CC BY
3
УДК 614.7:66-07:008
М. Т. Дмитриев
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ГИГИЕНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В новой редакции Программы КПСС намечено удвоение к 2000 г. промышленного потенциала страны, в первую очередь на основе научно-технического прогресса, ускоренного развития и рационального размещения производительных сил, перестройки управленческого аппарата и всего народного хозяйства. Несомненно, такой социально-экономический рост промышленности и народного хозяйства не должен сопровождаться загрязнением окружающей среды, повышением заболеваемости, ухудшением демографических показателей. Более того, одновременно с ростом потенциала страны на основе научно-технического прогресса имеется возможность резко уменьшить загрязнение окружающей среды и существенно снизить заболеваемость населения. Как указывалось в Политическом докладе ПК КПСС XXVII съезду партии, «социализм с его плановой организацией производства и гуманистическим мировоззрением способен внести гармонию во взаимоотношения между обществом и природой». Эти гениальные установки существенно повышают значимость гигиены окружающей среды в целом и роль одного из ее важных разделов—методов определения токсичных веществ в различных объектах: атмосферном воздухе, воде, почве, пищевых продуктах, биологических материалах и организме, их применения для изучения трансформации веществ и гигиенической оценки загрязнения окружающей среды.
Перспективы развития физико-химических методов при решении гигиенических проблем были рассмотрены методической комиссией по физико-химическим методам исследований при проблемной комиссии союзного значения «Научные основы гигиены окружающей среды». Окружающая среда обычно загрязняется многокомпонентной смесью токсичных веществ, состав которой тесно связан с характером производств. Концентрации вредных веществ сильно колеблются и зависят от технологического режима предприятий, состава сырья, состояния аппара-
тов и др. Такие сложные многокомпонентные системы необходимо количественно расшифровывать, для этого нужны методы, отвечающие высоким требованиям по чувствительности, избирательности, точности, производительности. Поэтому решение современных гигиенических проблем невозможно без проведения эффективных физико-химических исследований атмосферного воздуха, воды водоемов, питьевой воды, почвы, пищевых продуктов, биосред и других объектов окружающей среды. В первую очередь они необходимы для получения исчерпывающей информации о качестве окружающей среды и о происходящих в воздухе, почве, воде и биологических материалах процессах. Основными задачами исследований в данной области являются разработка перспективных прецизионных физико-химических методов исследования, разработка теории химического процесса в условиях окружающей среды и решение физико-химических проблем, представляющих интерес для гигиены. [2]. Помимо этого, необходимо также разрабатывать и усовершенствовать доступные саиитар-но-химические методы определения токсичных веществ с целью их использования не только в научно-исследовательских институтах, ко и на кафедрах медицинских вузов, при осуществлении санитарного контроля, в системе гидрометеослужбы, санитарно-химических лабораториях на промышленных предприятиях. В задачи химиков, работающих в гигиенических учреждениях, входит и непосредственное проведение гигиенических исследований [3].
Актуальность этих задач можно проиллюстрировать на примере контроля за загрязнением в районах современных производственных комплексов, от которых в окружающую среду поступают многие десятки и даже сотни различных токсичных веществ. Поэтому наиболее существенные результаты в этих случаях были достигнуты при разработке физико-химических методов с использованием газовой хроматографии, масс-спектрометрии, хромато-масс-спектромет-
рии, спектрофотометрии, полярографии, хемилю-минесценции, ионизирующих излучений, в частности рентгеновской флюоресценции [4]. При разработке газохроматографических методов анализа основное внимание обращается на одновременное высокочувствительное и раздельное определение на фоне сложного «букета» сопутствующих веществ многих токсичных соединений, нередко относящихся к одному классу и обладающих близкими физико-химическими свойствами. Вследствие этого обычные методы химического анализа для сложных смесей токсичных веществ недостаточно селективны. Все шире используются газохроматографнческие методы для анализа атмосферного воздуха, воды и биосред. Основное преимущество этого метода — возможность разделения смеси веществ на отдельные компоненты. Обширными возможностями обладает реакционная хроматография. К существенным преимуществам газовой хроматографии следует отнести и относительную быстроту проведения анализа. Однако во многих случаях состав смеси токсичных веществ может быть неизвестным. В этом случае резко повышаются требования к надежности идентификации токсичных веществ, что требует использования масс-спектро-метрии. Масс-спектрометры могут быть состыкованы с газовым или жидкостным хроматографом, в связи с чем все более широкое развитие получает хромато-масс-спектрометрия [9]. Комбинированные методы, например хромато-атом-но-абсорбционный анализ, будут приобретать все большее распространение.
В настоящее время общепризнанно, что физико-химические реакции в окружающей среде имеют важное гигиеническое значение. Это обусловливается высокой реакционной способностью и токсичностью продуктов трансформации веществ. При этом выявлена важная инициирующая роль для атмосферного воздуха двуокиси азота, являющейся основным поглотителем солнечного света у поверхности земли в ближнем ультрафиолете. При фотохимических реакциях в атмосферном воздухе двуокись переходит в возбужденное состояние, обладающее повышенной реакционной способностью, в частности, к органическим соединениям. При передаче энергии возбуждения молекулярному кислороду образуются и его активные состояния, в первую очередь синглетный кислород. Реакции возбужденного кислорода и других окислителей ускоряют окисление окиси азота без эквивалентного поглощения озона. Активный кислород и радикалы трансформируют азотную кислоту в окись и двуокись азота, вовлекают в фотохимические реакции окись углерода.
Основными продуктами реакций органических веществ с синглетным кислородом, возбужденными молекулами и атомами кислорода, а также озоном являются альдегиды, озониды, спирты, кислоты, перекиси, радикалы, причем на
долю последних приходится более 40 % реакций, происходящих в воздухе при воздействии солнечного света. Параллельные реакции органических веществ с окислами азота, особенно в возбужденных состояниях, приводят к образованию нитрозосоединений, в частности пероксиацетил-нитратов. После превышения в воздухе термодинамически равновесных концентраций фотоокси-данты концентрируются на ядрах конденсации, что приводит к резкому повышению содержания взвешенных веществ. Существенную гигиеническую значимость имеет трансформация веществ и в водных средах (например, образование гало-генизированных углеводородов при хлорировании питьевой воды), в почве, в пищевых продуктах, в организме. Недостаточно еще изучена гигиеническая проблема озоносферы, не разработаны рекомендации, направленные на предотвращение ее разрушения, не оценены неблагоприятные последствия для организма и окружающей среды, связанные с истощением озонового слоя атмосферы. Обоснование научных основ гигиенической оценки химических и физико-химических превращений промышленных выбросов также нуждается в дальнейшей разработке.
Более широкого применения заслуживает гигиенический метод физико-химического прогнозирования. Применение этого метода предусматривает предварительное изучение физико-хими-ческих процессов, приводящих к загрязнению окружающей среды. При этом необходимы не только наблюдения над концентрациями токсичных веществ, но и исследование химических реакций, приводящих к загрязнению окружающей среды, выявление максимального числа действующих параметров, создание математической модели. Для промышленных производств в расчетные формулы включаются побочные выбросы целевого продукта, концентрации сопутствующих соединений, трансформация веществ, что позволяет гигиенически оптимизировать технологические процессы, не допуская загрязнения окружающей среды. С помощью этого метода гигиенически регламентированы выделение токсичных веществ полимерными материалами, допустимое их количество в помещениях, воздухообмен в жилых и общественных зданиях [1].
Ряд современных физико-химических методов разработан в последние годы в НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, в частности спектрохимические методы определения тяжелых металлов в объектах окружающей среды и биосредах, газохроматографнческие методы определения спиртов, кислот, альдегидов, алкилпроизводных свинца, метил-бромида, фенола в воздухе, акриловой и мета-криловой кислот, метилметакрилата в воде, рент-генофлюоресценгные методы определения ртути, мышьяка, меди з воздухе и биосредах. Разработаны и успешно применяются в гигиенических исследованиях хромато-масс-спектрометри-
ческие методы определения органических веществ в воздухе, воде, почве и биологических материалах [4]. В Московском НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана в течение ряда лет успешно развивается направление по совершенствованию анализа проб сложного химического состава с использованием спектральных методов — атомно-абсорбциоиного и спектрографического [5, 7]. В последние годы разработано несколько технических решений, защищенных авторскими свидетельствами, расширяющих арсенал методов исследований при проведении оценки воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, в частности тяжелых цветных металлов, на организм. Так, экспрессный способ диагностики интоксикации тяжелыми металлами, поступающими с атмосферным воздухом, основывается на методике кислотного разложения и атомно-абсорбционного исследования объединенной пробы волос, полученной от однородного контингента людей, проживающих в районах с различным ио интенсивности загрязнения воздуха никелем и кобальтом не менее 5 лет [8]. Установлено, что выход за пределы вероятностного нормального уровня соотношения никель/ кобальт, равного 5—15, позволяет ставить вопрос о потенциальной опасности загрязнения воздуха для здоровья населения [6]. Новые методические разработки по повышению чувствительности и точности определения металлов в биологическом материале, в частности в волосах, способствуют успешному внедрению данного направления в гигиенические исследования. В последующие годы внимание будет уделено развитию работ и накоплению данных по оценке прогностической роли соотношений не только никеля и кобальта, но и других элементов в биосубстратах. Определенное место в работах института занимает совершенствование методов газовой хроматографии, сокращение сроков проведения исследований. Для интегральной оценки загрязненности атмосферного воздуха модифицирована методика измерения суммарных концентраций органических веществ (в пересчете на углерод) на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором. Использование очищенного воздуха в качестве газа-носителя и незаполненной колонки в сочетании с оптимально подобранными условиями определения позволили конструктивно упростить осуществление методики, обеспечить высокую чувствительность (0,1 мг/м3) и экспрессность анализа.
Успешно разрабатывают физико-химические методы определения токсичных веществ НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, ЦОЛИУВ, Пермский политехнический и Пермский медицинский институты, Горьковский НИИ гигиены труда и профзаболеваний, Алма-Атин-ский НИИ краевой патологии, Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Мар-зеева, Ташкентский НИИ гигиены и санитарии.
В настоящее время городские, областные и республиканские СЭС оснащены современными физико-химическими методами (хроматографией, полярографией, спектрофотометрией), позволяющими проводить объективный контроль за загрязнением окружающей среды. Следует быстрее внедрять прогрессивные методы организации работы в лабораториях СЭС, например создание межрайонных, централизованных лабораторий на базе городских СЭС. Благодаря таким формам организации повышается профессиональный уровень лабораторных работников, резко увеличивается загрузка физико-химических приборов, возникает возможность работы прибороз в две смены. Одним из перспективных методов анализа, характеризующихся высокой чувствительностью, избирательностью, точностью, произво- & дительностыо при определении большой группы ^ металлов, является атомно-абсорбционная спектрометрия. Поэтому возникает вопрос о быстрейшем внедрении этого метода и в практику СЭС.
В настоящее время имеется определенный разрыв между довольно высоким стационарным оснащением лабораторий аналитической аппаратурой и недостаточным решением вопроса о внедрении экспресс-анализаторов и приборов для регистрации содержания примесей в объектах окружающей среды непосредственно в полевых условиях, постах систематического наблюдения. Для определения этого разрыва необходимы более широкий выпуск портативных газовых хроматографов, полярографов, хемилюминесцентиых, лазерных, ионизационных, флюоресцентных и других газоанализаторов и оснащение этими приборами работников санэпидслужбы и гидро-метслужбы. Необходима также более обширная разработка полуавтоматизированных методов, основанных на использовании высокопроизводительных стационарных установок с экспресс- ^ ным отбором проб в полевых условиях.
Отечественной промышленностью выпускается достаточно большое количество газовых хроматографов. К сожалению, большинство из них не имеют несложных приспособлений, предназначенных для анализа концентраций токсичных веществ, соответствующих уровню ПДК. Необходимы выпуск сорбентов для отбора проб (типа теиакса и др.), выпуск и обеспечение контролируемых служб приборами для определения сернистого газа и ряда других токсичных неорганических газов. Следует более широко использовать жидкостную хроматографию. Недостаточно еще применяются ион-селективные электроды. Кроме того, еще далеко не исчерпаны возможности простейших методов на основе индикаторных растворов, трубок с реагентами, использования полупроводниковых датчиков, ионизационных камер и др. Необходимо дальнейшее развитие постоянно действующего контроля за содержанием токсичных веществ в выбросах на про-
изводствах с целью управления качеством и оздоровления окружающей среды.
Наша страна переживает в настоящее время переломный, революционный момент, перестройку. Обоснована и принята концепция ускорения, главным средством ее осуществления является научно-технический прогресс. К абсолютно необходимым условиям и непременным его предпосылкам следует отнести опережающие научные исследования, быстрейшее внедрение их результатов в практику. В связи с этим необходимо значительно повысить научный уровень исследований по разработке методов определения токсичных веществ для ускоренного решения актуальных проблем гигиены окружающей среды.
Литература
1. Губернский Ю. Д., Дмитриев М. Т. II Гиг. и сан.—
1987. — № 4.— С. 24.
2. Дмитриев M. Т. // Профилактическая токсикология. — М„ 1984. — Т. 2. — С. 73.
3. Сидоренко Г. И., Дмитриев М. Т. // Унифицированные методы определения атмосферных загрязнений. — М.,
1976.— С. 9.
4. Физико-химические методы исследования окружающей среды. — М., 1980.
5. Юдина Т. В., Егорова М. В., Анисимова 3. А. // Открытия. — 1985. — № 21.
6. Юдина Т. В., Егорова М. В. //Там же.— 1983. — № 34. —С. 169.
7. Юдина Т. В., Егорова М. В., Анисимова 3. А. // Гиг. и сан. — 1986. — № 9. — С. 52.
8. Юдина Т. В., Гильденскиольд Р. С., Егорова К. В., Кагиров В. Н. // Открытия. — 1986. — № 9. _ С. 219.
9. Dmitriev M. T., Rastyannikov E. G., Malysheva A. G. // Inter. Lab.— 1986, —Vol. 16, N 5. — P. 40.
Поступила 20.04.87
УДК 614.72:546.3)-07:612.014.46.014.49
В. М. Пазынич, В. И. Чинчевич, В. Ф. Гагара, Ю. Д. Сушко
УЧЕТ АДАПТАЦИОННЫХ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКОМ РЕГЛАМЕНТИРОВАНИИ АЭРОЗОЛЕЙ МЕТАЛЛОВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ
Запорожский медицинский институт
Одной из основных задач гигиены является повышение точности и надежности гигиенических регламентов. Для решения этой проблемы на современном научном уровне особое значение приобретают исследования по установлению количественных критериев и обоснованию методов выявления адаптационных реакций организма при воздействии факторов окружающей среды [9— 13]. Однако в практике гигиенического регламентирования химических загрязнений атмосферного воздуха пороговые и предельно допустимые концентрации вредных веществ устанавливаются, как правило, без учета состояния процесса адаптации организма.
При изучении влияния химических факторов на организм следует рассматривать две составляющие процесса адаптации: адаптацию организма к действию конкретного вещества и его влияния на адаптацию организма к условиям окружающей среды. В этом смысле представля--ет интерес изучение общих неспецифнческих адаптационных реакций организма. При этом в ответ на слабые раздражители в организме развивается общая неспецифическая адаптационная реакция «тренировки», а в ответ на раздражители средней силы реакция «активации» [1].
Для каждой из этих адаптационных реакций характерны свой комплекс изменений в функциональном состоянии центральной нервной системы (ЦНС), эндокринной системы, обмене ве-
ществ и определенное соотношение форменных элементов белой крови.
В связи с изложенным в настоящей работе проведен обобщающий анализ результатов изучения общих неспецифических адаптационных реакций организма и пороговых эффектов по общетоксическому действию аэрозолей металлов в условиях круглосуточных ингаляционных затравок экспериментальных животных. Экспериментальные исследования проведены на 260 белых крысах-самцах массой 150—200 г, распределенных на опытные и контрольные группы с использованием 18 концентраций оксида магния, диоксида марганца, оксида висмута и молибдата аммония. Средние концентрации аэрозолей магния в затравочных камерах составили 3±0,15, 2,2± ±0,13, 1±0,05, 0,39+0,01, 0,12±0,02 мг/м3, аэрозолей марганца —4±0,22, 0,31±0,044, 0,1±0,007, 0,02±0,002 мг/м3, аэрозолей висмута — 20,7±3,8, 7,3±0,47, 3,7±0,20, 2,2±0,14, 0,81±0,07 мг/м3; аэрозолей молибдена — 34,3±4,61, 10,40±0,99, 4,41 ±0,38, 1,22±0,13 мг/м3. Продолжительность затравки подопытных животных аэрозолями металлов в изучаемых концентрациях устанавливали в зависимости от времени развития в организме исследуемых эффектов.
Развитие в организме животных общей неспецифической адаптационной реакции «тренировки» определялось по характерным проявлениям. На электроэнцефалограмме (ЭЭГ) 1 в отведениях от соматосенсорной и зрительной областей
