CC BY
5
ваемость. Поэтому в дальнейшем нами устране-но маскирующее влияние фактора запаздывания * (лага) регистрируемых проявлений заболеваемости относительно действия соединений.
С этой целью проведен кросс-корреляционный анализ тренда ('"г) с концентрациями компонентов выбросов ТЭС, БОг, ТЭС+БОг по схеме С! ->- ту, С, — ^ПрИ этом рас.
считывали коэффициенты корреляции между рядами концентраций и рядом тренда «г» сдвинутыми на 1—5 кварталов).
Результаты расчетов свидетельствуют о том, что между изменениями заболеваемости и концентрациями ТЭС, Б02 и комбинацией ТЭС с 502 действительно существует запаздывание, что согласуется с данными литературы о характере действия указанных соединений на организм человека. Корреляция становится статистически значимой для ТЭС при лаге в 2—4 квартала (г=0,535 и 0,644), окиси углерода при лаге в 1 квартал (г=0,514), для ТЭС + ЭОг при лаге в 2—4 квартала (/"=0,780, 0,796 и 0,676).
Выводы 1. Полученные данные свидетель-' ствуют о необходимости учета количественных зависимостей между уровнем загрязнения атмосферного воздуха и заболеваемостью, что позволяет изучить вклад отдельных компонентов загрязнений и их комбинаций в изменение заболеваемости.
2. При установлении связи между уровнем загрязнения и заболеваемостью необходимо исключать влияние сезонности и случайных факторов, а также эффекта запаздывания по времени ре-
гистрируемых проявлений заболеваний относительно действия химических соединений.
3. Проведенный таким путем анализ позволил выявить значимую связь между заболеваемостью и концентрациями основных компонентов выбросов и решить вопрос об очередности санитарно-гигиенических мероприятий.
Литература
1. Андерсен Т. Статистический анализ временных рядов: Пер. с англ. М., 1976.
2. Вайну Я■ Я.-Ф. Корреляция рядов динамики. М., 1977.
3. Венецкий И. Г., Венецкая В. И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе. М., 1979.
4. Временные инструктивно-методические указания по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха. М., 1977.
5. Кендэл М. Временные ряды: Пер. с англ. М., 1981.
6. Урбах В. Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях. М., 1975.
Поступила 20 08.85
Summary. The obtained data show that it is necessary to take into account quantitative relationships between atmospheric air pollution and morbidity rates; this enables researchers to study the contribution of individual toxic components and their combinations to the changes in morbidity patterns. When establishing relationships between pollution levels and morbidity ratesone should exclude seasonal effects, random factors, as well as the discrepancy in time between the recorded manifestations of diseases and the actual exposure to chemical compounds. This kind of analysis makes it possible to establish significant correlations between morbidity rates and concentrations of the major components of emissions, and gives a clue to the priority of sanitary and hygienic measures.
УДК 614.72-07:612.014.46
В. Б. Сапунов, А. О. Карелин
РАСЧЕТ ОРИЕНТИРОВОЧНЫХ БЕЗОПАСНЫХ УРОВНЕЙ ВОЗДЕЙСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НА ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПОПУЛЯЦИОННОЙ БИОЛОГИИ
Ленинградский санитарно-гигиенический медицинский институт
Развитие промышленности, химизация сельского хозяйства требуют внедрения большого количества различных химических веществ, синтеза новых соединений. Необходимость ускорения санитарно-токсикологической оценки новых химических веществ привела к разработке методов расчета ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ), основанных на показателях острой токсичности или ПДК в других средах [3]. Вместе с тем до последнего времени при установлении ПДК значительное место занимал субъективный подход, особенно при обосновании коэффициентов запаса. Субъективизм не мог не сказаться на уровне достоверности формул расчета.
4
Цель нашей работы — разработка формул для расчета ОБУВ химических веществ и других количественно измеряемых факторов среды на основе объективных закономерностей и представлений популяционной биологии.
Одним из основных свойств живой природы является изменчивость. Основываясь на закономерностях изменчивости, можно рассчитать, какая доля людей в популяции при тех или иных условиях будет чувствовать себя благоприятно, какая окажется в стрессовых условиях и какая может умереть.
Биологическая изменчивость может быть описана несколькими законами, отражающими зависимость между значением оптимума и числом
- 15 -
организмов, соответствующих тому или иному значению оптимума. Как показано в многочисленных популяционных исследованиях, наиболее распространенное распределение — нормальное, или распределение Гаусса [2]. Исходя из закономерностей гауссового распределения признака в популяции и законов популяционной генетики, можно рассчитать пороговые значения, соответствующие стрессовым и летальным воздействиям. Полный математический вывод дан в предыдущей работе [4], поэтому приводим лишь конечный результат в приближенной форме:
^1=>+5а, (1)
ц2 = |г+8а, (2)
где |Х1 — уровень воздействия, вызывающий стресс; Ц2 — уровень летального воздействия; р.— оптимальный уровень; о — изменчивость оптимального уровня.
Формулы (1) и (2) позволяют определить стрессовые и летальные воздействия на основании значений оптимума и изменчивости. Можно решить и другую задачу — определить оптимум и изменчивость на основании стрессовых и летальных значений. Для этого можно воспользоваться математическими следствиями из формул (1) и (2):
ц = ц, — 5а = ц2 — 8о, (3)
Если |д.|—5ст<0, это означает, что оптимальный уровень воздействия для большинства особей заходит в область отрицательных значений. В этом случае можно принять, что оптимальное значение равно нулю. Анализируемая часть распределения представлена одной ветвыо нормального распределения, которая по сути сводится к распределению Пуассона (см. рисунок). Очевидно, оптимум в зоне положительных значений может существовать для тех веществ, с которыми организм контактировал постоянно в течение многих поколений (кислорода, углекислого газа и др.).
Распределение организмов в зависимости от оптимального значения фактора среды в случае, если середина распределения заходит в область отрицательных значений. По оси абсцисс — изменчивость оптимального значения фактора среды; по оси ординат — процент организмов, соответствующих данному оптимуму.
Для веществ, которые появились в атмосфере в результате хозяйственной деятельности, оптимум о должен быть равен нулю, т. е. эти вещества ор- Ш ганизму не нужны. Такие случаи особенно интересны для профилактической медицины.
Приведенные формулы дают экстремальные значения для среднестатистической особи. Для дальнейших рассуждений необходимо следующее допущение: оптимальные и экстремальные значения для разных организмов линейно связаны между собой. Иными словами, чем выше оптимальная доза воздействия на организм, тем выше и значение, приводящее к стрессу и гибели.
При изменении фактора среды от значения ц до ц, в состояние стресса перейдут среднестатистические особи, наиболее часто встречающиеся в популяции, и половина особей, для которых изменение параметра больше отрезка р.—Это будут все особи, для которых оптимум (левее точки ¡д, по оси абсцисс). Следуя той же логике, можно сказать, что значение окажется стрессовым для тех особей, для которых оптимум соответствует точке /—щ/ или меньше. Таких особей мало, но они существуют, поэтому абсо-лютно безопасных значений фактора среды для л всех членов совокупности быть не может.
Значение параметра р.+5а, как отмечалось, будет летальным для среднестатистической особи еще и для 50 % выборки. Обычно при медицинских и биологических исследованиях пользуются уровнем доверительной вероятности, равным 0,95. Это значит, что исследователь, не имея возможности проанализировать всю генеральную совокупность, делает выводы, справедливые для 95 % ее членов. При каком значении параметра 95 % организмов не рискуют перейти в стрессовое состояние? Исходя из того что стрессовым может оказаться изменение параметра на отрезок, равный (.1—р.ь это можно установить по таблицам нормального распределения [2]. Легко убедиться, что значение р,+3,36ст окажется стрессовым для 5 % популяции. Превышение этого значения может рассматриваться как порог вредного действия. Используем ту же логику рассуждений в отношении летальных доз. Среднестатистическая особь, как указано выше, может погибнуть при изменении параметра от р до р.+8а. Можно показать, что 5 % организмов погибнут при изменении параметра от р, до р,+ +6,36а. Аналогично можно рассчитать летальные и стрессовые значения для любой части популяции. Приведем формулы, позволяющие определить значение фактора, при котором 95 % попу- э ляции не будут испытывать отрицательного действия:
1-4 (о.о5> = М- + 3,36а, (5)
Мг (о,о5) = ^"Ь 6,36а. (6)
То же самое для 99 % членов популяции можно определить из следующих соотношений:
(о. о1> = ^ 2,67а, (5а)
М2(о,о1> = М-5,67а. (6а)
Может возникнуть ситуация, при которой значения (.11(0,05) и ц.коли окажутся отрицательными или достоверно близкими к нулю. В этом случае можно воспользоваться следующими формулами для определения доз, стрессовых для 5 % членов популяции:
РЧ (0,05) ="2зТ> ^
Из
1*2 (0.05) — 23
и для 1 % членов:
_ Jh. 14 (0,01) - 136,
н -Ь.
- (0.31) — 136•
<8)
(7а)
(За)
Переходя к вопросу практического внедрения предлагаемой модели, перечислим условия ее применения. ОБУВ рассчитыватся, исходя из летальной, стрессовой, оптимальной концентраций и показателя изменчивости. При этом достаточно знать две из перечисленных переменных. Сложности могут возникнуть при определении оптимума. Для многих веществ он равен нулю, если же в какой-то концентрации это вещество необходимо для организма, то оптимум следует определять, основываясь на субъективных ощущениях человека. В эксперименте при однократном воздействии определяют две переменные — летальную и стрессовую концентрации, а затем рассчитывают оптимальный уровень и показатель изменчивости. В качестве летальной концентрации используется СЬго, стрессовой — порог острого действия.
Следует отметить, что предлагаемый метод дает наиболее точные результаты для веществ преимущественно резорбтивного действия.
Наши представления об оптимуме и применение в качестве критериев смертельных концентраций и порога острого действия в некотором смысле упрощены. Однако данные упрощения не более тех, которые применяются в стандартном эксперименте по установлению ПДК и ОБУВ в атмосферном воздухе и при экстраполяции данных с лабораторных животных на человека. Вместе с тем эти упрощения оправданы теми преимуществами, которые сулит сокращение объема эксперимента до определения только двух токсикометрических параметров.
В качестве примера приводим расчет ОБУВ для двух типичных загрязнителей атмосферного воздуха — окиси азота и окиси углерода.
При воздействии в течение 4 ч концентрация окиси азота, вызывающая стресс (порог острого
действия) у крыс, составляет 50 мг/м3, CLjo—
1090 мг/м3 [1].
ГТ > ,,Ч 1090 — 50 По формуле (4) находим: о=-g-=347 мг/м3.
По формуле (3) получаем показатель оптимума, попадающий в зону отрицательных значений: |i=(Xi—5а=50—5-347<0. В этом случае нужно воспользоваться формулами (7) и (7а);
50
h (0,05) = 23 мг'м3-
50
h (0.01) = Тзб = °'37 мг/м3-
Допустимой можно считать последнюю концентрацию, не вызывающую стрессовой реакции у 99 % организмов. Полученное значение близко к утвержденной максимальной разовой ПДК (0,6 мг/м3).
Для окиси углерода концентрация, вызывающая стресс (порог острого действия), равна 40 мг/м3, CLso—1900 мг/м3 [5]. Отсюда ст= 1900—40 „пл -3-= 620 мг/м?.
Расчетное значение оптимума, как и в предыдущем примере, попадает в зону отрицательных величин, поэтому
40
h (0,05) ="2з = 1,74 мг/м ' 40
(0,01) =Т36 = °>29 МГ/М?-
Полученный результат сопоставим с ПДК для окиси углерода.
Таким образом, предлагаемый метод расчета ОБУВ, основывающийся на представлениях по-пуляционной биологии, несложен и, по нашему мнению, может способствовать объективизации полученных результатов.
Литература
1. Вредные вещества в промышленности. Т. 2. Л., 1977.
2. Лакин Г. Ф. Биометрия. М., 1973.
3. Методические указания по установлению ориентировочных безопасных уровнен воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М„ 1982.
4. Сапунов В. Б. —В кн.: Биологическая индикация в антропоэкологии. Л., 1984, с. 411—416.
5. Тиунов Л. А., Кустов В. В. Токсикология окиси углерода. М„ 1980.
Поступила 03.12.35
Summary. The formulae making it possible to determine the concentrations of chemical substances hazardous for 1 % and 5 % of the population are presented. The obtained ratio between the optima., stress and lethal concentrations formed a basis for establishing tentative safe exposure levels for atmospheric pollutants, according to their lethal and threshold concentrations in acute exposure.
