ПРИМЕНЕНИЕ ПОДХОДОВ КИБЕРНЕТИКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГИГИЕНЫ И ТОКСИКОЛОГИИ ПЕСТИЦИДОВ Текст научной статьи по специальности «Математика»

Частым явлением были травмы в результате обвалов — от мелких, небольших до «смертоносного раздробления костей».

Из этого небольшого описания видно, что условия работы в шахтах были исключительно тяжелыми, или, как называет сам автор, «печальные и смертоносные», многие рабочие жалким образом кончали свою жизнь. Охраны труда не было.

Автор рукописи, конечно, не ставит вопроса о профилактике заболеваний и травматизма. Уровень развития науки в тот период был невысок, не были еще известны этиология и патогенез многих описанных заболеваний. Однако А. Эшке делал все возможное, чтобы в какой-то мере облегчить страдания трудового народа и в первую очередь рудокопов — рабочих с самыми тяжелыми условиями работы.

Поступила 14/1 1969 г.

МЕТОЛЫ ИССЛЕЛОВАНИЯ

УДК 613.6:632.95 +615.28.099:62-6»

ПРИМЕНЕНИЕ ПОДХОДОВ КИБЕРНЕТИКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГИГИЕНЫ И токсикологии ПЕСТИЦИДОВ

Е. И. Спыну, Л. Н. Иванова

Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев

Возрастает загрязнение химическими веществами внешней среды и появляется все больше свидетельств о росте отрицательного влияния такого загрязнения на организм человека, а следовательно, и о недостаточной эффективности распознавания и устранения отрицательных последствий в связи с ростом химизации. Полагаем, что одна из причин этого заключается в отсутствии общей теории, отражающей закономерности поведения химических веществ в природных условиях. Как правило, на практике изучение взаимодействия химического агента и объектов среды носит локальный характер и не предусматривает поведения препарата в глобальном масштабе. Отсутствие такой теории, несущей наряду с объяснительной и предсказательную функцию, обычно связывают с тем, что результат взаимодействия химических веществ и многообразия изменяющихся факторов внешней среды очень сложен и не может быть предсказан. Между тем предметом исследований кибернетики являются именно сложные системы. Она служит теоретической базой изучения систем управления в таких сложных объектах, как машины, живые организмы, общество.

В настоящее время проблема предвидения шагнула далеко вперед. Это связано с разработкой теорий стохастических процессов и законов, проблемы управления и связи, теории сложных систем. Особо следует подчеркнуть, что доказана возможность оптимального управления сложными процессами при неполном их знании, причем эффективность метода тем выше, чем сложнее изучаемая система. В основу развивающейся стохастической теории предсказаний положена гипотеза, что выводы о возможности правомерности предсказываемых событий делаются на основании изучения.

анализа и обобщения предыдущего опыта (А. Г. Ивахненко и В. Г. Лапа). Главная база, на которой зиждется прогноз,— это вскрытие реальных закономерностей на основании поисков взаимосвязей между процессом и факторами, обусловливающими его. Важнейшее условие применения указанной теории — это количественное выражение всех факторов. Рассматриваемый процесс взаимодействия химического агента и факторов внешней среды отвечает указанным требованиям, так как имеет количественный характер.

Один из существенных вопросов установления закономерностей поведения пестицидов в объектах внешней среды заключается в определении основных факторов, влияющих на этот процесс. Установлено, что на величину остатков пестицидов и длительность их пребывания в объектах внешней среды влияет множество факторов. При попытке построить математическую модель, описывающую зависимость динамики пестицидов во внешней среде, мы столкнулись с тем, что на данном этапе выявить и учесть все факторы, влияющие на этот процесс, невозможно. Теория моделирования предлагает в таких случаях пользоваться неполными математическими моделями, которые широко применяются в практике многофакторных экспериментов. При этом основным условием является определение и учет главных факторов.

При систематизации и анализе материалов о загрязнении внешней среды пестицидами (Г. Майер-Боде), а также данных, полученных в нашей лаборатории, выявлены 4 группы основных факторов, влияющих на процесс исчезновения остаточных количеств пестицида с обработанных объектов: 1) физико-химические свойства пестицида (летучесть, растворимость в воде и жирах, стойкость в кислой и щелочной средах и др.); 2) условия применения (норма расхода, кратность обработок, форма препарата и т. д.);

3) особенности (химические, структурные) обрабатываемого объекта (вид растения, его поверхность, наличие воскового покрова, тип почвы и др.);

4) метеорологические условия (температура, влажность воздуха,осадки и др.).

Таким образом, динамика остатков на объектах внешней среды определяется многофакторной зависимостью. Для ее математического описания предложена одна из простейших математических моделей — регрессионная (Е. С. Уланова, О. Д. Сиротенко). Решение линейного регрессионного уравнения можно рассматривать как задачу интерполяции по случайно наблюдаемым точкам, представляющим прошлый опыт. При помощи такого уравнения можно оценить неизвестные числовые параметры по известным значениям других параметров. Решение этой задачи представляем в виде двух этапов: первый состоит в подборе и рассмотрении математической модели процесса исчезновения пестицида в среде, второй — в определении зависимости между процессом и обусловливающими его факторами. М

Анализ данных ряда авторов о динамике остатков пестицидов в объектах растениеводства и в почве позволяет предположить, что этот процесс носит экспоненциальный характер. О том же свидетельствуют материалы Ноэктв, изучавшего ряд пестицидов на многих культурах, а также тип приведенных Г. Майер-Боде кривых, характеризующих исчезновение остатков многих химических веществ в почве и растениях.

Нами были проанализированы многие двумерные ряды (концентрация— время) для хлор- и фосфорорганических пестицидов и производных карба-миновой кислоты, что позволило на первом этапе остановиться с достаточным приближением на экспоненциальном уравнении следующего вида (уравнение реакции первого порядка):

С = С0е~и, (1)

где С (в мг/кг) — концентрация вещества в данный момент, С 0 (в мг/кг) — начальная концентрация вещества (уровень загрязнения), к — постоянная скорости реакции.

Представим эту зависимость в виде линейного регрессионного уравнения:

1пС = \пС0 — Ы. (2)

Знак величины & (минус) свидетельствует о падении экспоненты.

Анализ экспонент показывает, что постоянная скорости различна для разных препаратов, объектов, условий применения и определяется влиянием указанных выше 4 групп факторов.

Рассмотрим эти процессы на примерах севина и ДДТ. В нашей лаборатории Л. Г. Моложановой были изучены процессы исчезновения остатков севина в почве разных типов (всего 7 образцов), аппроксимированы с хорошей точностью уравнением вида (1) и определены факторы, влияющие на процесс в данном эксперименте. Так как условия опыта исключали влияние 1, 2 и 4-й группы факторов (препарат один и тот же, условия применения и метеорологические условия аналогичны), разная скорость исчезновения остатков была обусловлена влиянием самой среды. К факторам, характеризующим среду, отнесены рН почвы, содержание гумуса и емкость поглощения.

Нашей целью было определить вероятностную модель второго этапа (взаимосвязь скорости процесса и определяющих факторов), рекомендующую наиболее вероятные значения параметров и обеспечивающую минимальное отклонение от оптимального решения. Между величинами указанных факторов и величиной, обратной постоянной скорости (1/К), наблюдается линейный характер зависимости, что позволило использовать линейное уравнение множественной регрессии, которое после соответствующих расчетов выглядит так:

V = —46,24 + 0,15Х! + 16,9Л:2 + 15,ЗХ3, (3)

где V — это 1/К, т. е. величина, обратная постоянной скорости исчезновения севина, X1 — емкость поглощения (в мг/экв), X, — содержание гумуса (в %), Х3 — величина рН.

Сопоставление расчетных и фактических материалов в данном эксперименте показывает, что средняя ошибка составляет 7,8%.

На примере ДДТ (материалы К. С. Стефановского) 1 были рассмотрены процессы исчезновения остатков препарата в ботве сахарной свеклы. Процесс носил ту же закономерность, т. е. концентрация уменьшалась по экспоненте, что позволило использовать модель (1) и рассчитать линейное уравнение регрессии, отражающее зависимость между постоянной скорости и нормой расхода ДДТ (остальные факторы не изменялись). При сопоставлении данных об уровне и длительности исчезновения остаточных количеств ДДТ на ботве сахарной свеклы в зависимости от нормы расхода препарата средняя ошибка (расчетных с фактическими) составила 16,2%.

Считаем, что ошибка в указанных пределах (7,8—16,2%) достаточно отвечает требованию гигиенистов при прогнозировании возможного уровня и длительности содержания пестицидов в разных средах.

В приведенных примерах отражена зависимость динамики ДДТ и севина лишь от нескольких факторов, тогда как предсказать уровень и длительность содержания химических агентов в объектах можно только при наличии уравнений, отражающих рассматриваемую зависимость от всех главных факторов: разнообразных климато-географических условий, сочетания условий применения препаратов и т. п. Математические методы составления таких уравнений в общем известны, но отсутствует необходимая информационная база, так как опубликованные многочисленные материалы о фактическом содержании химических веществ в природных условиях не охватывают всех факторов, влияющих на этот процесс и на его динамику. Таким образом, для решения поставленной задачи не представляется возможным использовать имеющийся огромный фактический материал о загрязнении пестицидами объектов внешней среды, т. е. опыт прошлого, для прогноза будущего. Подход к сбору фактического материала должен быть изменен с учетом выявления в динамике величин остатков химических веществ и факторов, их обусловливающих.

1 Рукопись, 1969, фонды Всесоюзного научно-исследовательского института.

При соответствующем накоплении и систематизации материала о динамике остаточных количеств пестицидов в природных условиях в зависимости от их физико-химических свойств и химического строения появится возможность определить вероятную связь между скоростями процессов исчезновения остатков и факторами (4 группы), влияющими на этот процесс, и по виду этих зависимостей классифицировать пестициды по группам. Такая классификация явится дальнейшим этапом в развитии классификации Л. И. Медведя и позволит оценить значение постоянной скорости для нового препарата с учетом влияющих факторов указанных 4 групп, т. е. прогнозировать загрязнение новым пест! цитом интересующих нас объектов внешней среды при разных условиях его применения и климатических параметрах. Особенно ценным будет то, что возникает возможность рассчитать ориентировочное загрязнение среды не только в локальном, но и в глобальном масштабе.

Сопоставление выявленных закономерностей поведения химических веществ в объектах внешней среды и данных о кинетике отравлений препаратами в организме теплокровных (В. А. Филов) и насекомых (Л. И. Франце-вич) позволяет предположить некоторое сходство в общей направленности этих процессов для ряда веществ. Очевидно, наряду с такой общностью есть и специфические особенности поведения ядов в среде и организме. Выявление общего и специфического, определение факторов, обусловливающих эти различия, позволят наряду с прогнозированием поведения препарата в природных условиях предсказать возможное поведение его в биологических объектах.

Следует полагать, что применение для этих целей методов математики, выражающих внутреннюю организацию разнообразных процессов, происходящих в природе, поможет выявить общее и специфическое в закономерностях поведения химических веществ в столь, на первый взгляд, разных биологических системах, какими являются биосфера и живые организмы.

ЛИТЕРАТУРА

И в а х н е н к о А. Г., Л а п а В. Г. Кибернетические предсказывающие устройства. Киев, 1965. — Медведь Л. И., Каган О. С., Спыну Е. И. Пестициды и проблемы здравоохранения. Ж. Всесоюзн. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева, 1968, № 3, с. 263.— Моложанова Л. Г. Циркуляция севина во внешней среде и регламентация условий его применения. Дисс. канд., 1969. — Уланова Е. С., С и р о т е н к о О. Д. Методы статистического анализа в агрометеорологии. Л., 1967.— Филов В. А. В кн.: Общие вопросы промышленной токсикологии. М.. 1967, с. 101. — Ф р а н ц е в и ч Л. И. Фар-макол. и токсикол., 1964, № 5, с. 615. - Hoskins W. Н., Plant. Protect. Bull., 1961. v. 9, p. 163. — Майер-Боде Г. Остатки пестицидов. М., 1966.

Поступила 22/XII 1969 г.

УДК 614.72-074-78:621.431.73

ПРИМЕНЕНИЕ МОТОРА АВТОМАШИНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА АСПИРАЦИОННЫМ ПРИБОРОМ

X. Л. Галикеев

Семипалатинский медицинский институт

Для взятия проб атмосферного воздуха с целью бактериологического исследования нам был использован мотор автомашины типа «Пикап» и прибор для индикации гибковых аэроаллергенов. Этот прибор состоит из пробирки размером 20x2 см, закрытой резиновой пробкой с 2 отверстиями, в одно из которых вставлена стеклянная трубка для аспирации воздуха разряжающим насосом. Через другое отверстие проходит стеклянная трубка