CC BY
67
[гиена и санитария 5/2015
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015 УДК 613.31:546.3]-07
ТунаковаЮ.А.1, Файзуллин Р.И.2, Валиев В.С.3
РАСЧЕТ ВЕРОЯТНОСТИ ПОСТУПЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНИЗМ С ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ
'ФГОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева» - КАИ, РФ, 420111, Казань; 2ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», РФ, 420008, Казань; 3ОП «Институт проблем экологии и недропользования» АН РТ, РФ, 420087, Казань
В действующих методических рекомендациях «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду» Р 2.1.10.1920-04регламентируется определение количественных и/или качественных характеристик вредных эффектов для здоровья населения от воздействия факторов среды обитания. Мы предложили дополнить методические подходы, представленные в Р 2.1.10.1920-04, оценкой вероятности поступления загрязняющих веществ в организм с питьевой водой, которая тем больше, чем выше кратность превышения фактических концентраций веществ по сравнению с их фоновыми концентрациями. В статье предложена методика расчета вероятностей превышения фактических концентраций катионов металлов над фоновыми в пробах потребляемой населением питьевой воды, которые отбирались в конечных точках потребления, (в домах и квартирах), для учета вторичного загрязнения при прохождении по водоводам и разводящим путям. Исследования проводились на примере Казани, разделенной на зоны. Расчет вероятностей проводился с помощью теоремы Байеса.
Ключевые слова: риск; здоровье; вероятность поступления химических веществ; питьевая вода; катионы металлов.
Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(5): 62-65.
Tunakova Yu. A.1, Fayzullin R. I.2, Valiev V. S3 CALCULATION OF THE PROBABILITY OF METALS INPUT INTO AN ORGANISM WITH DRINKING POTABLE WATERS
'Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev, Kazan, Russian Federation, 420111; 2Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan, Russian Federation, 420008; institute of Ecology and Subsoil, Kazan, Russian Federation, 420087
The work was performed in framework of the State program for the improvement of the competitiveness of Kazan (Volga) Federal University among the world's leading research and education centers and subsidies unveiled to Kazan Federal University to perform public tasks in the field of scientific research. In the current methodological recommendations "Guide for assessing the risk to public health under the influence of chemicals that pollute the environment," P 2.1.10.1920-04 there is regulated the determination of quantitative and/or qualitative characteristics of the harmful effects to human health from exposure to environmental factors. We proposed to complement the methodological approaches presented in P 2.1.10.1920-04, with the estimation of the probability of pollutants input in the body with drinking water, which is the greater, the higher the order of the excess of the actual concentrations of the substances in comparison with background concentrations. In the paper there is proposed a method of calculation of the probability of exceeding the actual concentrations of metal cations above the background in samples of drinking water consumed by the population, which were selected at the end points of consumption in houses and apartments, to accommodate the passage of secondary pollution of water pipelines and distributing paths. Research was performed on the example of Kazan, divided into zones. The calculation ofprobabilities was made with the use of Bayes' theorem.
Key words: risk; health; the likelihood of chemicals; drinking water; metal cations. Received 11.12.2014
Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(5): 62-65. (In Russ.)
Введение
Современные методические подходы к оценке риска здоровью населения при поступлении химических веществ в организм описаны в работах основоположников этого научного направления Б.А. Ревича [1], С.Л. Ава-лиани [2,3], Ю.А. Рахманина [4,5], С.М. Новикова [6,7]. Основным регламентирующим документом, обобщающим эти методические подходы, является Руководство Р 2.1.10.1920-04 по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду [8].
В перечисленных источниках литературы устанавливается вероятность развития и степень выраженности
Для корреспонденции: Тунакова Юлия Алексеевна, [email protected]
For correspondence: Tunakova Julia A., [email protected].
неблагоприятных эффектов, на основе научного анализа токсических свойств химических веществ и условий их воздействия на человека. Пороговые модели канцерогенного и неканцерогенного риска оценивают эффекты (дозы), предполагающие фактическое поступление вредного вещества в организм. В общем виде, расчеты риска (Я) основаны на использовании линейно-экспоненциальных моделей вида:
R = 1- ехр(-РС )
где Р - вероятность фактора риска, определяемая в зависимости от частоты встречаемости фактора, его воздействующей величины (дозы) и особенностей свойств (например, токсичности); С - доза фактора риска; / -время действия фактора риска. Данную формулу часто используют для систематизации плотности распределения случайных величин.
Цель исследования - оценка вероятности поступления катионов металлов в организм с питьевой водой. Пробы питьевой воды отбирали в конечной точке потребления (домах и квартирах), что позволяло учесть ее вторичное загрязнение по мере прохождения по водоводам и разводящим путям. Поскольку металлы находятся в питьевой воде преимущественно в виде солей сильных электролитов, то можно рассматривать отдельно катионы металлов без учета анионов. Фоновые концентрации определялись статистически как нижняя квартиль (0,25-квантиль) ранжированного ряда значений измеренных концентраций катионов металлов во всех пробах питьевой воды.
Материалы и методы
Для разработки последующих адресных рекомендаций по управлению риском, возникшим вследствие неоднородности поступления катионов металлов с питьевой водой, ставилась задача анализа распределения катионов в пробах потребляемой детьми питьевой воды, отобранной в конечной точке потребления. Использовалось разделение территории города по зонам обслуживания поликлиник, что в дальнейшем упростило внедрение разработанных адресных рекомендаций. Анализ катионного состава потребляемых питьевых вод проводился в аккредитованной лаборатории Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан.
Для определения катионов металлов в питьевой воде был выбран метод атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) как один из наиболее точных, воспроизводимых, быстрых и высокоизбирательных способов аналитической химии. Методом ААС проведено определение шести присутствующих в питьевой воде катионов металлов (Pb, Cu, Zn, Cr, Sr, Fe) по всем 11 выделенным зонам в течение трех лет (2010-2012 гг.).
Всего было проведено более 800 анализов концентрации ионов металлов. Статистическая обработка полученных результатов проведена на компьютере с помощью статистического пакета Statistica (StatSoft, Inc.).
Результаты и обсуждение
Результаты исследования свидетельствуют о широком варьировании содержания катионов металлов в зонах исследования (табл. 1), что обусловлено различиями как в водоснабжении этих зон из разных водозаборов, так и в степени вторичного загрязнения питьевых вод.
При анализе корреляционной матрицы взаимосвязей между концентрациями ионов в воде отмечена статистически значимая прямая корреляционная взаимосвязь между содержаниями катионов стронция, свинца и хрома (Sr-Pb, r=0,31; Sr-Cr, r=0,24; p<0,001), что отражает сопряженность поступления и распределения этих катионов в водопроводной воде. Вместе с этим, отмечена также обратная корреляционная взаимосвязь между содержанием катионов стронция и железа (r= -0,4, p<0,001). Эти корреляции являются косвенным проявлением различий по содержанию указанных элементов в поверхностных и подземных источниках водоснабжения, имеющих разное соотношение этих металлов, но одинаково представленных в общей статистической выборке, которая используется для расчетов. В частности, для поверхностных вод характерен низкий уровень стронция и высокий уровень железа, а в пробах подземных вод отмечены, как правило, высокие концентрации стронция при средних или низких уровнях железа. Но вместе с тем
Таблица 1
Медианные уровни концентраций катионов металлов в питьевой водопроводной воде по зонам исследования (в мг/л)
Зона Sr Cu Pb Zn Cr Fe
1 0,105 0,0011 0,012 0,015 0,0006 0,090
2 0,163 0,0017 0,015 0,035 0,0045 0,084
3 0,223 0,0024 0,012 0,019 0,0021 0,109
4 0,110 0,0015 0,013 0,017 0,0035 0,079
5 0,337 0,0019 0,014 0,025 0,0021 0,095
6 0,209 0,0022 0,012 0,019 0,0021 0,107
7 0,112 0,0022 0,013 0,016 0,0008 0,079
8 0,453 0,0018 0,018 0,018 0,0047 0,063
9 0,118 0,0013 0,012 0,031 0,0012 0,088
10 0,105 0,0015 0,016 0,017 0,0026 0,099
11 0,170 0,0016 0,013 0,030 0,0043 0,084
распределение металлов и в пробах питьевой воды, относящихся к одному и тому же источнику водоснабжения, неравномерно, что, по всей видимости, является следствием вторичного загрязнения питьевых вод в результате прохождения по водоводам и разводящим сетям.
Поступление повышенных концентраций катионов металлов с питьевой водой во многом зависит от вероятности превышения измеряемых параметров некоторого порога. В качестве порога относительно невысоких значений концентраций нами рассматривались величины фоновых значений, которые представлены нижними квартилями тех же вариационных рядов данных. Рассчитывалась кратность превышения фактических концентраций катионов металлов над фоновыми, что позволяет задать дискретность в непрерывном ряду данных и характеризует проявление события. Кроме того, использование таких относительных критериев, как кратность превышения, позволяет рассматривать все катионы металлов комплексно, в виде единого фактора.
Согласно классическим представлениям теории вероятности, вероятность наступления события характеризуется частотой наступления этого события, т.е. отношением количества наблюдений события n к общему количеству наблюдений N при большом (теоретически бесконечном) общем количестве наблюдений [9]. Для случайных событий при вычислении их вероятности часто используют формулы Байеса [10]. Для применения байесовых подходов к нашей задаче сформулируем соответствующие события. Пусть событие Q - превышение концентрации металла некоторой пороговой величины, фонового значения (т.е., событие Q произойдет при кратности превышения фонового значения >1), а событие Data - превышение произошедшее в зоне исследования i. Тогда p(Data)=n/N, где N - сумма всех n(N=n1+n2+...n), аp(Q\Data)=1.
В нашем случае вероятность события Q равна сумме всех вероятностей с учетом как вероятности нашей гипотезы p(Data), так и условной вероятности события Q при выполнении гипотезы p(Q\Data):
Г! i-1
Согласно теореме Байеса, если события Data ( =1, 2, 3...n) образуют полную группу несовместимых событий:
]Цигиена и санитария 5/2015
fi
I
i= 1
Таблица 2
piData^ = 1
Байесовы вероятности и обобщенный риск по зонам исследования
и при этом событие Q происходит обязательно хотя бы в одном из Data, то в этом случае вероятность определяется формулой Байеса:
PfBataJÇ) =
р(Ра±аГ)р($\РсАа{)
Иными словами, вероятность признака при конкретных условиях равна отношению произведения доли признака при данных условиях с долей относительного числа наблюдений в этих условиях к сумме всех таких произведений при всех возможных условиях.
Однако возникает следующая проблема: насколько взаимосвязан сам факт превышения частью значений ряда данных некоего порога с математическим ожиданием высоких средних значений этого ряда? Факт превышения случайной величины над фоном необязательно должен соответствовать высоким средним концентрациям всего вариационного ряда, который характеризует эта случайная величина. Для решения этой проблемы аналогичным способом нами рассчитывались вероятности и для других кратностей превышения, при которых в качестве гипотез-событий фигурировали 1-, 2- или 3-кратные превышения фоновых концентраций.
Математическое ожидание всех наблюдаемых крат-ностей превышения заданного предела является величиной, характеризующей относительную вероятность такого превышения во всей совокупности текущих наблюдений, а плотность этих вероятностей, которую трактуют как риск, охватывается экспоненциальными функциями вида [9] :
,
где совокупность вероятностей различных кратностей превышения.
В табл. 2 представлены рассчитанные вероятности превышения по всем катионам металлов (Р) фактических концентраций в пробах питьевой воды над фоновыми их значениями, а также значения обобщенного риска (Я), характеризующего вероятность превышения концентраций металлов над фоновыми по зонам исследования.
Расчет градаций R относительно всех зон исследования осуществлялся аналогично расчету фонового уровня фактора с помощью метода квартилей. При этом в качестве верхней границы приемлемого риска выбиралось значение нижнего квартиля, верхней границы умеренного риска - медианы, а повышенного - верхнего квартиля вариационного ряда всех возможных значений данного риска.
Градации R, рассчитанные методом квартилей, составили: приемлемый риск R<0,034; умеренный риск 0,034<Я<0,038; повышенный риск 0,038<Я<0,157; высокий риск R>0,157. Таким образом, наибольший риск поступления катионов металлов в организм при потреблении питьевой воды отмечен для населения, проживающего в выделенных зонах 10 и 11. Население зон 2, 4 и 8 подвержено повышенному риску.
Заключение
Можно оценить вероятность поступления катионов металлов с питьевой водой, которая тем больше,
Зона PSr Pc„ Ррь PZn PCr PFe R
1 0,010 0,000 0,000 0,007 0,000 0,022 0,003
2 0,124 0,113 0,132 0,160 0,116 0,081 0,113
3 0,022 0,015 0,005 0,021 0,018 0,011 0,016
4 0,176 0,162 0,175 0,160 0,166 0,255 0,157
5 0,062 0,062 0,024 0,038 0,036 0,040 0,038
6 0,036 0,039 0,019 0,049 0,042 0,031 0,037
7 0,066 0,027 0,047 0,020 0,000 0,081 0,036
8 0,166 0,150 0,174 0,104 0,166 0,011 0,146
9 0,064 0,019 0,046 0,025 0,015 0,075 0,035
10 0,066 0,225 0,246 0,145 0,191 0,243 0,180
11 0,208 0,188 0,132 0,271 0,250 0,150 0,188
чем выше кратность превышения фактических концентраций металлов над фоновыми. В дальнейшем предлагаемый подход позволит разрабатывать более гибкие и адекватные сложившейся ситуации адресные рекомендации по управлению риском при употреблении питьевой воды, характеризующейся вторичным загрязнением.
Работа выполнена в рамках государственной программы повышения конкурентоспособности Казанского (Приволжского) федерального университета среди ведущих мировых научно-образовательных центров и субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности.
Литература (п. 1
9 см. References)
Ревич Б.А., Авалиани С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология: Учебник для высших учебных заведений. М.: Издательский центр «Академия»; 2004. Новиков С.М., Шашина Т.А., Абалкина И.Л., Скворцова Н.С. Риск воздействия химического загрязнения окружающей среды на здоровье населения - от оценки к практическим действиям. Рахманин Ю.А., ред. М.: ИТ «АдамантЪ»; 2003. Авалиани С.Л., Балбус Дж., Голуб А.А., Давыдова Н.Г., Струкова Е.Б., Сафонов Г.В. Управление окружающей средой на основе методологии анализа риска. Учебное пособие. М.: Теис; 2010.
Авалиани С.Л., Новиков С.М., Шашина Т.А., Скворцова Н.С., Кислицын В.А., Мишина А.Л. Проблемы гармонизации нормативов загрязнений и пути их решения. Гигиена и санитария. 2012; 5: 5-8.
Рахманин Ю.А., Новиков С.М., Шашина Т.А., Скворцова Н.С. Современные проблемы оценки рисков и ущербов здоровью от воздействия факторов окружающей среды. Гигиена и санитария. 2007; 5: 18-20.
Рахманин Ю.А., Шашина Т. А., Унгуряну Т.Н., Новиков С.М., Скворцова Н.С., Мацюк А.В. и др. Характеристика количественных значений региональных факторов экспозиции на исследуемых территориях. Гигиена и санитария. 2012; 6: 30-3. Новиков С.М., Ревазова Ю.А., Розенталь В.М., Корсунская И.М., Зыкова И.Е., Хрипач Л.В. и др. Методологическая схема обследования городского населения с многоуровневыми оценками экспозиции загрязнителями атмосферного воздуха. Гигиена и санитария. 2007; 5: 65-7. Руководство Р 2.1.10.1920-04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. М.; 2004.
10. Хей Дж. Введение в методы байесовского статистического вывода. М.: Финансы и статистика; 1987.
References
1. Revich B.A., Avaliani S.L., Tikhonova G.I. Environmental Epidemiology: A Text Book for High Schools [Ekologicheskaya epidemiologiya: Uchebnik dlya vysshikh uchebnykh zavedeniy]. Moscow: Izdatel'skiy tsentr «Akademiya»; 2004. (in Russian)
2. Novikov S.M., Shashina T.A., Abalkina I.L., Skvortsova N.S. Risk of Exposure to Chemical Pollution of the Environment on Human Health - From Assessment to Action [Risk vozdeystviya khimicheskogo zagryazneniya okruzhayushchey sredy na zdorov'e naseleniya - ot otsenki k prakticheskim deystviyam]. Rakhmanin Yu.A., ed. Moscow: IT «Adamant""»; 2003. (in Russian)
3. Avaliani S.L., Balbus Dzh., Golub A.A., Davydova N.G., Stru-kova E.B., Safonov G.V. Management of the Environment Based on the Methodology of Risk Analysis. Tutorial [Upravlenie okruzhayushchey sredoy na osnove metodologii analiza riska. Ucheb-noe posobie ]. Moscow: Teis; 2010. (in Russian)
4. Avaliani S.L., Novikov S.M., Shashina T.A., Skvortsova N.S., Kislitsyn V.A., Mishina A.L. Problems of harmonization of pol-
Гигиена труда
lution standards and solutions. Gigiena i sanitariya. 2012; 5: 5-8. (in Russian)
5. Rakhmanin Yu.A., Novikov S.M., Shashina T.A., Skvortsova N.S. Modern problems of risk assessment and health damage from exposure to environmental factors. Gigiena i sanitariya. 2007; 5: 18-20. (in Russian)
6. Rakhmanin Yu.A., Shashina T.A., Unguryanu T.N., Novikov S.M., Skvortsova N.S., Matsyuk A.V. et al. Characteristics of quantitative values of regional factors exposure in the study area. Gigiena i sanitariya. 2012; 6: 30-3. (in Russian)
7. Novikov S.M., Revazova Yu.A., Rozental' V.M., Korsunskaya I.M., Zykova I.E., Khripach L.V. et al. Methodological scheme survey of urban population with multi-level exposure estimates air pollutants. Gigiena i sanitariya. 2007; 5: 65-7. (in Russian)
8. Manual P 2.1.10.1920-04. Assessment Guide health risk when exposed to chemicals that pollute the environment. Moscow; 2004. (in Russian)
9. Sasieni P.D., Adams J. Standardized lifetime risk. Am. J. Epidemiol. 1999 ; 149; 9: 869-75.
10. Khey Dzh. Introduction to Bayesian Statistical Inference [Vvedenie v metody bayesovskogo statisticheskogo vyvoda]. Moscow: Finansy i statistika; 1987. (in Russian)
Поступила 11.12.2014
О ГАЛЕЕВА М.Ю., ЧЕБОТАРЕВ П.А., 2015 УДК 613.96:616-092.12-057.875
ГалееваМ.Ю., Чеботарев П.А.
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИ ВЫЯВЛЕНИИ ДОНОЗОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ У СТУДЕНТОВ
УО «Полоцкий государственный университет», 211440, г. Новополоцк, РБ
Изучение риска неблагоприятных изменений рассматрено в аспекте выявления напряжения систем, в особенности ввиду растянутости процесса формирования «состояния» здоровья у молодых людей. Методы исследования - санитарно-гигиенические, медико-статистические с углубленным исследованием индивидуального здоровья. Установлены с присвоением класса условий труда фактически воздействующие уровни санитарно-гигиенических факторов, отражающих факторную нагрузку в учреждениях образования. Выявлено общее направление функциональных изменений по нозологическим формам. Изучение заболеваемости дополнены особенностями механизмов адаптации у студентов на различных этапах обучения. Материалы статьи направлены на совершенствование коррекции состояния здоровья учащейся молодежи.
Ключевые слова: уровни адаптации; факторы среды; здоровье молодежи. Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(5): 65-71.
Galeeva M. Yu., Chebotarev P. A. HYGIENIC AND FUNCTIONAL AND PHYSIOLOGICAL APPROACHES IN THE IDENTIFICATION OF PRENOSOLOGICAL STATES IN STUDENTS
Polotsk State University, Novopolotsk, Republic of Belarus, 211440
The study of the risk for adverse changes assumes and is considered in the study in terms of the revealing of exertion of systems, particularly due to lengthiness of the process offormation of the "state" of health in young people. Methods: sanitatary - hygienic practice, medical statistical with in-depth study of individual health. Results: There were obtained results in the field ofphysiology and hygiene. There were established with assigning the class working conditions actually affecting the levels of sanitation and hygiene, factors reflecting the factor load in educational institutions. There was revealed the general direction of the functional changes according to nosological forms, including in the comparison on different training profiles. The study of the morbidity rate, including the dynamics of individual health was supplemented with features of mechanisms of adaptation in students at different stages of the education. For students of radio engineering profile of training adaptation mechanisms were established at the level of exertion. The data of the paper are aimed at the improvement of the correction of the health status of students.
Key words: levels of adaptation; environmental factors; the health of young people. Received 10.02.14
Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(5): 65-71. (In Russ.)
Для корреспонденции: Галеева Марина Юрьевна, [email protected] For correspondence:Galeeva Marina, [email protected].
