Расчет риска токсических эффектов при техногенном химическом загрязнении атмосферного воздуха

В течение долгого времени оценка риска для здоровья человека, обусловленного загрязнением окружающей среды, была уделом экспертов в области токсикологии, экологии и гигиены. Это было связано с необходимостью учета огромного количества факторов, определяющих характер воздействия вредного вещества на организм человека. В настоящее время разработаны методики, позволяющие получать приближенные оценки риска на основании некоторых обобщающих показателей (класс опасности вещества, кратность превышения ПДК и т. д.).

Неблагоприятные изменения здоровья людей, связанные с повседневным или профессиональным контактом с токсичными веществами, в общем случае имеют вероятностный характер. Это объясняется значительными вариациями в состоянии здоровья людей, а также невозможностью точно контролировать такие определяющие риск параметры, как доза, время контакта, специфика поступления вещества в организм и т. д.

Для характеристики частоты негативных изменений в состоянии здоровья людей в медицинской статистике используют термин «заболеваемость».

Заболеваемость — статистический показатель, определяемый как отношение числа заболевших к средней численности населения на территории наблюдения в период, к которому относится расчет этого показателя'.

где 3 — заболеваемость, 1/год; p (N₃) — частота заболевания, человек/год; N — численность населения, человек.

Заболеваемость — величина, имеющая размерность потенциального риска, близко связанная с понятием экологического риска, однако не тождественная ему. Риск следует рассматривать как дополнительную заболеваемость, связанную с поступлением в организм токсикантов:

где а — фоновая заболеваемость, 1/год; b — коэффициент пропорциональности; Я_л — риск заболевания, 1/год.

Риск заболевания является функцией дозы токсиканта, поступившего в организм среднего представителя данной группы населения за всю жизнь. Применительно к загрязнению атмосферы доза токсиканта может быть оценена на основе данных о концентрации токсиканта в воздухе и времени пребывания людей в условиях загрязненной атмосферы.

Для описания негативного влияния загрязнения окружающей среды на состояние здоровья, которое может реализоваться в форме немедленных токсических либо хронических проявлений (в том числе тератоканцерогенных и иммунотоксических), используются, как правило, две группы моделей: пороговые и беспороговые.

Как известно, острая токсичность (немедленные токсические проявления) имеет ярко выраженный пороговый характер. Для оценки риска немедленных токсических эффектов может быть использована модель индивидуальных порогов действия. Применительно к загрязнению атмосферы эта модель может быть в общем виде описана формулой.

где а и b — параметры, зависящие от токсикологических свойств вещества; с — концентрация токсиканта в атмосфере, т — параметр интегрирования.

Риск токсических эффектов представляет собой условный индивидуальный риск, равный вероятности летального исхода (или заболевания) при реализации механизма воздействия.

Интеграл в формуле (2) не может быть выражен через элементарные функции. Для выполнения расчетов следует использовать вычислительную технику или математические таблицы.

Значения коэффициентов а и /; в формуле (1) определяются на основании специальных токсикологических исследований свойств веществ. Для выполнения практических расчетов представляется целесообразным связать коэффициенты а и b со значениями традиционных параметров, применяемых для характеристики токсичности веществ и нормирования их содержания в объектах окружающей среды, таких как класс токсичности вещества, ПДК и т. д. (2):

где ПДК_Л1))— предельно допустимая максимальная разовая концентрация токсиканта в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация при вдыхании в течение 30 мин не должна вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека.

Значения параметров а и b для проведения расчетов приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8

Значение параметров а и b для проведения расчетов по загрязняющим веществам различных классов опасности

Оценка риска, получаемая по приведенному алгоритму, предполагает реализацию сценария, при котором население подвергается воздействию токсиканта, концентрация которого в атмосферном воздухе с (мг/м³), а время экспозиции (время пребывания в загрязненной атмосфере) — не менее 30 мин.

Правая часть уравнения (2) представляет собой функцию от кратности превышения ПДК токсиканта в атмосфере (с/ПДК_{м р}), которая определена в диапазоне от 0 до ⁰⁰ (при с/ПДК_м = 0 параметр интегрирования т обращается в -°°). Зависимость R₃ (риск) от параметра с/ПДК_{м р} представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Зависимость риска возникновения немедленных токсических проявлений от кратности превышения ПДК_{М р} для веществ различных.

классов опасности:

1 — чрезвычайно опасные; 2 — высокоопасные; 3 — умеренно опасные; 4 — малоопасные Для описания риска хронической интоксикации (в том числе канцерогенного риска), связанной с загрязнением атмосферы, часто используется беспороговая (линейно-экспоненциальная) модель:

где UR — единичный риск — коэффициент пропорциональности, связывающий риск и концентрацию токсиканта; с — концентрация или доза токсиканта, оказывающая воздействие в течение времени t р — коэффициент, учитывающий особенности токсических свойств веществ.

Параметры уравнения (3) могут быть выражены в форме, более удобной для практических расчетов:

где ПДК_СС — предельно допустимая среднесуточная концентрация токсиканта в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.

Параметры р и К₃ для времени экспозиции 25 лет приведены в табл. 7.9. Независимо от класса опасности при концентрации вещества меньше ПДК (3=1.

Таблица 7.9

Значение параметров р и К_;| для времени экспозиции 25 лет для проведения расчетов по загрязняющим веществам различных классов

опасности

На рис. 7.2 приведена зависимость риска хронических заболеваний, обусловленных загрязнением атмосферы, от кратности превышения ПДК (величины с/ИДК_сх) для веществ различных классов опасности.

Рис. 7.2. Потенциальный риск заболевания людей как функция кратности превышения концентрации токсиканта в воздухе для веществ различных

классов опасности:

• 1 — чрезвычайно опасные; 2 — высокоопасные; 3 — умеренно опасные;
• 4 — малоопасные