Полная версия

Главная arrow Экология arrow Основы экологического нормирования

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Эффекты взаимного влияния различных воздействий

Сложные воздействия. В реальных ситуациях встречаются практически исключительно сложные воздействия, когда различные субъекты воздействия взаимосвязаны и влияют друг на друга, формируя и изменяя результирующий эффект воздействия.

К сложным воздействиям относятся:

  • • воздействие одного вещества по разным путям воздействия (комплексное);
  • • воздействия нескольких веществ по одному пути (комбинированное);
  • • воздействия других факторов, например физических или биологических наряду с химическими (сочетанное воздействие).

Комплексное воздействие веществ является наиболее распространенным типом воздействия ПС на биообъекты, прямо или опосредствованно «потребляющие» необходимые для жизни ресурсы воздуха, воды и почвы. Например, для человека загрязняющие эти ресурсы токсичные вещества поступают в организм одновременно, но разными путями (ингаляцион- но — через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом, перорально — через желудок с пищей и водой, перкутанно — через кожные покровы), имеет доминирующее значение при определении качества ОС для человека.

Качество каждого компонента ПС тесно связано с проблемой комплексного гигиенического нормирования — одновременного установления гигиенических нормативов содержания вредных веществ в атмосферном воздухе, воде и продуктах питания.

Комплексное нормирование должно быть основано на экспериментальном определении максимальной допустимой дозы для животных, допустимой суточной дозы для человека (с учетом коэффициента запаса, отражающего различный уровень чувствительности человека и животного) и установления соотношения количеств вредных веществ, поступающих в организм из разных компонентов ПС. При этом необходимо учитывать возможность перераспределения химических веществ в биосфере и ПС, так как атмосферный воздух, вода и почва находятся в тесном контакте друг с другом.

Комбинированное действие. Комбинированное действие вредных веществ — это одновременное или последовательное действие на организм нескольких веществ, при одном и том же пути поступления. Причем эти воздействия могут взаимно влиять друг на друга, изменяя суммарный эффект воздействия.

Для простоты рассмотрим возможные изменения эффекта комбинированного воздействия для смеси веществ А и В. В самом простом и распространенном случае, когда вещества не влияют друг на друга, суммарный эффект отражает ПДКСМ по кривой 1 (рис. 4.4). В крайних точках, когда преобладает компонент В (СА = 0) ПДКСМ = ПДКВ, и наоборот, когда СА = 100 ПДКСМ = ПДКд.

В случае, когда вещества влияют на токсичность друг на друга, общий эффект от смеси двух веществ может существенно отличаться от аддитивного эффекта. Если одно вещество снижает токсический эффект другого, то это соответствует антагонизму, т. е. одно вещество является как бы антидотом или ингибитором действия другого (кривая 2). Противоположный вариант — синергизм (или потенциирование) возникает, когда одно вещество усиливает токсическое действие другого (кривая 3). Потенциирование соответствует активации или катализу химической реакции на рецепторе, когда эффект действия смеси выше аддитивного.

Общая схема комбинированного воздействия пары веществ

Рис. 4.4. Общая схема комбинированного воздействия пары веществ: 1 — аддитивность; 2 — антагонизм; 3 — синергизм

Действительно, токсический эффект смеси может быть аддитивным при суммировании эффектов веществ «А» и «В» (кривая /). При взаимном влиянии вещества могут усиливать действие друг друга и давать синергический эффект (кривая 3) или ослаблять действие при антагонизме и показывать в экстремуме меньшие эффекты (кривая 2). по сравнению с аддитивной кривой 1). Естественно величины ПДК такой двухкомпонентной системы обратно пропорциональны величинам токсического эффекта. Так, если СА = 0, то эффект соответствует чистому эффекту компонента В.

Аддитивность (кривая 1) — это одновременное воздействие нескольких веществ с суммарным эффектом воздействия. При этом вещества не оказывают заметного взаимного влияния, и наблюдается простое суммирование эффектов веществ «А» и «В». Так, величину ПДК смеси или раствора (ПДКСМ) можно определить по общей формуле, исходя из содержания компонентов Q (в любой шкале) и их ПДК):

Правило аддитивности может применяться для оценки загрязнения различных компонентов ПС (воздуха, воды, почвы) смесью веществ с помощью показателя КБ:

где KBj — показатель контроля биосферы.

Наиболее часто правило аддитивности применяется к многокомпонентному загрязнению воздуха с учетом фоновой концентрации (Сф ;):

Для особо ответственных зон (заповедных и рекреационных зон, зон санитарной охраны курортов и водных источников) вместо 1 используют более жесткие нормативы чистоты воздуха (0,8—0,9).

Принцип суммирования эффектов используется также применительно к одному объекту. Так, для обеспечения качества ОС при СГН среды обитания человека для одного токсичного вещества используется правило суммирования величин КБ для всех путей и сред, из которых возможно поступление этого вещества. При этом для каждого потребляемого компонента используют свой предельный норматив: для воздуха помещений (ПНпом), потребляемого воздуха (ПНатм), питьевой воды (ПНпв) и пищевых продуктов (ПНпр):

Аналогичным образом для растений рассматриваются концентрации загрязнений в необходимых для жизни компонентах ПС почва, вода и воздух.

При однократном действии аддитивный эффект четко наблюдается для веществ наркотического действия и раздражающих газов: хлора и оксидов азота, оксидов азота и сернистого газа, сернистого газа и аэрозолей серной кислоты. Корректность применения эффекта суммации четко подтверждена в эксперименте на большом количестве многокомпонентных смесей химических соединений. Основные многокомпонентные смеси, для которых подтвержден эффект суммации приведены далее: аммиак, сероводород, формальдегид; азота диоксид и оксид, мазутная зола, серы диоксид; азота диоксид, гексан, углерода оксид, формальдегид; азота диоксид, гексен, серы диоксид, углерода оксид; азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол;

акриловая и метакриловая кислоты;

акриловая и метакриловая кислоты, бутилакрилат, бутилметакрилат,

метилакрилат, метилметакрилат;

ацетальдегид, винилацетат; Ацетон, трикрезол;

ацетон, акролеин, фталевый ангидрид; Ацетон, фенол;

ацетон, ацетофенон; Ацетон, фурфурол, формальдегид и фенол;

ацетофенон, фенол;

аэрозоли пятиоксида ванадия и оксидов марганца; аэрозоли пятиоксида ванадия и сернистый ангидрид; аэрозоли пятиоксида ванадия и триоксида хрома; бензол и ацетофенон;

валериановая, капроновая и масляная кислоты; вольфрамовый и сернистый ангидриды; гексахлоран и фозалон;

  • 2,3-Дихлор-1,4-нафтахинон и 1,4-нафтахинон;
  • 1,2-Дихлорпропан, 1,2,3-трихлорпропан и тетрахлорэтилен;

изопропилбензол и гидропероксид изопропилбензола;

изобутилкарбинол и диметилвинилкарбинол;

метилгидропиран и метилентетрагидропиран;

моно-, ди- и трипропиламины;

мышьяковистый ангидрид и ацетат свинца;

мышьяковистый ангидрид и германий;

озон, диоксид азота и формальдегид;

пропионовая кислота и пропионовый альдегид;

свинца оксид, серы диоксид;

сероводород и дивинил;

сероводород, формальдегид;

сернокислые медь, кобальт, никель, диоксид серы; серы диоксид, серная кислота; серы диоксид, никель металлический; серы диоксид, сероводород;

серы диоксид, оксид углерода, фенол и пыль конверторного производства;

серы диоксид, фенол;

серы диоксид, фтористый водород;

серы диоксид и триоксид, аммиак и оксиды азота;

сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная);

углерода оксид и пыль цементного производства;

уксусная кислота и уксусный ангидрид;

уксусная кислота, фенол, этилацетат;

фурфурол, метиловый и этиловый спирты;

циклогексан и бензол;

этилен, пропилен, бутилен и пентилен.

При совместном присутствии сохраняются ПДК индивидуальных веществ для пар:

Гексиловый и октиловый спирты; диоксид серы и оксид цинка.

Комбинированное действие многокомпонентных смесей. Эффектом неполной суммации при совместном присутствии обладают смеси различных солей:

  • • вольфрамат натрия, парамолибдат аммония, ацетат свинца (коэффициент комбинированного действия (Ккд) равен 1,6);
  • • вольфрамат натрия, мышьяковистый ангидрид, парамолибдат аммония, ацетат свинца (Ккд равен 2,0);
  • • вольфрамат натрия, германия диоксид, мышьяковистый ангидрид, парамолибдат аммония, ацетат свинца (Ккд равен 2,5).

Не обладают эффектом суммации 2-, 3- и 4-компонентные смеси, включающие диоксид азота и /или сероводород и входящие в состав многокомпонентного загрязнения атмосферного воздуха, если удельный вес концентраций одного из них, выраженный в долях соответствующих максимально разовых ПДК, составляет:

  • • в двухкомпонентной смеси — более 80 %;
  • • в трехкомпонентной — более 70 %;
  • • в четырехкомпонентной — более 60 %.

Аддитивное действие встречается весьма часто, и именно этот тип взаимодействия преимущественно чаще всего используют, когда отсутствуют непосредственные экспериментальные токсикометрические исследования. Если исключить весьма редкие синергические эффекты в остальных случаях, предполагая аддитивность, мы как бы вводим определенные коэффициенты запаса, характерные для многих приближенных расчетов и прогнозов в токсикометрии. Полагают, что при аддитивных эффектах вещества либо воздействуют на одну и ту же систему рецепторов, т. е. одно вещество может заменять другое, либо на различные рецепторы так, что получаемые эффекты не связаны друг с другом:

В случае многокомпонентных сточных вод суммирование эффектов, когда EKBj превышает единицу или приближается к ней, обычно широко используется и не вызывает существенных проблем.

Правило аддитивности реально позволяет учесть суммарный токсический эффект от каждого вещества, содержащегося в многокомпонентной смеси, с помощью пересчета концентрации каждого ТА смеси в единую «приведенную» концентрацию стандартного или условного вещества. Пересчет концентрации различных ТА смеси проводят в безразмерную приведенную концентрацию (qCT) стандартного вещества с определенной токсичностью:

Как видно, формула полностью соответствует шкале КБ и правилу аддитивности. Безразмерная концентрация qCT показывает, во сколько раз более загрязнена среда по сравнению с максимально допустимым загрязнением (qCT = ZKB = 1). Формально это соответствует веществу, ПДК которого в воздухе соответствует 1 мг/м3, а в воде 1 мг/л. Подобный подход использован в нормативной методике оценки выбросов в атмосферный воздух, которая введена вместо отмененного проекта ПДВ и позволяет рассчитать водные растворы и газовые смеси с изменяющимся содержанием более токсичных, чем основной компонент примесей.

В ряде случаев удобно приводить агрессивность выброса к одному стандартному веществу, обычно доминирующему в смеси. При этом все n-примесей пересчитываются с учетом токсичности (ПДК]) и концентрации выбранного стандартного компонента (СД:

В качестве стандартного вещества известно использование доминирующих промышленных ТА (оксида углерода, двуокиси серы или оксида азота). Большую универсальность показывает гипотетическое стандартное вещество с показателями ПДК в воздухе — 1 мг/м3, в воде — 1 мг/л. Для этой шкалы пересчет Етс; для различных стандартных веществ осуществляется простым умножением XmCj на ПДК, (для принятого стандарта).

По подобному алгоритму рассчитывают и суммарную приведенную массу выброса стандартного вещества (обычно в у.т. и п.т. — тс;), исходя из объема выброса (VBbl6poca) и сравнительной агрессивности (qCT или 5ЖБ„):

Все же в некоторых ситуациях правило аддитивности дает не вполне адекватные результаты, например в относительно чистых водных средах, когда рассматривается большое количество примесей с малым или следовым содержанием. Представим ситуацию, когда в воздухе проведены анализы 100 веществ, для каждого из которых соблюдается неравенство Cj < 0,05ПДКр Простой расчет величины даст двукратное превышение суммарного значения ЕКБ| > 5.

В Москве Мосводоканалом декларируется для постоянного мониторинга около 100 примесей, большинство которых являются факультативными. Если для любой из этих примесей величина КБ) < 0,02, то величина ЕКБ,, полученная по правилу аддитивности для этих 100 примесей равна 2, что формально соответствует грязной воде, несмотря на то, что по концентрации индивидуальных загрязнений вода соответствует категории «чистая».

Создается парадокс, чем больше компонентов мы контролируем, тем большую величину ZKBj мы получаем, поскольку каждый компонент добавляет определенную величину АКБ к общей сумме. Оценивая, таким образом, ЕКБ) для фирменной минеральной воды (например, Боржоми), мы также можем получить по правилу аддитивности слишком категорические и не всегда реальные выводы об ее вредности и потребительской ценности. Дело в том, что малые концентрации и дозы токсичных веществ эффективно выводятся из организма или обезвреживаются по компенсаторным механизмам.

Следует отметить, что в концентрациях, близких к нижнему порогу или естественному фону, наблюдается формальное падение агрессивности химического соединения. При этом знак эффекта может меняться с отрицательного на положительный (см. рис. 4.3 и раздел «концепция пределов при химических воздействиях). Для следовых и гомеопатических доз дополнительно действуют и физико-химические механизмы детоксикации, например металлы, которые в малых концентрациях склонны к гидролизу переходят в малоактивные и значительно менее агрессивные формы гидроксикомплексов, малые концентрации сульфатов и фосфатов необходимы для жизни и осаждаются ионами кальция.

Как уже отмечалось ранее, в подобной ситуации ограничивают количество параметров для мониторинга, учитывая лишь доминирующие, или используют специально разработанные индексы загрязнения для воды (ИЗВ) и воздуха (ИЗА):

  • 1. Исключают загрязнения, показатели которых (КБ{) удовлетворяют 1 классу (очень чистым водам).
  • 2. Принимают во внимание только загрязнения I—III классов.
  • 3. Применяют усредненный ИЗВ, т. е. ИЗВ = EKBj/N, где точка для разделения чистых и грязных вод соответствует ИЗВ = 1 или ЕКБ; = N.
  • 4. Применяют модифицированный усредненный ИЗА, согласно методике ОНД-86.

По первому варианту индексы загрязнения ЕКБ( оценивают только для реально агрессивных загрязнений I—III классов опасности по величине ZKBj, загрязнения, уровень которых соответствует чистым водам, во внимание не принимаются:

Известны ситуации с воздухом над заповедными и рекреационными зонами, когда ужесточаются требования к трансграничным выбросам и в качестве норматива используется неравенство

По второму варианту, чтобы избежать подобных ситуаций, используют усредненные величины индексов загрязнения атмосферы (ИЗА) и воды (ИЗВ) для суммы всех (N) загрязнений:

Этот подход рекомендован для оценки загрязнений атмосферы техногенными примесями на фоне постоянного набора загрязнений.

По второму варианту вводят поправку на класс опасности загрязнения (к;), определяя ИЗА или индекс Im, исходя из средней концентрации вещества qcp j и ПДКСС j по формуле

Показатель степени kj зависит от класса опасности: для 1 класса 1,5; для 2 класса 1,3; для 3 класса 1,0; для 4 класса 0,85. В обоих случаях вместо ряда незначимых параметров используют сумму индексов для пяти наиболее агрессивных веществ. Фактически величина Im — это показатель суммарного загрязнения воздуха в долях ПДК диоксида серы, показывающий во сколько раз суммарный уровень загрязнения воздуха превышает допустимое значение по совокупности рассматриваемых веществ.

Антагонизм (кривая 2) характеризует противоположное действие двух веществ, например, когда вещество «В» выступает как антагонист вещества «А», при этом суммарный эффект меньше, чем в случае аддитивности (кривая /). Антагонизм может иметь место при совместном воздействии однотипных по механизму действия вредных веществ. Явление антагонизма известно для большого количества промышленных вредных веществ: оксидов азота и сернистого ангидрида, метана и оксида углерода, стирола и формальдегида, оксида углерода и толуола.

В табл. 4.7 представлен случай антагонизма при действии СО и толуола на белых мышей в условиях хронической затравки. Как видно, эффект комбинированного воздействия, менее ожидаемого при простом суммировании. Следует отметить, что для этой пары характерны различные рецепторы, так толуол воздействует на ЦНС, а оксид углерода на перенос кислорода.

Таблица 4.7. Ситуация антагонизма при комбинированном действии пары ТА

Вещество

Концентрация мг/л

Погибли

Выжили

% смертности

Без затравки (контроль)

0

25

0

Окись углерода

0,05

1

24

4

Толуол

0,6

24

1

96

Толуо+л СО

0,6 + 0,05

13

12

52

Классическим примером является смесь малотоксичного этилового и токсичного метилового спиртов. Обычно высокие концентрации этилового спирта заметно снижают токсический эффект метилового за счет конкуренции этих спиртов при их метаболизме в организме за алкоголь- оксидазные ферменты. При этом этиловый спирт метаболизируется в большей степени, ингибируя оксидазную активность фермента и преимущественно расходуя дефицитный окислитель, что снижает или даже исключает возможность летального синтеза формальдегида и муравьиной кислоты из метанола. В принципе для антидотного действия, известны чисто «антагонистические зависимости», когда эффект от суммы веществ меньше, чем от каждого из них.

Однако наиболее опасен так называемый эффект коктеля, когда поступление нескольких веществ или поступление одного вещества на фоне большой химической нагрузки на биоту дает на порядки больший эффект, чем эффект, рассчитанный по правилу аддитивности.

Синергизм или потенцирование дает усиление эффекта действия (кривая 3) и суммарный эффект больше, чем при аддитивности. Следует отметить, что синергизм является наиболее неприятным типом взаимодействия и к сожалению наименее исследованным. При синергической зависимости может наблюдаться ситуация, когда эффект от суммы веществ значительно больше, чем от каждого из них.

Причиной синергизма может быть торможение одним веществом процессов биотрансформации или метаболизма другого вещества. Так, усиление токсического эффекта наблюдалось при комбинированном воздействии некоторых пар фосфорорганических препаратов (подавление холинэстеразы одним веществом и торможение вследствие этого детоксикации другого). Пары хлорофос и карбофос, хлорофос и метафос, карбофос и тиофос дают эффект потенцирования.

Эффект потенцирования подтвержден для смесей:

  • • бутилакрилат и метилакрилат с коэффициентом 0,8;
  • • фтористый водород и фторсоли с коэффициентом 0,8.

В случае потенцирования в формулу для аддитивности необходимо

внести поправки yi5 учитывающие усиление эффекта при совместном воздействии:

Так, для смеси оксидов азота и углерода эта формула выглядит следующим образом:

Ранее уже отмечалась возможность изменения пределов резистентности биообъектов, при этом чувствительность к данному воздействию и сам эффект воздействия могут изменяться: увеличиваться (сенсибилизация — повышение чувствительности) или уменьшаться (адаптация — привыкание).

Сочетанное действие. Это наиболее трудно оцениваемый вариант сложных воздействий, поскольку при этом необходимо оценить весь комплекс физических и биологических воздействий наряду с химическими. Среди основных физических факторов следует выделить изменения кли- матопа и температурного режима объекта, а также уровень фоновых загрязнений. Для человека это влияние широко известно как метеозависимость, например у больных гипертонией и ССЗ. Определенная зависимость от фазы луны, уровня ЭМИ и грозовой активности наблюдается для младенцев или психически больных людей.

Эффект сложных воздействий зависит от резистентности и чувствительности объекта и обычно плохо моделируем при экстраполировании нормативов с одного вида на другой или с человека на других бионтов.

В табл. 4.8 представлено синергическое изменение эффектов сочетанного действия физических и химических воздействий для ряда объектов. При этом возможно возникновение ранее не обнаруженных эффектов облучения, а на одном и том же объекте и при идентичных условиях достигается увеличение эффекта в 2—3 раза.

Таблица 4.8. Синергическое усиление радиационного эффекта при физических и химических воздействиях на некоторые живые системы

Агенты и параметры

Объект и тест

Синергическое усиление воздействия, раз

Радиация + гипертермия

Инактивация бактериофага, ста- филлококка, дрожжей, культуры клеток млекопитающих

1,7-3,7

Радиация + гипертермия

Гибель спор бактерий

2,5

Радиация + ультразвук

Инактивация дрожжей

1,7

Радиация + нитрат свинца

Увеличение частоты мутаций у Arabidopsis

2,5

Радиация + этиленимин

Хромосомные аберрации у Crepis. Мутации ячменя

2,0-2,8

Радиация + арабинозид цитозина

Хромосомные аберрации лимфоцитов человека

3,0-3,6

В токсикологических и токсикометрических исследованиях особое внимание уделяется так называемым постэффектам, возникающим как отдаленные последствия воздействия токсичных веществ. К важнейшим постэффектам относятся негативное воздействие на половые и соматические клетки и репродуктивные функции (на эмбрион — эмбриотропный, повышение вероятности возникновения уродств — терратогенный), злокачественные новообразования (канцерогенный), вызывающий мутации (мутагенный), вызывающий аллергические реакции (аллергенный).

В результате исследований в области гигиены человека и ОС определен и постоянно корректируется комплекс гигиенических требований и параметров безопасной жизнедеятельности человека, имеющий целью сохранение его здоровья. При этом предполагается благополучная ситуация, когда негативный эффект воздействия отсутствует, реально это гипотетическая область недействующих доз и концентраций химического вещества.

Для реальных ситуаций с большими (чем максимально недействующие) уровнями воздействия на человеческий организм становятся необхолимыми токсикология и токсикометрия. Действительно, человечество накопило огромный практический опыт в области токсикологии и токсикометрии человека и некоторых бионтов, который позволяет оценить опасность химических веществ, их сравнительную агрессивность и уровень воздействия на организм. Эти же науки дают необходимые для оценки опасности воздействия зависимости «уровень воздействия—эффект» и позволяют оценить уровень и эффект сложных комбинированных химических воздействий. Определенный прогресс есть и в области взаимного влияния различных химических воздействий, а также в накоплении информации для наиболее сложных случаев — сочетанных воздействий.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>