"RVU" КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ ДЕКОНТАМИНАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ЗДАНИЙ ПОСЛЕ АВАРИЙ И ХИМИЧЕСКИХ ТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ АКТОВ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ДИСКУССИЯ

УДК 615.9 : 614.8

«RVU» как потенциальные стандарты деконтаминации химических загрязнителей зданий после аварий и химических террористических актов

Филатов Б.Н.1, Британов Н.Г. 1, Кирюхин В.Г. 1, Точилкина Л.П. 1, Ходыкина Н.В. 1, Новикова О.Н. 1, Шалагина Т.А. 1, Волчек К. 2

1ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА России, г. Волгоград, Россия

2«Научно-технический центр Министерства по охране окружающей среды Канады», г Оттава, Канада

Основой стратегии обеспечения безопасности людей при чрезвычайных ситуациях, связанных с применением экстремально опасных химических веществ, избрано установление предельно допустимых доз комплексного воздействия хемотоксикантов. В качестве стандартов деконтаминации предлагаются «RVU» - относительные единицы, представляющие собой 1/10 часть предельно допустимых доз для изолированных путей поступления, RVU имеют постоянные значения, универсально применимы и предназначены как для количественной характеристики вклада отдельных составляющих комплексной дозы в конечный эффект,

так и для интегральной оценки опасности комплексного воздействия.

Ключевые слова: Vx, комплексное действие, предельно допустимая доза, относительная условная единица «RVU», стандарты деконтаминации

Введение. Система противохимической защиты при чрезвычайных ситуациях с несанкционированным поступлением во внешнюю среду больших количеств опасных хемотоксикантов предусматривает меры по очистке загрязнённых зданий и сооружений. Арсенал современных технологий деконтаминации весьма обширен и включает физические, механические, химические и биологические методы. Наряду с ними рассматривается возможность обезвреживания опасных химических веществ посредством их естественного разложения и ослабления токсичности [1]. Очевидным преимуществом спонтанной деградации является низкая вероятность нанесения ущерба инфраструктуре и отсутствие отходов, основным недостатком - зависимость эффективности от метео- и микроклиматических условий. В случаях, когда после деконтаминации, проведённой иными методами, уровень загрязнения продолжает оставаться для человека всё ещё небезопасным, значение данного способа очистки существенно возрастает. Принимаемые в этих ситуациях управленческие решения должны быть адекватны степени потенциального риска здоровью экспонируемых контингентов, и научно обоснованные стандарты очистки призваны стать как критерием эффективности деконтаминации, так и стратегически важным элементом долговременной и надёжной защиты здоровья людей, возвращающихся в восстановленные здания.

Однако подходы к обоснованию стандартов деконтаминации на сегодняшний день развиты недостаточно. Общеизвестно, что методологически основу разработки гигиенических регламентов составляют исследования преимущественно изолированного действия химических соединений. Между тем в результате массирован-

ного выброса экстремально опасных химических веществ при чрезвычайных ситуациях следует ожидать одновременного загрязнения сразу нескольких сред. Поступление хемотоксикантов в организм также будет происходить одновременно из нескольких сред - при вдыхании загрязнённого воздуха, контакте с загрязнёнными поверхностями, приёме загрязнённой пищи и воды и т.п. Поэтому очевидно, что фактический вред здоровью сможет быть определён корректно только на основе оценки комплексного химического воздействия на человека. Это признаётся и зарубежными, и российскими учёными [2-4] и делает неизбежным «смену парадигм» - определённый отход от принципов традиционного нормирования и сближение с подходами, активно развиваемыми в экотоксикологии и максимально реализованными в токсикологии пестицидов [5-7].

Для обоснования медико-санитарных оценок обстоятельств химических инцидентов и поддержки принятия управленческих решений предложен собственный интегрированный подход к оценке опасности комплексного действия контаминантов. Подход базируется на прогнозировании скорости спонтанного снижения загрязнения воздуха и рабочих поверхностей, принципе суммации (расчёте суммарного ингаляционного и перкутанно-го поступления хемотоксиканта в организм) и предупреждении токсического воздействия путём установления величин предельно допустимых доз (Permissible total dose) для одного дня и всего рабочего стажа [3,8]. При этом под предельно допустимыми дозами (PTD, или PD tot) понимаются количества вещества в мг/кг,

которые при комплексном поступлении в организм человека в течение одного 8-часового рабочего дня или при хроническом воздействии не приводят к заметному дискомфорту, раздражению слизистых глаз и кожи и снижению работоспособности [3,8].

Обоснование величин предельных доз проводится по данным литературы или экспериментальным путём. Для их расчёта используются ключевые параметры острой и хронической токсичности веществ при вероятных путях поступления в организм. Решающими являются сведения о величинах максимально недействующих уровней - ЫОЛЕЬас и ЫОЛЕЬскг.

RVU, позволяет дать количественную характеристику вкладу ингаляционной и перкутанной составляющих в эффект комплексной дозы.

где: UF (uncertainty factor) - коэффициент неопределённости;

a (animal) - животное; h (human) - человек.

Самой высокой приоритетностью обладают гигиенические нормативы содержания токсиканта в различных средах, установленные для человека и уже имеющие ту или иную законодательную силу: ПДК, АПВ, ПДУ, PEL, TLV-TWA, WPL, GPL, AEGL. В их отсутствие возникает необходимость информационного поиска релевантных данных, либо экспериментального определения и расчёта недействующих уровней для изолированных путей одно- или многократного поступления данного ве-

ВДРШО? Ярп1ниУМь>(а)

Одн.аквпи'при наличии всех требуемых данных вычисление предельных доз по вышеприведённым формулам, логичное с теоретических позиций, на практике встреча-книяЖОАЕйЬсй. {ому служит недостаточность

ет затр®

экотерймейтальных ударных о реальных последствиях комплексного воздействия ксенобиотиков, тем более на подпороговых уровнях.

Из литературы известны различные способы количественной оценки комплексного действия ксенобиотиков [6,9]. В качестве альтернативного критерия токсичности и опасности совместного поступления хемотоксикантов в организм в развитие ранее описанного подхода [3,8] введён новый токсопараметр - относительная единица, или Relative value unit (RVU). RVU представляет собой 1/10 часть предельно допустимых доз острого и хронического воздействия вещества для каждого из изолированных путей поступления. При учёте ингаляционного и перкутанного путей поступления токсикант, таким образом, должен быть охарактеризован четырьмя видами RVU:

Введение данного токсопараметра даёт два важных преимущества.

Первое. Деление доз, рассчитанных для изолированных путей поступления (Б'"®, ДшГ) на соответствующие

Представляется особо важным отметить, что в конкретных ситуациях в силу их индивидуальных особенностей баланс между составляющими может установиться при их разном соотношении. Вероятным следствием этого станут различия в величинах предельно допустимых доз острого воздействия одних и тех же веществ в разных обстоятельствах.

Второе. Из определения RVU следует, что любая предельно допустимая доза при изолированном воздействии равна 10 RVU. Так, предельно допустимая ингаляционная доза равна 10 ингаляционным RVU, предельно допустимая перкутанная доза - 10 пе ркутанным RVU. Логично предположить, что потолочным значением предельно допусргаой тотальной дозы также даЕКны стать

ингаладоснйнк!х;-перкутанны1х,

пероральных и10юбых других теоретически) и практически возможных. С этих позиций RVU можно рассматривать как критерий безопасности/опасности комплексного действия, а величину 10 RVU - как сигнальную, указывающую на снижение загрязнения до безопасного уровня.

Таковы опорные моменты концепции. Вместе с тем очевидно, что корректность любых теоретических посылов требует экспериментальной проверки. В данном случае она была проведёна на примере боевого отравляющего вещества Vx в условиях однократного комплексного воздействия на лабораторных крыс.

ЩЙТериалы иметоды исследований я. В эксшримен-тахТЮТЩьзовали образец Vx (О-изобути-= в-М" ди^-

ээтантиолового эфира мйИЛфюфоновой кислоты, CAS # 159939-87-4) с массовой долей вещества 92%. Биообъектом исследования служили белые нелинейные крысы самцы массой тела 220-260 г.

Как наиболее вероятные в реальной обстановке пути поступления токсиканта в организм рассматривали ингаляционный и перкутанный. Однако ввиду наличия объективных препятствий к проведению ингаляционных опытов воздействие Vx через дыхательные пути имитировали внутрибрюшинным введением. Рабочие растворы вещества инъецировали внутрибрюшинно и наносили на кожу из расчёта 0,1 мл на 100 г массы тела животного. Шерстный покров с расположенных на спине участков аппликации площадью 4х4 см2 удаляли за сутки до эксперимента. Экспонирование проводили открытым способом в течение 4 часов при температуре окружающего воздуха 18-22°С.

При планировании исследований исходили из примата антихолинэстеразного механизма острого токсического действия Vx [10-12]. Последствия контакта с веществом оценивали по влиянию на ацетилхолинэстеразу (АХЭ) эритроцитов, активность которой по окончании экспозиции определяли методом Хестрина в модификации Панюкова [13]. При установлении Lim sp (или LOAELa) в качестве критериально значимого уровня инактивиро-вания энзима рассматривали снижение активности АХЭ на 25% по сравнению с контролем [14,15].

Достоверность различий энзимологических показате-

лей выявляли с использованием критерия Стьюдента. Параметры острой токсичности (LD50 и ED50) рассчитывали методом пробит-анализа по Миллеру-Тейнтеру [16]. Эвтаназию крыс осуществляли путём декапитации в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных». Общее количество подопытных животных составило 224 особи

Результаты и обсуждение. Исследования по оценке последствий комплексного поступления Vx начали с предварительного определения величин RVU его острого перкутанного и интраперитонеального изолированного воздействия. С этой целью после воспроизведения ранее полученных величин ЛД50 установили Lim sp (или LOAELac) вещества при апплицирова-нии на кожу и внутрибрюшинном введении, которые составили приблизительно 1/100 и 1/50 части ЛД50 соответственно. Полученные в эксперименте максимально недействующие дозы, или NOAEL sp, в обоих случаях были в 2 раза ниже порогов. Введение к ним фактора неопределённости UF = 10 для компенсации меж- и внутривидовых различий позволило получить безопасные для человека при однократном воздействии дозы ОВ, рассчитать соответствующие RVU(RVUcut составила 2,5*10~5 мг/кг, RVUip - 3,2* 10-6 мг/кг) и выразить в них основные токсопараметры Vx (таблица 1):

ас

ас

ас

ас

ас

Таблица 1

Исходные данные для изучения комплексного действия Vx

ВОЗДЕЙСТВИЕ Vx

перкутанное интраперитонеальное

параметр часть LD50 число RVU параметр часть LD50 число RVU

LD50 1 20000 LD50 1 10000

LOAELOC (а) 1/100 200 LOAEImF (а) 1/50 200

NOAEL si (а) 1/200 100 NOAEL JP (а) 1/100 100

PD Si 1/2000 10 PD ас? 1/1000 10

Используя полученные данные как исходные, при- исследованиях с применением заведомо действующих ступили к изучению комплексного действия Vx. Экспе- доз Vx, существенно превышающих предельно допус-рименты этой серии подчинили решению двух основ- тимую (таблица 2): ных задач. Первая заключалась в проверке безопасности расчётной предельно допустимой тотальной дозы, вторая состояла в определении критериальной роли RVU в

Таблица 2

Испытуемые уровни воздействия Vx

СУММАРНАЯ ДОЗА Vx

соответствующая PD tot а превышающая PD tot ас

Е RVUс = 10 Е RVUас = 100 Е RVUас = 200 Е RVUс = 400 Е RVUас = 1420

количество RVU ip + количество RVU ^

2,5+7,5 355+1065

5,0+5,0 50+50 100+100 200+200 710+710

7,5+2,5 1065+355

Техническое выполнение эксперимента сводилось к следующему: животным внутрибрю-шинно инъецировали Vx, через 10-15 секунд апплицировали вещество на участок кожи размером 16 см2 и после 4-часовой экспозиции проводили определение активности ацетилхо-линэстеразы.

При проверке безопасности PDtot исходили из того, что для человека сумма RVU и RVU"-1 не должна превышать 10. В то же время учитывали, чтасо для животных предельно допустимой дозой является экспериментально установленный NOAELsp , что при использованном UF = 10 означало, что для крыс сумма тех же RVU может достигать 100. Поэтому проверку безопасности предельно допустимой тотальной дозы выполнили в двух вариантах, когда у животных оценивали последствия комплексного воздействия Vx как в дозе, равной 100 RVU,

так и дозе, соответствующей 10 RVU, причём в последнем случае использовали разные соотношения интраперитонеальной и перкутанной составляющих (таблица 2).

Проведённые исследования показали, что ни при одном из испытанных сочетаний RVUlp и RVUcut антихолинэстеразный эффект Vx не носил статистически достоверного и клинически значимого характера. Амплитуда отклонений активности энзима от контрольного уровня была сравнима с теми сдвигами, которые вещество индуцировало при изолированном поступлении в организм в сопоставимых по величине дозах - 10 RVUlp и 10 RVUcut, либо 100 RVUlp и 100 RVUcut (Таблица 3):

Таблица 3

Антихолинэстеразное действие Vx на уровне предельно допустимых доз

Уровни воздействия Группы животных Отклонения активности АХЭ от контрольного уровня,%

2,5 RVUс- + 7,5 RVU ip -1,2

5,0 RVU с" + 5,0 RVU ip +7,9

PD tot (h) 7,5 RVUсu + 2,5 RVU ip -4,3

10,0 RVU a" +4,2

10,0 RVU ip +1,2

50,0 RVU с" + 50,0 RVU p -12,1

PD tot (а) 100,0 RVUсu -9,9

100,0 RVU p -4,9

Получив в данной серии опытов доказательства безопасности обоснованных предельно допустимых тотальных доз, приступили к решению второй задачи: исследования продолжили, перейдя с уровня NOAELsp на более высокий - уровень пороговых доз (LOAELsp).

Первоначально провели сравнасительную оценку анти-холинэстеразной активности Vx при изолированном и

комплексном поступлении в организм в дозах, соответствующих порогу острого специфического действия: 200 RVUcut, 200 RVUlp и 200 RVUtot, представленных суммой 100 RVUlp и 100 КУ^ . Было установлено, что независимо от способа воздействия (изолированное или комплексное), контакт с веществом в дозе, равной 200 RVU, приводил к практически одинаковому ингибирова-

нию ХЭ порядка 26-33%. Увеличение суммарной дозы Ух в 2 раза (до 400 RVUtot, состоящих из 200 RVU'p и 200 RVUcut) сопровождалось развитием существенно более значительного ингибирующего эффекта, когда угнетение фермента составляло уже 45,1% (таблица 4):

Таблица 4

Достоверные сдвиги активности ацетилхолинэстеразы под действием Vx в дозах,

близких 10АЕ1$р

ас

Уровень воздействия Доза Vx Состав суммарной дозы Относительная активность АХЭ, % к контролю

LOAELacp 200 RVUcut 67,3

200 RVU'p 73,6

200 RVUto 100 RVU'p+100 RVUcut 71,4

2 LOAEL ap 400 RVUto 200 RVU +200 RVUcut 54,9

Полученные данные подтвердили, что антихолинэс-теразный эффект при комплексном поступлении Vx в организм подчиняется прямой дозовой зависимости и, следовательно, есть веские основания рассматривать содержание RVU в тотальной дозе как адекватную меру её токсичности и опасности.

Одновременно из проведённых наблюдений вытекало предположение, что эффект воздействия суммарной дозы должен определяться общим количеством входящих в неё RVU, но не должен зависеть от набора RVU, определённых для изолированных путей поступления

(RVUip, RVU™', RVU'ng, RVUoral и т.д.).

Предположение подвергли проверке в специальном опыте. Суммарную дозу Vx увеличили в 3,5 раза, подняв её с 400 до 1420 RVUtot . Ожидаемую степень угнетения фермента (~ на 80%) прогнозировали на основе анализа дозовой зависимости энзимингибирующей активности Vx при изолированных путях поступления в организм и выбора изоэффективных доз, вызывавших заданное значение показателя. Для ~80%-ного ингибирования такими дозами явилась доза 1270 RVUcut (~0,032 мг/кг) при накожном нанесении вещества и доза 1560 RVUip (~0,008 мг/кг) - при внутрибрюшинном введении. Свойства средней арифметической этих доз (1420 RVUtot) и

стали предметом дальнейшего исследования.

Комплексное воздействие Ух в избранной дозе оценивали при компоновке её различным количеством RVU'p и RVUcut- в соотношении 1:1, 3:1 и 1:3. Как видно на графике, при апробированных комбинациях разных видов RVU суммарная доза 1420 RVUtot индуцировала практически один и тот же антихолинэстеразный эффект: степень угнетения составляла соответственно 81,9; 83,4 и 84,2% (рисунок 1).

Равноэффективность всех испытанных вариантов изолированного и комплексного воздействия Ух полностью отвечала теоретическим ожиданиям и была принята как доказательство корректности проверяемого предположения.

Л <ц

S

Я

«

а о а.

s ю S

с я Я

100-1

908070605040302010-

Рис. 1. Антихолинэстеразное действие Vx на уровне эффективных доз.

ш1Вш *

0-1

/J

i

- Ip составляющая Р Cut составляющая

1420 1 420 1 420 1 270 1560

ДОЗА Ух: количество RVU

Заключение. Экспериментально подтверждённая безопасность расчётной предельно допустимой тотальной дозы однократного воздействия вещества Ух свидетельствует, что избранная стратегия обеспечения безопасности людей путём ограничения, или нормирования комплексного поступления контаминанта в организм в принципе верна.

Количество конкретных RVU в дозе адекватно характеризует вклад отдельных составляющих в эффект суммарной дозы, однако опасность комплексного действия в целом определяет только их общий набор. В отличие от предельно допустимых тотальных доз, имеющих «плавающие» значения, величины RVU постоянны, что ещё более укрепляет их позиции как критериев токсичности и опасности комплексного воздействия. Эти свойства К^ вкупе

с возможностью их применения в любых конкретных обстоятельствах с чёткой перспективой принятия обоснованного индивидуализированного решения делает их токсопа-раметрами, на сегодняшний день наиболее приемлемыми для выбора в качестве стандартов деконтаминации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Volchek, K., M. Fingas, M. Hornof, L. Boudreau, L. Duncan, and J. Krishnan, "Review of Decontamination and Restoration Technologies for Chemical, Biological, and Radiological/Nuclear Counter-terrorism", Manuscript Report EE-176, Environment Protection Service, Environment Canada, Ottawa, ON, 2005.

2. МакКин Д., Сонник-Муллин С. Цели очистки, основанные на оценке рисков для внутренних поверхностей // Материалы международного семинара «Очистка зданий и сооружений,загрязнённых в результате химического терроризма» 11-13 сентября 2006 года. Москва, Россия. - Москва: МНТЦ, 2006.

3. Кирюхин в.г., Масленников А.А., Точилкина Л.П. Обоснование подходов к разработке регламентов деконтаминации // Материалы международного семинара "Предупреждение и устранение последствий химически опасных чрезвычайных ситуаций, обусловленных терроризмом и промышленными авариями" 18-20 сентября 2007 года. Санкт-Петербург. - Москва: МНТЦ, 2007. - С. 266-275.

4. Тревор Ламли. Разработка стандартов деконтаминации зданий и сооружений, пострадавших в результате террористических актов с применением химического и биологического оружия // Там же, с. 287-301.

5. Курляндский Б.А., Филов В.А. Общая токсикология. - М.: Медицина, 2002. - 608 с.

6. Каган Ю.С. Способ количественной оценки комбинированного и комплексного действия на организм химических и физических факторов внешней среды // Гиг. и сан., 1973. - № 12. - С. 89-91.

7. Спыну Е.И. Принципы и пути оценки профессионального риска комплексного действия пестицидов // Мед. труда и пром. экология, 1999. - №8. - С. 16-20.

8. Филатов Б.Н., Британов Н.Г., Кирюхин В.Г., Масленников А.А., Точил-кина Л.П., Клаучек В.В. Разработка стандартов безопасности после деконта-минации поверхностей помещений, загрязнённых в результате химических чрезвычайных ситуаций // Химическая и биологическая безопасность. - 2007, № 6 (36). - С. 3-9.

9. Жолдакова З.И., Синицина О.О. Единые подходы к оценке токсичности и опасности химических веществ, поступающих в организм с воздухом, во-

дой и пищей // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 2004. - Т. ХЬУШ. - №2. - С. 25-34.

10. Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества / Под ред. Г.А. Сокольского. - М.: Военное издательство, 1990. - 271 с.

11. Куценко С.А., Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н. и др. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита: Учебник / Под ред. С.А. Куценко. - СПб: ООО «Издательство ФОЛИАНТ», 2004. - 528 с.

12. Кузнецова Е.А., Жуков В.Е., Колодий Т.И. Экспериментальное обоснование аварийных пределов воздействия Ух в воздухе рабочей зоны // Токсикологический вестник, 2009. - №2. - С. 6-8.

13. Панюков А.Н. О применении метода Хестрина для раздельного измерения активности холинэстераз // Вопросы медицинской химии, 1966. - Т. 12. - Вып. 1. - С. 88-95.

14. Калинина Н.И. К вопросу о стандартах безопасности при уничтожении химического оружия // Токсикологический вестник, 1994. - №3. - С. 6-9.

15. Шкодич П.Е., Калинина Н.И. Токсико-гигиенические аспекты стандартизации аварийных ситуаций при уничтожении химического оружия // Российский химический журнал, 1993. - Т. XXXVII. - №3. - С. 79-82.

16. Беленький М.Л. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта. - М.: Гос. изд. мед. литературы, 1963. - 152 с.

Filatov B.N.1, Britanov N.G. Kiryukhin V.G. Tochilkina L.P. Khodykina N.V. Novikova O.N. 1, Shalagina T.A.1, Volchek K. 2

RVUs as potential standards for detoxification of chemical pollutants in buildings after accidents and chemical terroristic acts

institute of Hygiene, Toxicology and Occupational Pathology, Volgograd

2Researchanel Technical Center, Ministry of the Environment of Canada, Ottawa

The determination of maximum allowable doses of a complex exposure to chemical toxicants was chosen as a basis of the strategy to ensure safety of humans in emergency situations associated with the use of extremely hazardous chemicals. RVUs being relative units and presenting 1/10 part of maximum allowable doses for isolated pathways are suggested as decontamination standards. RVUs have constant significancy, are universally used and designed both for quantitative characterization of the contribution brought by individual components of the complex dose to the end effect and for an integral assessment of a complex exposure hazard.

Материал поступил в редакцию 16.06.2009 г