CC BY
2
Содержание загрязняющих веществ в снеге и атмосферном воздухе, хроническая суточная доза (ССД„) веществ, поступающих в организм человека при вдыхании
Вещество ССДП, мг/кг/сут Содержание загрязняющих веществ
в снеге, мг/л в воздухе по расчету, мг/м' в воздухе по маршрутным наблюдениям, мг/м1
Кадмий 1,46- 10-" 0.33 ± 0.07 0.00047 ± 0,00006 0,00043 ± 0,00002
Кобальт 3,78 • 10"* 0,86 ±0.11 0,00122 ± 0,00023 0,00007 ± 0,00001
Никель 4,62 • Ю-4 1,05 ± 0.09 0.00149 ± 0,00008 0,0019 ± 0,00032
Свиней 8,15- I0"4 1,85 ± 0,14 0,00263 ± 0,00012 0,00084 ± 0,00006
Хром 13,05- Ю-4 2.96 ± 0,65 0.00421 ± 0,00055 0,0038 ± 0,00027
сравнимы с концентрациями данных веществ, полученных при маршрутных наблюдениях, но, на наш взгляд, более достоверно отражали реальные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Таким образом, представилось возможным установить средние концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе за зимний период по результатам химических исследований снегового покрова. Данный методический подход позволил оценить и сравнить уровень аэрогенной нагрузки на организм человека и рассчитать риск для здоровья населения при воздействии широкого спектра химических веществ при отсутствии их контроля в атмосферном воздухе.
Данный метод экономически выгоден, адекватен существующей системе наблюдения за качеством атмосферного воздуха, достаточно достоверен в оценке со-
держания металлов и металлосоединений в воздушной
среде селитебных зон за зимний период.
Литература
1. Безель В. С., Большаков В. И., Воробейник £ Л. По-пуляционная экотоксикология. — М., 1994.
2. Боев В. М. // Гиг. и сан. - 1994. - № 8. - С. 40-42.
3. Боев В. М. // Там же. - 1998. - № 6. - С. 3-8.
4. Боев В. М., Куксанов В. Ф., Быстрых В В Химические канцерогены среды обитания и злокачественные новообразования. — М., 2002.
5. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. - М., 1991.
6. МсКопе Т. Е., Daniels J. I. // Regul. Toxicol. Pharmacol. - 1991. - Vol. 13, N 1. - P. 36-61.
Поступила 02.10.02
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2003 УДК 613.5:725.51-078
Е. В. Воробейников, Г. М. Курцер, О. П. Мисников, А. Ж. Василенко
ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВОЗДУХА В ГОСПИТАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
ГНЦ НИИ особо чистых биопрепаратов, Санкт-Петербург; НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера, Санкт-Петербург
В настоящее время большинство госпитальных помещений в России не имеют систем приточно-вытяжной фильтровентиляции воздуха. Поэтому такие помещения можно рассматривать как практически невентилируемые закрытые пространства, что способствует распространению возбудителей внутрибольничных инфекций. В этих условиях для оценки микробиологического состояния воздуха идеальным методическим подходом считается мониторинг физико-биологических параметров аэрозоля в реальном времени. Однако ни один из известных биологических принципов обнаружения микроорганизмов в воздухе пока не позволил создать прибор, который бы в масштабе реального времени регистрировал количественные и качественные характеристики микробного аэрозоля [1,5, 6].
Оптимизация микробиологического контроля воздуха возможна за счет увеличения информативности оценки параметров аэрозоля и их адекватной интерпретации. Это может быть достигнуто, например, путем определения доз микробных тел и вероятности их попадания в организм человека при известных концентрациях аэрозоля.
Пути увеличения информативности результатов микробиологического контроля воздуха. Одним из путей решения этой задачи является получение информации о значениях концентрации микробного аэрозоля (Q в различных точках исследуемого пространства с помощью методов, основанных на выделении дисперсной фазы аэрозоля или без ее выделения. Общая модель процесса измерения величины С при условии С = С(х, у, z, I), С * const может быть представлена следующими выражениями:
для методов с выделением дисперсной фазы аэрозоля —
С(х,у, z, /) = Щх, у, г, !)К, (1)
для методов без выделения дисперсной фазы аэрозоля —
С(х, у, г, !) = Ы(х, у, г, 1)К„ (2)
где х, у, 1,1— пространственно-временные координаты; N — неизвестное количество микробных тел, находящихся в объеме воздушной среды; К — коэффициент, связанный с техническими параметрами используемого прибора, характеризующий режим проведения пробоот-бора; К, — коэффициент, имеющий зависимость от времени пробоотбора, характеристик прибора и вида физического поля, используемого для измерения неизвестного количества микроорганизмов (частиц).
Дальнейшие оценки параметра С на основе выражений (1) или (2) предполагают получение значений концентраций аэрозоля в пространственно-временных координатах. Однако на пути получения таких данных существует ряд ограничений, которые не позволяют решить задачу с достаточной точностью.
Так, методы, основанные на выделении дисперсной фазы аэрозоля и связанные с искусственной импакцией частиц, имеют высокую погрешность измерений параметра С порядка 50% [4]. Поэтому с помощью таких средств пробоотбора измерять с высокой точностью концентрацию микробного аэрозоля в объеме воздушного пространства невозможно. В данном случае необходимо использование математических моделей, описывающих распределение частиц в пространстве и механизмов статистической обработки результатов измерений, которые
Распределение полей концентрации аэрозоля в объеме помещения (Пильвинис Р. П., 1992).
По осям абсцисс и ординат — расстояние (Б), м; цифры на линии равного уровня — концентрации аэрозольных частиц.
могут увеличить качество и адекватность оценок концентраций микробного аэрозоля.
Применение методов контроля воздуха, не связанных с выделением дисперсной фазы аэрозоля, требует разработки дополнительных аналитических процедур, позволяющих с высокой точностью и достоверностью оценивать характеристики аэрозоля в пространственно-временных координатах.
Примером такого подхода является методика определения пространственного распределения полей концентрации аэрозоля в объеме воздушной среды [3]. При этом зоны измерений выбираются по переменной координатной сетке (х, у, z) с шагом, определяемым корреляционными свойствами аэрозоля, в различных сечениях пространства помещения. Далее концентрация аэрозольных частиц в произвольной точке пространства экстраполируется на основе математического расчета, что позволяет получить картину пространственного распределения аэрозоля. На рисунке показан пример распределения полей концентрации аэрозоля в объеме помещения, свидетельствующий о неравномерном распределении параметра С в естественных условиях. Эта методика позволяет визуализировать процесс распределения частиц аэрозоля в объеме помещения на основе реального времени, гак как результаты измерений могут быть получены непосредственно в момент проведения исследований и подвергнуты аналитической (компьютерной) обработке.
Применительно к аэрозолям микробного происхождения аналогичная технология контроля может базироваться на использовании масс-спектрометрического метода. Об этом свидетельствуют работы, в которых описывается применение данного метода для анализа микробного аэрозоля |7|. Этот метод обеспечивает введение аэрозольных частиц, содержащих микроорганизмы, в источник ионов масс-спектрометра с последующим их пиролизом, спектральным измерением, дифференциров-кой и количественной оценкой в масштабе реального времени.
Применение такого подхода для оценки микробной загрязненности воздуха госпитальных помещений является доступной для реализации процедурой, но не оправданной с экономической точки зрения. В данных усло-
виях для решения эпидемиологических задач наиболее актуальным представляется оценка концентраций микробного аэрозоля с позиции количества микробных тел и вероятности их попадания в организм человека. При этом определение количества попадающих в организм человека микроорганизмов, т. е. их дозы, во многом зависит от достоверности оценки параметра Си его флюк-туаций.
С целью повышения точности оценки параметра С наряду с методами измерений, которые основаны на выделении дисперсной фазы аэрозоля, в работе (7] представлены примеры разработки прогностических регрессионных моделей для определения концентраций бактериального аэрозоля в госпитальных помещениях. Полученные модели были использованы для описания значений параметра Сдля двух групп микроорганизмов — Micrococcus species (С,) и Staphylococcus species (С2). Необходимо учитывать, что для описания параметра С в условиях госпитальных помещений практически существует два подхода: первый базируется на применении методов, связанных с искусственной импакцией частиц микробного аэрозоля на питательные среды, второй — на применении прогностической оценки параметра С на основе вероятностно-статистических моделей
Ошибки этих методов находятся в различных спектральных областях. Так, при использовании искусственной импакции 50% ошибок в оценках связаны с погрешностями в измерениях, т. е. эти ошибки связаны с высокочастотным спектром, который обеспечивает высокие флюктуации параметра С. Прогностические оценки на основе математических моделей более устойчивы, но являются очень усредненными. Это означает, что при совместном использовании указанных подходов точность и информативность оценки параметра С может быть увеличена, так как комплексное применение методов оценок с ошибками, находящимися в различных спектральных областях, является эффективной аналитической процедурой. Поэтому в данных условиях механизм ком-плексирования сводится к применению методов измерений параметра С, основанных на выделении дисперсной фазы аэрозоля, и прогнозированию результатов на основе вероятностно-статистических моделей с последующим усреднением, анализом флюктуаций и т. д.
Определение средних значений концентрации аэрозоля на основе указанного подхода позволяет в определенной степени детализировать оценку микробиологического состояния воздуха в госпитальных помещениях. Однако дальнейший анализ должен базироваться на оценке аспирационных доз микроорганизмов при известных концентрациях микробного аэрозоля.
Так, для оценки аспирационных доз микробных тел (Z)), проникающих вдыхательный тракт, очень важен вопрос описания динамики параметра С за временной интервал At. Как правило, параметр С имеет связь с характеристиками интенсивности источника или системы источников аэрозоля. Оценка интенсивности источника аэрозоля также определяется в виде параметра С в пространственно-временных координатах (х, у, z, I)- Тогда для последующих расчетов величины D можно ввести выражение
п
D(x,y,z,t)= J С (х, у, z, 0 VKdt, (3)
л
где D(x, у, z, I) — величина аспирационной дозы микробных тел в координатах (х, у, z) за время At, С(х, у, z, 0 — концентрация микроорганизмов, определяемая в пространственно-временных координатах; At(At = — /,) — время экспозиции; V— объем легочной вентиляции восприимчивого организма; К — коэффициент задержки микроорганизмов в дыхательном тракте.
Выражение (3) показывает, что при оценке аспирационных доз микробных аэрозолей и потенциальных возможностей аэрогенного инфицирования реципиентов.
находящихся в помещении, необходимо учитывать пространственное распределение параметра С в координатах (х, у, г).
С физической точки зрения для госпитальных помещений более приемлема оценка параметра С с позиции вероятностно-статистического подхода, которая определяется допустимостью принятия соответствующего закона распределения частиц в пространстве. Следует полагать, что при случайных характеристиках интенсивности источников аэрозоля и действия ряда других факторов, влияющих на значения параметра С, вероятность нахождения частиц в какой-то области зависит только от объема этой области, но не зависит от ее формы и положения в пространстве. Тогда количество частиц, попадающих в не перекрывающиеся области, является независимой случайной величиной. В этом случае распределение частиц аэрозоля, попадающих в некоторую область пространства, можно описать по закону Пуассона [2], что адекватно рассматриваемым условиям и решаемой задаче.
Применение пространственного распределения Пуассона позволяет получить вероятностную оценку (Р) распределения некоторого количества микробных тел (п), попадающих в объем пространства (И), при известных средних концентрациях микробного аэрозоля (С). Такую оценку можно представить в виде
1\п,У)=^е-СУ,п = 0,1,2..., (4)
где Р{п V) — вероятность нахождения числа п частиц микробного аэрозоля в некотором объеме ^пространства исследуемой среды; С — средняя концентрация частиц микробного аэрозоля; п — количество прогнозируемых частиц микробного аэрозоля, попадающих в объем V пространства среды при известной средней концентрации микробного аэрозоля.
Для обоснованного введения в выражение (4) значений параметра С целесообразно использовать вероятностно-статистические модели. С помощью этих моделей априори определяют диапазоны значений параметра С, что позволяет их использовать для выполнения вероятностной оценки величины й.
Такой подход описывает процесс случайного попадания числа частиц в некоторый объем среды V\ который можно рассматривать как отдельный дыхательный цикл реципиента, состоящий из одного вдоха, паузы и выдоха. Это означает, что оценка получаемой дозы Д становится вероятностной, так как на основе средних значений параметра Си пространственного распределения частиц по закону Пуассона можно оценить вероятности попадания в дыхательный тракт различного количества частиц (микробных тел). Далее процесс дыхания представляется в виде последовательно повторяющихся отдельных дыхательных циклов, который можно оценить при помощи математического аппарата теории повторяющихся опытов или испытаний [2]. Это позволит построить соответствующие временные зависимости аспирационной дозы (через количество микробных тел, частиц) при одном дыхательном цикле, двух, трех циклах и т. д.
Практически предлагаемый вариант оценки величины й переводит задачу в вероятностно-статистическую плоскость, что адекватно реальной ситуации, так как в естественных условиях процесс проникновения микробных тел в дыхательный тракт человека и его инфицирование представляют взаимодействие двух случайных величин — накопленной дозы микроорганизмов и резистентности макроорганизма (специфической или неспецифической). Кроме того, применение математической теории повторяющихся опытов позволяет создать алгоритм вычисления и оценки аспирационных доз микроорганизмов как случайных величин, в виде вероятност-
но-статистической модели. Это увеличивает информативность результатов контроля, так как в госпитальных помещениях степень загрязненности воздуха микроорганизмами можно будет рассматривать с позиции оценки аспирационных доз микробных тел, которые получают больные и обслуживающий персонал, при известных средних концентрациях аэрозоля за временной интервал At.
С методической точки зрения задача внедрения микробиологического мониторинга воздуха в госпитальных помещениях является сложной технологической проблемой. Традиционные микробиологические методы и приборы контроля воздуха невозможно использовать для мониторинга в реальном масштабе времени. Периодические измерения концентрации микробного аэрозоля являются малоинформативными, так как базируются на принципе много—мало, что не позволяет адекватно использовать результаты контроля применительно к решению эпидемиологических проблем в данных условиях. Для информативной оценки концентраций микробного аэрозоля на основе реального времени возможно применение методов контроля без выделения дисперсной фазы аэрозоля, но с экономической точки зрения их использование в госпитальных условиях представляется дорогостоящей технологической процедурой.
Таким образом, в госпитальных помещениях в качестве возможного варианта оптимизации микробиологического контроля воздуха и интерпретации его результатов, связанных с дальнейшими оценками механизма аэрозольного распространения микроорганизмов и их потенциальной биологической опасности, предлагается: I) для совершенствования оценки концентрации микробного аэрозоля использовать традиционные методы и приборы, основанные на искусственной импакции частиц, в сочетании с прогностическими вероятностно-ста-тистическими моделями; 2) последующий анализ загрязненности воздуха микроорганизмами проводить с позиции вероятностной оценки доз микробных аэрозолей, которые могут получать больные и персонал в помещении, при известных средних значениях концентрации аэрозоля за время экспозиции At; 3) при вероятностной оценке аспирационных доз микробных аэрозолей (D) использовать пространственное распределение частиц в помещении, подчиняющихся распределению Пуассона, и соответственно определять величину D как вероятность попадания некоторого количества микробных тел (частиц) в отдельный дыхательный цикл реципиента (N); 4) для построения временных зависимостей величины D при N дыхательных циклах реципиента за время At использовать математический аппарат теории повторяющихся опытов или испытаний.
Л итература
1. Гапочко К. Г., Мисников О. П., Раевский К. К. Средства и методы изучения микробных аэрозолей. — J1., 1985.
2. Медик В. А., Токмачев М. С., Фишман Б. Б. // Статистика в медицине и биологии: Руководство / Под ред. Ю. М. Комарова. - М., 2000. - Т. 1.
3. Пильвинис Р. П. // Технология чистоты. — 1992. — № 1. - С. 8-12.
4. Райст С. П. Аэрозоли. Введение в теорию. — М., 1987.
5. Botzenhart К. // Maitris et Transferts Technologiques: Symp. Eur. Paris, 30 sept. - 2 oct. - 1987,- P. 31-40.
6. Sinha M. P. // Instrumental Methods for Rapid Microbiological Analysis / Ed. W. H. Nelson. - 1985. — P. 165-192.
7. Vorobeychikov E. V., Kurtzer G. M., Granstrem К. O. et al. //Aerosols. - 1998. - Vol. 4e, N 5. - P. 161-169.
Поступила 04.10.02
