ОЦЕНКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛНОЙ ЛИНЕЙКИ ИСХОДОВ "ОТРАВЛЕНИЕ МЕТИЛБЕНЗОЛОМ - УДУШЬЕ - ЛЕТАЛЬНЫЙ ИСХОД" Текст научной статьи по специальности «Математика»

СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 614.8.084

Оценка профессионального заболевани на основе полной линейки исходов «отравление метилбензолом - удушье - летальный исход»

Е.А. Степаненко, Ю.В. Есипов

Донской государственный технический университет (Ростов-на-Дону, Российская Федерация)

Аннотация. В рамках системы «факторы - защита - работник» на примере действия метилбензола рассмотрена и апробирована по степени опасности линейка возможных исходов «отравление - удушье - летальный исход», чем была конкретизирована параметрическая модель вида «воздействие - ослабление - восприимчивость». С учетом применения защиты на рабочем месте маляра в интервале концентраций метилбензола от 75 000 мг/м3 до 7 500 мг/м3 вероятность летального исхода рабочего снижается от значения 0,9963 до 0,0001. При этом показано, что полученные ослабленные уровни воздействия были достигнуты благодаря комплексному применению коллективной и индивидуальной системы защиты, которая включает: использование вентиляционной системы — установка отсосов и приточно-вытяжной вентиляции; разбавление концентрации метилбензола в рабочей зоне свежим воздухом; регулярные очистка и санитарная обработка рабочей зоны; применение работником средств индивидуальной защиты (респиратор, противогаз).

Ключевые слова: профессиональное заболевание, метилбензол, толуол, концентрация, отравление, удушье, летальный исход, восприимчивость, воздействие.

Occupational Disease Assessment Based on a Full Line of Outcomes "Methylbenzene Poisoning - Choking - Death"

Elena A Stepanenko, Yuriy VEsipov

Don State Technical University (Rostov-on-Don, Russian Federation)

Abstract. Within the framework of the "factors - protection - worker" system, using the example of the action of methylbenzene, the following line of possible outcomes "poisoning - choking - death" was considered and tested according to the degree of danger, which concretized the parametric model of the type "impact - weakening - susceptibility". Taking into account the use of protection at the painter's workplace in the range of methylbenzene concentrations from 75000 mg/m3to 7500 mg/m3, the probability of a lethal outcome of a worker decreases from 0.9963 to 0.0001. At the same time, it is shown that the obtained weakened levels of exposure were achieved through the integrated use of a collective and individual protection system, which includes: the use of a ventilation system—installation of suction and supply and exhaust ventilation; dilution of the concentration of methylbenzene in the working area with fresh air; regular cleaning and sanitization of the working area; the use by the employee of personal protective equipment (respirator, gas mask).

Keywords: occupational disease, methylbenzene, toluene, concentration, poisoning, suffocation, death, susceptibility, exposure.

Введение. Маляр выполняет следующие работ: подготовка окрасочных материалов и поверхностей под окраску, окраска поверхностей различными методами, а также обработка (шлифование, полирование) и сушка лакокрасочных покрытий. В процессе трудовой деятельности на него оказывают вредное воздействие различные химические вещества, содержащиеся в составах красок и их растворителях. Поэтому работники, имеющие данную профессию, подвержены развитию ряда профессиональных заболеваний, характеризующихся поражением следующих систем и органов:

- центральной нервной системы (астеноневротический синдром, токсическая энцефалопатия, полиневропатия); https://mid-journal.ru 104

- дыхательных путей (острые и хронические токсические риниты, фарингиты, бронхиты, пневмонии, острый токсический отек легких);

- печени (острый и хронический токсический гепатит);

- крови и кроветворения (гемолитические анемии, гипохромные анемии, лейкоз);

- кожи и подкожной клетчатки (контактный дерматит, эпидермит, экзема).

В работе рассмотрим действие на маляров вредного химического вещества — метилбензола.

Толуол — общепринятое название метилбензола. Это прозрачная, бесцветная, летучая жидкость, которая воспламеняется и взрывается в воздухе.

Толуол представляет собой важный в промышленном отношении промежуточный химический продукт, производство которого во всем мире достигает огромных величин. Он производится как в виде самостоятельного продукта, так и в качестве компонента различных смесей. Чаще всего его используют в качестве растворителя для красок.

Работники подвергаются значительному воздействию толуола в производственных условиях. Установленные в разных странах допустимые уровни профессионального воздействия варьируются от 200 до 750 мг/м3 и они представляют собой' средневзвешенные во времени величины концентрации для 8-часового рабочего дня и 40-часовой недели. В ряде стран установлена предельно допустимая концентрация (ПДК) на уровне 50-100 мг/ м3 [1].

Особую группу, подвергающуюся воздействию толуола, составляют токсикоманы, намеренно употребляющие толуолсодержащие растворяющие смеси в качестве наркотиков, а также лица, подвергшиеся случайному отравлению толуолом. Использование растворителей в качестве наркотиков становится повсеместной проблемой, и хронические токсикоманы обычно подвергаются воздействию концентраций, превышающих 3750 мг/ м3.

Действие на человека. Изучение токсичности толуола для человека проводилось главным образом на лицах, подвергавшихся ингаляционному воздействию в экспериментальных производственных условиях или при намеренном употреблении в качестве наркотиков растворяющих смесей, содержащих толуол.

Толуол действует прежде всего на ЦНС. Это действие может проявляться депрессией или возбуждением с эйфорией в фазе индукции, за которой следуют дезориентировка, дрожание, неустойчивость настроения, ощущение шума в ушах, диплопия, галлюцинации, дизартрия, атаксия, судороги, кома и летальный исход [1].

Острые контролируемые и профессиональные воздействия толуола в диапазоне 750-5 625 мг/м3 (200-1500 ч/млн) вызывали дозозависимые изменения со стороны ЦНС. При остром воздействии в больших дозах (например, 37 500 мг/м3 и выше в течение нескольких минут) во время аварий на производстве отмечались вначале признаки возбуждения ЦНС (повышенная психическая активность, эйфория, галлюцинации), а затем прогрессирующее расстройство сознания, завершающееся в конце концов судорогами, коматозным состоянием и летальным исходом.

Однократные кратковременные воздействия толуола (750 мг/ м3 в течение 8 ч) вызывают преходящее раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз со слезотечением при дозе 1500 мг/ м3 [1].

Помимо риска возникновения профессионального заболевания, метилбензол может стать причиной аварии на производстве или наркотической зависимости.

Подготовка исходных данных для решения задачи, анализ показателей опасности и (или) вредности

Таблица 1

Экспериментальные данные о значениях концентрации паров, при которых возникают следующие исходы

поражения

Степень поражения Концентрация, мг/м3

Пороговая 750

Поражающая 5626

Смертельная 37500

Рис. 1. Линейка значений случайных параметров восприимчивости к токсическому воздействию метилбензола на работника (в предположении о нормальном законе распределения этих параметров на каждом из ьх исходов)

Постановка и решение задачи. Оценка заболевания и(или) поражения работника при токсическом воздействии на всей возможной области проявления воздействия включает следующие этапы [2, 3].

1. Анализ неблагоприятных исходов действия вредных и опасных веществ на человека и представление их с помощью линейки восприимчивости. При этом должны быть установлены (или взяты) справочные или статистические данные о значениях концентрации паров, при которых возникают исходы поражения.

2. Построение такого рода линейки на основе введения по нарастанию опасности трех уровней неблагоприятных исходов и описания их математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением концентрации метилбензола, принимаемых как «параметры восприимчивости» к созданию этих исходов в условиях возможного токсичного воздействия метилбензола на работников.

3. Задание параметров воздействия на конкретного работника, принятие предположения о нормальном законе распределения и выражение этого воздействия с помощью математического ожидания и среднеквадратического отклонения концентрации.

4. Расчет значений приведенного параметрического запаса безопасности 2в [3].

5. Расчет вероятности наступления возможных исходов по алгоритму п.2.4 [4] с помощью функции Лапласа [5-7].

6. Апробация алгоритма для решения задач, поставленных в [7], и на примере как оценки риска систем, так и обоснования эффективности защиты путем ослабления воздействия [8].

Рассмотрение этапов. На первом этапе используются экспериментальные данные о значениях концентрации паров, при которых возникают следующие исходы поражения (таблица 1), где представлены степени поражения работника в зависимости от уровня концентрации метилбензола [9]. На втором этапе с помощью данных таблицы 1 строится линейка как детерминированных, так и случайных параметров восприимчивости [3, 10] рабочего к действию метилбензола (рис. 1). При этом уровни параметров восприимчивости {п, г2, г3} соответственно характеризуют следующие исходы или уровни поражения:

1 — отравление, 2 — потеря сознания, 3 — летальный исход.

Обобщенный вариант подготовки исходных данных. Параметры восприимчивости опишем с помощью линейки детерминированных

(таблица 1) и случайных значений по возрастанию (рис. 1):

^ = {г1,г2,гз} = {{т,о)г1, (т,а)г2, (ш,о>з}, (1)

где т,а — соответственно математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение концентрации метилбензола для каждого уровня поражения г.

С другой стороны, параметры непосредственного воздействия метилбензола на работника определим по зависимости [3]:

5 = ¡V, (2)

где параметры s и V имеют размерность концентрации, параметр f — безразмерный коэффициент ослабления.

При этом, по аналогии с зависимостью (1), воздействия на соответствующих детерминированных уровнях опишем с помощью линейки случайных параметров (по возрастанию) [3]:

^ = {>1,52,5з) = {(т, а)Б1, (т, а^, (т, ст^}. (3)

Согласно теории измерений, абсолютную погрешность А определим как:

А= 0,01упв, (4)

где у — класс точности прибора (способа) измерений, %; пВ — предел шкалы измерения величины (концентрации) данного измерительного прибора.

Далее с учетом введенного выражения (1) принимаем, что измеренная концентрация аммиака, как действующего фактора аеЬ , выражает собой математическое ожидание воздействия на соответствующем ьм уровне (рис. 1, 2):

Рис. 2. Демонстрация варианта модельного примера и расчета вероятности летального исхода с помощью линейки исходов при условии измерения текущей концентрации метилбензола вблизи области летального исхода

тБ1 = йеЬ • (5)

Аналогично (1) в предположении о нормальном распределении концентрации метилбензола на рабочем месте абсолютную погрешность воздействия можно выразить как

3ею,997, (6)

где ^ — среднеквадратическое отклонение концентрации на ьм уровне с квантилем доверия, равным 0,997.

Тогда из (6) получим зависимость

СТ = • (7)

Зависимость (7) можно использовать для получения среднеквадратического отклонения воздействия на основе его измерения с классом точности у на ьм уровне с квантилем доверия, равным 0,997.

Следовательно, на основе зависимостей (1) - (7) построены линейки случайных параметров восприимчивости (рис. 1) и воздействия

(рис. 2) с учетом введения по нарастанию опасности трех уровней неблагоприятных исходов в условиях возможного токсичного воздействия аммиака на работника.

Расчет характеристик распределения параметров восприимчивости. Примем допущение, что уровни концентрации (таблица 2 правый столбец) определяют способом, класс точности у которого составляет 50 %. Это соответствует принятому алгоритму экспериментального определения критического уровня L5o, мг/м3.

Таблица 2

Характеристики распределения параметров восприимчивости

Степень поражения nBi

Пороговая 750 375

Поражающая 5626 2815,5

Смертельная 37500 18750

Обозначив верхнюю границу восприимчивости как nBi, где i — индекс исхода, получим значения абсолютных погрешностей Ari представления параметров восприимчивости на каждом уровне.

С учетом (6) и с помощью таблицы 2 рассчитаем значения среднеквадратических отклонений at соответствующих параметров восприимчивости rt с границей nBi:

ari = Ari/3 = 375/3 =125, ari = Ari/3 = 2815,3/3 =938,5,

ari = Ari/3 = 18750/3 = 625. (8)

3. На третьем этапе в качестве параметра воздействия (в рамках принятой унифицированной модели, обозначается параметром S) принимается измеренное (здесь и сейчас — лат. in situ) в общем случае случайное значение концентрации метилбензола.

Таблица 3

Результаты расчета значений среднеквадратических отклонений а1 восприимчивости на соответствующих уровнях тяжести

Степень поражения Ori

Пороговая 125

Поражающая 938,5

Смертельная 6250

Таблица 4

Значения математического ожидания параметра воздействия находятся на областях соответственно вблизи

уровней параметров восприимчивости

Степень поражения nSBi 0s

Пороговая 1500 750 250

Поражающая 11252 5626 1875,3

Смертельная 75000 37500 12500

Аналогично (8) получим следующие значения абсолютных погрешностей воздействий на этих уровнях:

д51= уп5В1 = 1500 • 0,5 =750, д52= уп5В2 = 11251 • 0,5 =5626,

Д53= уп5в3 = 75000 • 0,5 =37500, (9)

где п5В1, п5В2, п5В2 — верхние границы воздействия метилбензола на рабочего соответственно для отравления, удушья и летального исхода.

С учетом зависимости (6) с помощью значений абсолютных погрешностей воздействия рассчитаем значения среднеквадратических отклонений а^ на соответствующих уровнях воздействия S с границей пв£:

о^ = Д^/3 = 750/3 = 250, ^ = Дг£/3 = 5626/3 = 1875,3, аг1 = Дг£/3 = 37500/3 = 12500. (10)

4. На четвертом этапе проведем расчет значений приведенного параметрического запаса безопасности [3]:

= (ш5 - шг)/(аг2 + ^Г5, (11)

где шх, шг — математическое ожидание соответственно воздействия и восприимчивости; стг и — среднеквадратическое отклонение параметров соответственно восприимчивости и воздействия.

Согласно (11), параметр 2в представляет собой вероятностный приведенный параметрический запас безопасности, как отношение разности математических ожиданий воздействия и восприимчивости к их суммарному среднеквадратическому отклонению [3, 10].

Используя значения параметров воздействия и восприимчивости токсичного действия метилбензола на работника при летальном исходе в модельном примере (рис. 2), а также результаты, полученные в (8) - (11), найдем следующее значение приведенного параметрического запаса безопасности:

гв = (75000 - 37500)/(62502 + 125002)0'5 = 2,68.

5. На пятом этапе выполним расчет вероятности наступления возможных исходов с помощью функции Лапласа по алгоритму [3, 11]. Применительно к летальному исходу опишем зависимость параметров воздействия и восприимчивости при токсическом воздействии метилбензола на работника. Так как в конкретном расчетном случае

параметр воздействия превышает параметр восприимчивости, т.е. т5 > тг, то используем для расчета следующую зависимость:

рЛИ = рго(г >0) = 0,5 + Р[(т5 - тг)/(а2 + о-|)0'5], (12)

где z — переменная, которая распределена по нормальному закону с математическим ожиданием т2 = т5-тг, ъ = 8 - г.

В результате подстановки 2в в (12), с учетом таблицы распределения функции Лапласа [6], получим:

РЛИ = 0,5 + Ф(2,68) = 0,5 + 0,4963 = 0,9963 6. Апробация алгоритма на примере оценки эффективности защиты путем ослабления воздействия. Оценим роль защиты путем варьирования ослабления воздействия с коэффициентом ослабления / на следующих уровнях: / = 0,7; /2 = 0,4; / = 0,2; / = 0,1.

Для анализа возможности реализации летального исхода с помощью (2) рассчитаем линейку воздействий и соответствующих ей значений вероятности возможных исходов. Рассчитаем вероятность наступления летального исхода при применении конкретной защиты и с достижением уменьшения концентрации аммиака, действующего на работника. При этом используем условие: «математическое ожидание воздействия т8 больше математического ожидания восприимчивости тг».

После анализа и подстановки исходных данных получено:

РЛИ(1) = 0,5 + Ф[(52500 - 37500)/(62502 + 87502)0'5] = 0,5 + Ф(1,394) = 0,5 + 0,4177 = 0,9177

При воздействиях S2 - S4 применяем альтернативное условие: «математическое ожидание воздействия ms меньше математического ожидания восприимчивости тг».

РЛЩ2) = 0,5 - Ф[(37500 - 30000)/(62502 + 50002)°'5] = 0,5 - Ф(0,937) = 0,5 - 0,3264 = 0,1736 рш(3) = 0,5 - Ф[(37500 - 15000)/(62502 + 25002)0'5] = 0,5 - Ф(3,342) = 0,5 - 0,49966 = 0,00034 Рлщ4) = 0,5 - Ф[(37500 - 7500)/(62502 + 12502)0'5] = 0,5 - Ф(4,706) = 0,5 - 0,4999 = 0,0001

Таблица 5

Результаты расчета оценки риска действия метилбензола на работника в модельном примере

Оценка риска действия метилбензола на работника Параметры восприимчивости РЛИ Воздействие на разных уровнях, с разными коэффициентами ослабления

8, 1=1 81, 1=0,7 82, 1=0,4 83, 1=0,2 84, 1=0,1

Концентрация N 37500 75000 52500 30000 15000 7500

Абсолютная погрешность А 1000 37500 26250 15000 7500 3750

Среднеквадратическое отклонение с 6250 6250 8750 5000 2500 1250

Запас безопасности ^в - 2,68 1,394 0,937 3,342 4,706

Вероятность летального исхода Рли - 0,9963 0,9177 0,1736 0,00034 0,0001

Рис. 3. Плотности распределения вероятности исходов РЛИ(1), РЛИ(2), РЛИ(3), РЛИ(4) в зависимости от приведенной разности

воздействия и восприимчивости 7в

1

0,9 0,8 0,7 0,6 § 0,5

dn

0,4 0,3 0,2 0,1 0

f

Рис. 4. Зависимость вероятности возникновения исхода в функции от коэффициента ослабления Pf

Заключение. В теоретическом плане в рамках системы «факторы - защита - работник» на примере действия метилбензола рассмотрена и апробирована по степени опасности следующая линейка возможных исходов «отравление - удушье - летальный исход», чем была конкретизирована параметрическая модель вида «воздействие - ослабление - восприимчивость». В практическом плане получено, что с учетом применения защиты на рабочем месте маляра в интервале концентраций метилбензола от 75 000 мг/м3 до 7 500 мг/м3 вероятность летального исхода рабочего снижается от значения 0,9963 до 0,0001. При этом показано, что полученные ослабленные уровни воздействия были достигнуты благодаря комплексному применению коллективной и индивидуальной системы защиты, которая включает: использование вентиляционной системы — установка отсосов и приточно-вытяжной вентиляции; разбавление концентрации метилбензола в рабочей зоне свежим воздухом; регулярные очистка и санитарная обработка рабочей зоны; применение работником средств индивидуальной защиты (респиратор, противогаз).

Библиографический список

1. Гигиенические критерии состояния окружающей среды 52. ТОЛУОЛ, Всемирная организация здравоохранения, Женева; 1990. 128 с.

2. Пустовая Л.Е., Месхи Б.Ч. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг: учеб. пособие. Москва: ИНФРА-М; 2022. 246 с.

3. Есипов Ю.В., Мишенькина Ю.С., Черемисин А.И. Модели и показатели техносферной безопасности. Москва: ИНФРА-М; 2018. 154 с.

4. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. Москва: Наука; 1986. 288 с.

5. Орловский С.А. Проблемы принятия решении при нечеткой исходной информации. Москва: Наука; 1981. 208 с.

6. Таблица значений функции Лапласа. URL: https://math.semestr.ru/corel/table-laplas.php (дата обращения: 10.06.2022).

7. О специальной оценке условий труда. Федер. закон от 28 дек. 2013 г. No 426-ФЗ. URL: https://www.consultant.ru/document/cons doc LAW 156555/ (дата обращения: 10.06.2022).

8. Есипов Ю.В. Концепция возможностной оценки риска техногенных систем. Автоматика и Телемеханика. 2003;7:5-12.

9. Паспорт безопасности в соотв. c ГОСТ 30333-2007, Толуол ROTISOLV® LSC. 3107, дата составления: 21.02.2019.

10. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Стройиздат; 1965. 279 с.

11. Есипов Ю.В., Бухезна Б.Э., Джиляджи М.С. Способ оценки интегрального риска на примере системы «предприятие GL2Z — опасные и вредные факторы — работники». Безопасность труда в промышленности. 2021;10:77-81. DOI: 10.24000/0409-2961 -2021-10-77-81

Об авторе:

Степаненко Елена Александровна, студент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» Донского государственного технического университета (344003, РФ, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1), helen [email protected]

Есипов Юрий Вениаминович, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» Донского государственного технического университета (344003, РФ, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1), доктор технических наук, профессор, [email protected]

About the Authors:

Elena A Stepanenko, Master's degree student of the Life Safety and Environmental Protection Department, Don State Technical University (1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003, RF), helen [email protected]

Yuriy V Esipov, professor of the Life Safety and Environmental Protection Department, Don State Technical University (1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003, RF), professor, Dr. Sci. (Eng), yu-yesipov5 @yandex.ru