дир. ин-та (sysin@comcor. ru).
жание оптимальных условий симбиоза человека с полезной микрофлорой, физиологически необходимой для его полноценной жизнедеятельности, что в наиболее существенной мере относится к личной гигиене и гигиене питания, а также изучение закономерностей и разумное использование конкурентных взаимоотношений этих групп микроорганизмов.
Основные разделы научно-практических исследований значения биологических факторов в формировании здоровья населения включают:
— выявление и нормирование величин бактериального, вирусного, фибкового и паразитарного загрязнения различных объектов среды обитания человека;
— разработку и модернизацию эффективных методов индикации и количественной оценки уровня и характера биологического заражения человека и загрязнения различных объектов окружающей среды (прежде всего воды, продуктов питания, воздуха, почвы, жилища);
Схема 1
Микробиологические и паразитологические показатели объектов окружающей среды
ОМЧ - общее микробное число; ОКБ - общие колиформные бактерии; ТКБ - толерантные колиформные бактерии; БГКП - бактерии группы кишечной палочки
— научное обоснование эффективных и рациональных методов предотвращения биологического загрязнения среды обитания человека, средств и технологических решений по дезинфекции объектов окружающей среды, методов повышения резистентности организма (уменьшение уязвимости) человека к патогенным воздействиям, с одной стороны, и методов усиления способности природной среды к самоочищению — с другой;
— анализ экологически обусловленных рисков инфекционной и паразитарной заболеваемости населения, определение возможных здравоохранен-ческих, социальных и экономических ущербов от воздействия вредных биологических факторов с целью принятия рациональных и эффективных управленческих решений.
Научно-методической основой регламентирования загрязнений окружающей среды биологическими агентами служит установление прямых или санитар-но-индикаторных показателей их эпидемической безопасности для человека. Результирующей частью этого направления исследований является разработка нормативных и регламентирующих документов различного уровня: федеральных законов, технических
регламентов, санитарных правил и нормативов (схема 1). Особое значение и ценность для профилактической медицины в этом разделе исследований имеет научное обоснование косвенных, предупредительных, индикаторных показателей возможного загрязнения объектов окружающей среды патогенными биологическими агентами. Примером такой методологии является научное обоснование специалистами лаборатории микробиологии и паразитологии института наиболее надежных показателей опасности фекального загрязнения воды: бактериального — коли-бактерий, сбраживающих глюкозу (табл. 1, схема 2), вирусного — коли-фагов.
Санитарно-индикаторное значение последних определяется соответствием их основным критериально-значимым характеристикам: они непатогенны и безопасны для человека, имеют единый с эн-теровирусами источник поступления в окружающую среду, по своим морфологическим, физико-химическим свойствам, размерам, строению, устойчивости к факторам окружающей среды и де-зинфектантам наиболее близки энтеровирусам, обнаруживаются во всех объектах, где встречаются энтеровирусы, не размножаются в окружающей
Таблица 1
Сравнительная характеристика колиформкых показателей
Показатели Глкжозоположительные колн-формные бактерии Общие колиформиые бактерии (ОКБ) Термотолерантные колиформиые бактерии (ТКБ) E.COÜ
Признаки идентификации
Роды семейства Entero-bacteriaceae
Характер показателя
Менее широкий, менее жесткий, интегральный, нестабильный
Глюкоза — кислота и газ 37"С
Escherichia
Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter
Rahnella, Buttiauxella Gafnia, Morganella, Edwardsieila, Providencia, Serratia, Proteus, Salmonella Широкий, гигиенически надежный (жесткий), интегральный, стабильный, обеспечивающий эпидемическую безопасность в отношении патогенных и услов-но-патогенных бактерий
среде, их концентрация в объектах окружающей среды превышает содержание энтеровирусов, методы их выделения просты и экспрессны по сравнению с выделением энтеровирусов; показана их определенная эпидемиологическая значимость.
Составной частью научного обоснования нормативных показателей биологических загрязнений является разработка методов их определения, включающих не только идентификацию, но также правила отбора проб для анализа и их количественные показатели, объемы, способы концентрирования, элюации, высева на те или иные питательные среды, определение жизнеспособности, вирулентности, серологических характеристик и др. При этом предпочтение отдается более точным, простым и ускоренным методам исследования. Один из таких методов, разработанный специалистами института, представлен в табл. 2. Новым направле-
Сравнительная оценка эпидемической надежности
Лактоза — кислота и газ 37*С
Escherichia
Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter Rahnella, Buttiauxella
Декларирование воды стандартного качества
Лактоза — кислота и газ 44'С Escherichia Klebsiella
Лактоза — кислота и газ 44'С, образование индола Escherichia
Узкий, нестабильный
Самый узкий, не жесткий, стабильный
Схема 2
нием диагностики и идентификации различных видов биологического загрязнения объектов окружающей среды и загрязнения биосред человека является широкое использование анализа с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР).
В области нормирования биологических загрязнений в воздушной среде важным результатом ми-кобиологических исследований лаборатории гигиены жилых и общественных зданий института явилось выявление причинных факторов возникновения и распространения грибкового поражения жилых и общественных зданий (табл. 3) и научное обоснование гигиенического норматива допустимого содержания спор грибов в воздухе помещений (1500 ед/м3), тесно коррелирующего с возможностью развития аллергопатологии у населения при более высоком микологическом обсеменении (см. рисунок).
Результаты санитарно-ги-гиенического мониторинга биологического загрязнения различных объектов окружающей среды свидетельствуют о серьезном неблагополучии в стране с точки зрения обеспечения биобезопасносги населения. Так, например, анализ качества питьевой воды показал ее несоответствие по микробиологическим показателям в различных регионах страны за 2004—2007 гг. в среднем в 4,6— 9,7% исследованных проб, при этом, только начиная с 2007 г., из централизованных систем водоснабжения перестали высеваться возбудители инфекционных заболеваний, которые обнаруживались в предшествующий период в 0,01—0,46% исследованных проб, что является недопустимым. В связи с этим по официальной статистике число водно-обусловленных вспышек по Российской Федерации за 2000-2007 гг.
Сравнительная характеристика методов определения колиформных бактерий в воде Таблица 2
Метод ИСО 9308-1:2000 Метод МУК 4.2.1018-01 Разработанный ускоренный метод
День посева пробы посев метолом мембранной фильтрации
инкубация 18- -24 ч при температуре 37"С на лактозной селективной среде
Через 24 ч
Через 48 ч Через 72 ч
Выборочный пересев колоний на не- Выборочная проверка колоний на окси-селективный агар дазный тест
Инкубация 18—24 ч при температуре Микроскопия после окраски по Граму 37"С Определение способности газообразо-
вания на лактозной среде при температуре 37'С, 24-48 ч
Определение оксидазной активности Предварительный учет газообразования — Окончательный учет газообразования
Длительный (2—3 сут), некорректная Длительный (2—3 сут), не учитывает из-дифференциация колоний менчивость биохимических свойств
Недостоверные результаты из-за субъективной выборки колоний
Оксидазный тест одновременно всех колоний на мембранном фильтре Окончательный ответ через 18—24 ч
Ускоренный (18—24 ч), учитывает изменчивость бактерий, четкая дифференциация колоний Точный метод без субъективной оценки
ежегодно колебалось в пределах 52—168, в том числе за счет централизованного водоснабжения в пределах 32—112. При этом, согласно американским данным, 50% водных вспышек остаются не-диагностиро ванными.
Что касается санитарно-паразитологической характеристики, то, по данным Института медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского, полученным в 1988—1997 гг. при обследовании водопроводов 12 населенных мест, включая Москву и Санкт-Петербург, выделение цист простейших из питьевой воды находилось на уровне 5—15 цист кишечных простейших (цист лямблий, ооцист криптоспоридий) в 50 л воды, что превышало их допустимые нормативные показатели, и в целом отмечалось более чем в 10% исследованных проб воды.
Загрязнение почвы биологическими агентами также находится на недопустимо высоком уровне: доля проб почвы, не отвечающих необходимым гигиеническим требованиям, составляет в среднем 17% по микробиологическим и 20% по гельминтологическим показателям, что в значительной мере отражается на высокой паразитарной пораженно-сти населения страны (число инвазированных паразитами больных превышает 20 млн человек). Отмечено также, что с увеличением химической нагрузки на почву примерно на порядок возрастает число положительных находок энтерококков и сальмонелл.
Помимо грибкового заражения внутрижилищ-ной среды, определенное значение имеют также микробное загрязнение, обусловливающее снижение иммунитета и возникновение инфекционных заболеваний, и пылевое загрязнение, ассоциирую-
щееся с клещевыми поражениями (около 40 видов пылевых, бельевых клещей) и возможным развитием аллергической патологии у населения.
Для анализа микрофлоры, включая микологическую обсемененность слизистых оболочек носа и рта, в лабораториях цитогистологии и генетического мониторинга института разработана неинвазив-ная методика структурно-функционального исследования их цитологического и цитогенетического статуса у населения, в том числе с целью донозо-логической диагностики иммунорезистентности организма.
Важным разделом научно-методических исследований, имеющих большое прагматическое значение, является научное обоснование эффективных и рациональных методов и средств обезвреживания объектов окружающей среды от биологических загрязнений. К ним относятся как технологии по очистке и обеззараживанию средовых факторов, так и разработка новых дезинфицирующих средств и условий их практического и безопасного для населения применения. Помимо нашедших широкое практическое применение химических средств и соответствующих технологий обеззараживания, в последние годы значительно вырос интерес к исследованиям различных физических, в том числе так называемых энергоинформационных, методов воздействия на биологические загрязнения и самоочищающую способность природной среды, а также комбинированных физико-химических воздействий.
Например, при традиционных технологиях во-дообработки (коагуляция, отстаивание, фильтрование, обеззараживание хлором) для ряда поверхностных водоисточников не достигается необходи-
Таблица 3
Причинные факторы возникновения и распространения грибкового поражения жилых зданий
Причина
Частота встречаемости, %
Уровень загрязнения воздуха, КОЕ/м1 (М ± т)
Поражения стеновых конструкций, КО Е/г (М ± т)
Нарушение герметичности швов и промерзание стен 50,6
Залив (затопление квартир) 20,5
Нарушение технологии отделочных работ при ремонте 19,9
Нарушение гидроизоляции крыши и фундамента 9
7730 ± 67 3670 ± 370 2380 ± 140 2560 ± 200
958 640 ± 3870 9 017 15170 206 580 ±24120 67 300 ± 9380
500
1000 ' 1500 ' 2000
более 3000
Содержание жизнеспособных спор грибов в 1 м3 воздуха
I Обострение аллергических реакций ШгЯ Ремиссия
Взаимосвязь между обсемененностью воздуха помещений и аллергической заболеваемостью.
мый эффект обеззараживания питьевой воды от вирусов и ооцист криптоспоридий, в то же время технологии озоно-сорбционной, обратноосмоти-ческой, лазерной, комбинированной ультрафиолетово-окислительной обработки позволяют получать более значимый обеззараживающий эффект по всем группам биологических агентов (вирусы, бактерии, паразиты, грибы). Заслуживают внимания также существенные бактерицидные эффекты энергоинформационных (волновых) технологий воздействия на качество обрабатываемой воды. Например, при использовании технологии Грандера (Австрия) выживаемость патогенных бактерий (сальмонелл) в водной среде уменьшалась в 5—8 раз, а условно-патогенных (Е. coli, клебсиеллы) — в 1,5—3 раза.
В профилактической деятельности, направленной на обеспечение необходимого санитарного состояния различных объектов окружающей среды, важнейшим условием принятия рациональных управленческих решений является разработка методологических основ оценки и анализа риска биологических загрязнений. Например, показано, что, несмотря на значительное количество химических загрязнений питьевой воды побочными продуктами ее обеззараживания, риск смерти от известных патогенных микроорганизмов, содержащихся в неочищенной воде, в 100—1000 раз выше риска развития рака от воздействия химических веществ, образующихся при хлорировании воды.
В связи с этим специалистами института разрабатывается проект методических указаний по оценке биологических рисков. Вместе с тем мето-
дология оценки и анализа риска биологических загрязнений объектов окружающей среды нуждается в дальнейшем серьезном научном обосновании. При этом важно учитывать не только инфицирующую концентрацию того или иного патогенного биологического агента, но и его вирулентные свойства, персистенцию, возможность реактивации, восприимчивость к его действию конкретной человеческой популяции, характер действия сопутствующих факторов, в том числе социальных, экономических и др.
Серьезнейшим самостоятельным разделом профилактической медицины являются разработка современных вакцинных препаратов (с учетом меняющихся характеристик патогенных биологических агентов) и массовые плановые прививочные кампании, направленные, помимо прочего, на уменьшение биологического загрязнения различных объектов окружающей среды и зараженности населения возбудителями инфекционных заболеваний.
Растущая интенсивность биологического загрязнения различных объектов окружающей среды в существенной мере влияет на распространенность инфекционных и паразитарных заболеваний, а также является непосредственной причиной повышенной смертности населения, огромных трудовых потерь и экономического ущерба. Например, по данным ВОЗ, трудовые потери (в млн человеко-лет) от малярии ежегодно в среднем находятся на уровне 31, от кишечных нематод — 5, от инфекций верхних дыхательных путей — 1,3, от трахомы — 1, от лихорадки денге — 0,8, японского энцефалита — 0,7, в том числе от купания и плавания в загрязненной воде — 0,4; экономический ущерб составляет ежегодно в среднем соответственно 124, 20, 5,2, 4, 3, 3 и 1,6 млрд долл. США.
Учитывая неблагоприятное состояние многих объектов окружающей среды в Российской Федерации по уровню биологического загрязнения, постоянное нарастание прессинга, связанного с проблемами биобезопасности и санитарно-эпидемиологического благополучия населения, указанные вопросы и направления научных исследований остаются актуальными и требуют скоординированных совместных действий научного сообщества гигиенистов, микробиологов, эпидемиологов и практических органов Роспотребнадзора для их своевременного решения.
Поступила IS.02.I0
