Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные токсикологические характеристики, физико-химические и клинико-диагностические методы контроля содержания хлорорганических соединений, фенола и ажилфенолов в биологических жидкостях 18
1.1. Физико-химические и токсические свойства алифатических хлорорганических соединений, фенола и алкилфенолов 18
1.2. Механизмы биотрансформации, метаболизма и выведения алифатических хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов из организма 34
1.3. Антропогенные источники поступления алифатических хлорорганических соединений, фенола и алкилфенолов в окружающую среду 45
1.4. Физико-химические методы контроля содержания алифатических и ароматических хлорорганических соединений, фенола и алкилфенолов в объектах окружающей среды и биосредах 51
1.5. Физико-химические методы контроля содержания алифатических и ароматических хлорорганических соединений, фенола и алкилфенолов в биосредах 55
ГЛАВА 2. Направления, объекты, методы и объем исследований 66
ГЛАВА 3. Гигиенический анализ территорий пермской области и обоснование выбора изучаемых соединений для углубленных исследований 83
3.1. Гигиеническая характеристика изучаемых территорий 84
3.2. Моделирование приземных концентраций хлороформа и фенола в атмосфере от стационарных источников г. Перми 117
3.2. Оценка уровня заболеваемости детского населения для обоснования выбора программ углубленных исследований 122
ГЛАВА 4. Разработка газохроматографического метода определения алифатических (хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан) и ароматических (хлорбензол) хлорорганических углеводородов в биологических жидкостях 127
4.1. Выбор оптимальных условий газохроматографического анализа. 127
4.2. Изучение зависимости полноты экстракции хлорорганических соединений из биосреды различными органическими растворителями и рН среды 129
4.3. Метод экстракции. Количественное определение исследуемых соединений и метрологическая оценка методов 135
4.4. Метод парофазного анализа (ПФА). Количественное определение исследуемых соединений и метрологическая оценка методов 143
ГЛАВА 5. Разработка газохроматографического метода определения фенола, алкилфенолов и 2-хлорфенола в биологических жидкостях 152
5.1. Качественный анализ и идентификация фенола и алкилфенолов в биологических жидкостях 153
5.2. Выбор оптимальных условий для газохроматографического анализа 157
5.3. Изучение зависимости полноты экстракции фенола и 2-хлорфенола из биоматериала различными органическими растворителями 160
5.4. Количественное определение. Метрологическая оценка методов 166
ГЛАВА 6. Расчет фоновых уровней алифатических хлорорганических соединений и фенолов в биологических средах детей 178
6.1. Методические подходы к расчету региональных фоновых уровней 179
6.2. Выбор контрольной территории и критерии отбора детей в контрольную группу 180
6.3.. Подготовка данных для статистической обработки 183
6.4. Расчет региональных фоновых уровней 184
ГЛАВА 7. Оценка системных зависимостей клинико-лабораторных показателей у детей от содержания алифатических хлорорганических соединений и фенола в крови 202
7.1. Изучение зависимости "уровень токсикантов в крови -клинико-лабораторные показатели состояния здоровья" и установление коэффициентов корреляции 203
7.2. Установление концентраций повреждающего эффекта воздействия 206
7.3. Обоснование концентраций алифатических хлорорганических соединений и фенола в крови при приемлемом уровне риска для здоровья населения 210
ГЛАВА 8. Медико- биологические исследования 221
8.1. Оценка воздействия биомаркеров экспозиции алифатических хлорорганических соединений 221
8.2. Оценка воздействия биомаркеров экспозиции фенола и алкилфенолов (о-, м-, п-крезолы) 232
8.3. Анализ эффективности лечебно-профилактических мероприятий по результатам химико-аналитического контроля в период катамнестического наблюдения 243
Заключение 248
Выводы 265
Библиографический список 268
Приложения 304
- Механизмы биотрансформации, метаболизма и выведения алифатических хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов из организма
- Моделирование приземных концентраций хлороформа и фенола в атмосфере от стационарных источников г. Перми
- Изучение зависимости полноты экстракции хлорорганических соединений из биосреды различными органическими растворителями и рН среды
- Изучение зависимости полноты экстракции фенола и 2-хлорфенола из биоматериала различными органическими растворителями
Введение к работе
Одной из актуальных проблем здравоохранения России является сохранение здоровья нации и предотвращение разрушения генофонда страны [101]. Приоритет охраны здоровья населения продекларирован и закреплен в базовых федеральных законах "Об охране окружающей среды" [293] и "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" [292], как один из основных принципов природоохранной деятельности. Вопросы обеспечения экологической безопасности в целом и химической безопасности в частности носят глобальный характер и лежат в основе ряда международных программ (Программы Всемирной организации здравоохранения по окружающей среде и здоровью, Организации объединенных наций по окружающей среде UNEP, Программа развития ООН, Программа Европейской экономической комиссии ЕЭКООН и др.), целью которых является улучшение здоровья населения [66, 202]. Именно здоровье населения, особенно в условиях крупного промышленного центра, является основным системообразующим звеном управления качеством окружающей среды [11]. Качественные характеристики состояния здоровья населения носят закономерный характер и имеют единую направленность тенденций, хорошо прослеживаемых на примере Пермской области, являющейся индустриальным регионом. [230, 133, 107]. Пермская область - одна из наиболее развитых в экономическом отношении административных единиц России, имеющая мощный промышленный потенциал и преимущественно экстенсивное и нестабильное сельское хозяйство. Пермская область является одной из наиболее развитых экономических регионов РФ. Она занимает одно из ведущих мест по объему промышленного производства в стране. Располагая лишь 0,9% территории России и около 2 % населения, Пермская область производит более 2% валового внутреннего продукта страны.
Ведущими межотраслевыми комплексами Прикамья являются топливо-энергетический (38% от общего объема промышленного производства),
химический (химия и нефтехимия - 18%), машиностроительный (машиностроение и металлообработка - 13%), лесопромышленный (8%). Вместе с тем следует отметить, что в целом в области производственная и социальная инфраструктуры развиты недостаточно.
На территории Пермской области располагается 12 важнейших городов, в которых проживает 1,8 млн. граждан - Перми (около 1 млн), больших городах (население от 100 до 500 тыс. человек.
Все перечисленные города региона являются промышленными
центрами, и население городов испытывает проблемы, связанные с
размещением на территориях производственных объектов, транспортных
магистралей. К таким проблемам относятся загрязнение атмосферного
воздуха пылегазовыми выбросами, накопление промышленных и бытовых
отходов и ненадлежащее их хранение, сокращение зеленых насаждений в
городах и непосредственной близости к ним, высокий уровень городского
шума и т.п. [168].
> Высокая загрязненность атмосферного воздуха большинства крупных и
средних городов Прикамья обусловлена тем, что в течение многих лет, даже десятилетий развитие городов осуществлялось без учета экологических факторов, в том числе, без учета преобладающих направлений ветра [58]. Так, Осенцовский промышленный узел, на площади которого размещено около 1,5 тысяч стационарных источников выбросов 40 разнопрофильных предприятий, расположен с подветренной стороны и преобладающие в Перми юго-западные ветра чаще "сдувают" загрязнение с промышленного узла на города, чем наоборот. Чусовской металлургический комбинат-крупнейший источник загрязнения атмосферного воздуха г. Чусового расположен в самом центре городской черты и в зоне влияния его выбросов находятся практически все жилые массивы. Жилые массивы Березников находятся в полукольце промышленных предприятий. Это приводит к тому, что при южных, западных и северных ветрах, те или иные районы находятся под влиянием выбросов промышленных объектов [261].
Именно промышленность на протяжении многих лет являлась основным источником загрязнения атмосферы городов. Более 80% выбросов наиболее опасных загрязняющих веществ производится предприятиями, расположенными в черте какого-либо городского поселения. На протяжении последних четырех лет величина массового выброса загрязняющих веществ от промышленных предприятий по Пермской области остается примерно на уровне 640,6 тыс. т в год.
Индекс загрязнения атмосферного воздуха городов Пермской области остается на протяжении многих лет высокий и колеблется в пределах 7-Ю. Наибольшее число граждан проживет на территории санитарно-защитных зон предприятий г.Перми [316]. В состав промышленных выбросов предприятий городов Пермской области, формирующих загрязнение объектов окружающей среды, входят также органические растворители из группы хлорированных углеводородов жирного ряда, в том числе алифатические хлорированные соединения, фенолы и алкилфенолы (о-, м-, п-крезолы) [11, 44, 70, 324, 325]. Основные источники выбросов этих соединений сосредоточены в г. Перми. При этом долевой вклад хлорорганических соединений составляет 1,2-дихлорэтан - 98,55%, тетрахлорметан - 95,0367% и фенола - 70,06% от общего выброса изучаемых компонентов по Пермской области [168, 169].
Кроме промышленных и энергетических объектов, серьезным фактором загрязнения атмосферы является автотранспорт. Доля автотранспорта в общем выбросе по области составила 18,6% против 16,6% в 2002 году. По отдельным территориям области она изменяется от 45-55% (в крупных городах) до 1,5-3% (в сельскохозяйственных районах со слаборазвитой дорожной сетью). В условиях неблагоприятного воздействия загрязненного воздуха проживает 1 млн.355 тыс. человек, в том числе около 369,6 тыс. детей.
Кроме качества атмосферного воздуха на здоровье населения влияет и качество питьевой воды, которое в крупнейших городах области оставляет
желать лучшего. На территории Пермской области насчитывается 1079 источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, причем 36 водохозяйственных объектов организовано на поверхностных водоемах. В водоемы и водотоки, которые являются источниками водоснабжения, в 2003 г. сброшено 1212,3 тыс. т загрязняющих веществ. Увеличился сброс загрязненных сточных вод на 12 млн. м , в том числе без очистки - на 8 млн. м3. Наиболее загрязненные стоки сбрасывают предприятия химической и нефтехимической промышленности. Из поверхностных водоисточников обеспечивается централизованным водоснабжением более 40% населения области (1 млн. 612,9 тыс. человек) [148]. Остаются нерешенными проблемы качества питьевой воды, ее традиционной обработки, включающей обеззараживание активным хлором. Известно, что на стадии обеззараживания из более 100 образующихся хлорорганических соединений основными и наиболее опасными являются летучие хлорорганические соединения. В воде систем хозяйственно-питьевого водоснабжения обнаруживаются различные галогенсодержащие соединения, в том числе хлороформ, тетрахлорметан и 1,2-дихлорэтан, имеющие высокую биологическую активность [147, 158, 206, 326].
Общеизвестно, что хлорорганические соединения относятся к наиболее токсичным и опасным веществам, важнейшей особенностью которых является липофильность [195]. Это позволяет им в значительной мере накапливаться и концентрироваться в жировых тканях организма даже при незначительном содержании в окружающей среде. В биологических жидкостях хлорорганические соединения могут присутствовать в сложном компонентном составе с близкими физико-химическими и структурными свойствами.
Фенол и крезолы также относятся к распространенным промышленным токсикантам, загрязняющим воду, почву и другие объекты биосферы. Так, в промышленных сточных водах производств ядохимикатов, кожевенной, деревоотделочной и мебельной промышленности, целлюлозно-бумажных
комбинатов, предприятий электротехнической промышленности содержатся многие вредные органические соединения, наиболее опасными из которых, являются фенол, крезолы и хлорфенолы. Из-за несовершенства очистных сооружений вредные вещества попадают в реки и другие открытые природные водоемы, а оттуда в водопроводную сеть [67, 148]. При хлорировании воды, поступающей на станции водоподготовки городских водопроводов [87, 183, 242] , фенол и крезолы превращаются в хлорфенолы [70, 150, 154, 344], которые обладают резким запахом и, будучи сами по себе довольно токсичными соединениями, могут участвовать в образовании полихлорированных диоксинов и дибензофуранов, чрезвычайно опасных веществ, разрушающих иммунную систему организма [90, 125, 275].
Увеличение содержания органических соединений в объектах окружающей среды способствует риску поступления и накопления этих соединений в организме человека, следствием чего является формирование экологически обусловленной патологии и выраженного ухудшения здоровья населения, особенно детского [240].
Медико-экологическая ситуация в Пермском регионе в 2003 г. характеризовалась сохранением негативных тенденций по многим группам болезней и отдельным нозологическим формам, в том числе по тем, которые отнесены Всемирной организацией здравоохранения к индикаторным в отношении экологических факторов. В структуре заболеваемости населения на первом месте стоят болезни органов дыхания, на втором месте-болезни системы кровообращения [260].
Решение современных гигиенических проблем требует дальнейшего развития научно-методического и критериального обеспечения системы биологического мониторинга с учетом выявления и определения приоритетных загрязнителей и маркерных веществ в объектах окружающей среды и биосредах населения; формирования интегральных оценок состояния среды и здоровья населения, основанных на показателях риска поступления вредных веществ в организм человека в условиях комплексной техногенной
нагрузки промышленно развитых городов. Вместе с тем, решение современных гигиенических проблем невозможно без эффективных физико-химических методов контроля и установления максимально недействующих концентраций хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов в биологическом материале, обеспечивающих минимальный риск возникновения негативных реакций со стороны здоровья населения при хронической экспозиции. Поэтому для оценки уровня неблагоприятных экологических воздействий, для изучения состояния здоровья населения, в первую очередь детского, необходимо располагать высокочувствительными, специфичными и метрологически аттестованными методами выполнения измерений содержания алифатических хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов (о-, м-, п-крезолов) в биологических жидкостях (кровь, моча).
Поэтому одной из целей данных исследований явилась разработка научно-методического и критериального обеспечения мониторинга алифатических хлорированных соединений, фенола и алкилфенолов в биосредах детей, проживающих в условиях техногенного воздействия промышленно развитых регионов (на примере Пермской области).
Таким образом, для улучшения планирования природоохранной деятельности и контроля ее эффективности необходимо разработать методические подходы и систему критериев для выбора приоритетных примесей, загрязняющих окружающую среду, проблемных предприятий и выбора наиболее целесообразных и экологически эффективных мер.
Использование разработанных научно-методического и
критериального обеспечения медико-биологического мониторинга алифатических хлорированных соединений, фенола и алкилфенолов позволит сосредоточить усилия на решении проблем, имеющих наибольшее экологическое, экономическое и социальное значение.
Цель настоящего исследования - научно-методическое и критериальное обеспечение медико-биологического мониторинга хлорорганических соединений и фенолов для минимизации неблагоприятного воздействия на здоровье населения.
Основные задачи исследования
Выполнить гигиенический анализ нагрузки на среду обитания изучаемыми соединениями с учетом уровня заболеваемости детского населения по патогенетически значимым системам, обосновать программы углубленных исследований по наиболее неблагоприятным территориям Пермской области.
Разработать газохроматографические методы определения алифатических (хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан) и ароматических (хлорбензол) хлорорганических соединений, фенола, алкилфенолов и 2-хлорфенола в биосредах (кровь, моча).
Научно обосновать алгоритм установления и определить величины фоновых региональных уровней алифатических хлорорганических соединений и фенолов в биосредах на основе репрезентативных статистических наблюдений.
Провести медико-биологические исследования по оценке неблагоприятного воздействия изучаемых соединений на организм детей с использованием разработанных газохроматографических методов с учетом фоновых региональных уровней и клинико-лабораторных показателей изменения состояния здоровья.
5. Установить системные зависимости количественных уровней
хлорорганических соединений и фенола в организме и клинико-
лабораторных показателей изменения состояния здоровья у детей, уровней
повреждающего эффекта воздействия, как критерии оценки риска
неблагоприятных эффектов в организме.
Обосновать региональные концентрации алифатических хлорорганических углеводородов (хлороформ, тетрахлорметан и 1,2-дихлорэтан) и фенолов в крови по критериям приемлемого риска
Установить актуальность и эффективность лабораторного контроля алифатических хлорорганических соединений и фенолов в биосредах в комплексе медико-профилактических и гигиенических мероприятий по диагностике и коррекции нарушений здоровья.
Разработать модель обеспечения гигиенической безопасности среды обитания при загрязнении хлорорганическими соединениями и фенолом на основе результатов выполненных исследований.
Научная новизна
Обоснованы концептуальные подходы, критерии и алгоритм научно-методического обеспечения медико-биологического мониторинга алифатических хлорорганических соединений и фенола с учетом их одновременного присутствия в биосредах.
Достигнуто эффективное газохроматографическое разделение и детектирование алифатических (хлороформ, тетрахлорметан и 1,2-дихлорэтан) и ароматических (хлорбензол) хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов в биологических средах (кровь, моча).
Получена высокая полнота извлечения хлороформа, тетрахлорметана, 1,2-дихлорэтана, хлорбензола, фенола, алкилфенолов из мочи и крови и 2-хлорфенола из мочи при использовании органических экстрагентов в оптимальных условиях пробоподготовки.
Разработан алгоритм по обоснованию фоновых региональных уровней алифатических хлорорганических соединений и фенолов в биосредах, установлены их статистически репрезентативные величины как критерии медико-биологического мониторинга.
Определены причинно-следственные связи в системе "уровень хлорорганических соединений и фенолов в крови - клинико-лабораторные показатели изменения состояния здоровья" на основе принципов системного
анализа и программно-математических приемов обработки совокупности клинико-лабораторных и химико-аналитических показателей.
Предложены региональные концентрации алифатических хлорорганических соединений (хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан) и фенола в крови при приемлемом уровне риска в качестве критериев оценки риска неблагоприятных эффектов в организме детей для системы медико-биологического мониторинга.
В ходе лабораторного контроля хлорорганических соединений и фенолов в биосредах показана его гигиеническая значимость для повышения эффективности лечебно-профилактических мероприятий по динамическому снижению уровня контаминации организма.
Разработана модель обеспечения гигиенической безопасности среды обитания при загрязнении хлорорганическими соединениями и фенолом.
Теоретическая значимость. Основные положения работы вносят вклад в совершенствование методологии аналитических исследований для гигиенического анализа, построения систем и критериев социально-гигиенического мониторинга.
Практическая значимость и внедрение результатов работы
Результаты выполненных химико-аналитических исследований применены на практике при разработке гигиенических рекомендаций для ряда целевых комплексных программ регионального и муниципального уровня.
Материалы диссертационной работы внедрены и использованы в практической деятельности при организации социально-гигиенического мониторинга в Пермской области.
Результаты выполненных комплексных аналитических исследований реализованы в практику при формировании доказательной базы по токсикантам (хлорорганические соединения, фенол, о-, м-, п-крезолы) системы эколого-гигиенического контроля санитарно- экологической экспертизы на неблагополучных территориях Пермской области.
Медико-экологическая реабилитация осуществлена в соответствии с
задачами областной целевой комплексной программы "Охрана окружающей
среды Пермской области на 1995-2005 гг.", раздел 3 "Медико-экологическая
реабилитация территорий и населения Пермской области" Пермским научно-
исследовательским клиническим институтом детской экопатологии:
областная целевая программа "Медико-экологическая реабилитация территорий и населения Пермской области на 1995-1997 гг." (утв. Постановлением Администрации Пермской области от 16.05.1995 г.);
"Медико-экологическая реабилитация территорий и населения Пермской области на 1998-2000" (утв. Постановлением Администрации Пермской области от 13.03.1998 г.);
областная целевая программа "Охрана окружающей среды Пермской области на 2001-2005 гг.", раздел "Медико-экологическая реабилитация" (утв. Решением Законодательного собрания Администрации Пермской области № 1639-263 от 12.07.2001 г.);
концепция "Разработка и реализация системы обеспечения экологической безопасности детского населения Пермской области на 2001-2005 гг." (утв. решением Госкомэкологии Пермской области от 26.12.2000 г.).
Результаты использованы при подготовке нормативно-
методических, программных, законодательных и информационных
документов различного уровня:
Федерального - методические рекомендации. Часть 1 "Медико-экологическая реабилитация и профилактика экопатологии детей" (утв. МЗ РФ 19.11.94 per. №13-16/24-3 и ГКСЭН РФ 02.11.94 per. №01-19/51-11);
методические рекомендации. Часть 2 "Экозависимые синдромы поражения крови у детей" (утв. ГКСЭН РФ 02.07.97 per. № 2510/4950-97-32);
методические рекомендации. Часть 3 "Особенности патологии мочевыделительной системы у детей, проживающих в экологически
неблагополучных районах" (утв. ГКСЭН РФ 02.07.97 per. №2510/4950-97-32);
методические указания "Определение химических соединений в биологических средах." Сборник методических указаний: МУК 4.1.763-99-4.1.779-99, Минздрав России, 2000;
программа РАМН "Разработка методических исследований неинвазивных методов в оценке окружающая среда - здоровье населения" (2004-2007).
Муниципального - информационное письмо "Обоснование наиболее эффективных схем лечения экозависимых нарушений состояния здоровья детей г.Перми" (утв. Управлением здравоохранения г. Пермь 1999);
Регионального - материалы диссертационной работы использованы при подготовке справочно-информационных документов: сборники "Экологические факторы риска здоровью населения" (2002), "Мониторинг состояния объектов окружающей среды и медико-экологическая реабилитация населения Пермской области в 1999-2004 гг." (2005), Медико-экологический атлас Пермской области (1994, 1997).
Результаты работы защищены патентами: Способ количественного определения хлороформа и 1,2-дихлорэтана в моче №2151395, 20.06.2000; Способ количественного определения хлороформа и тетрахлорметана в крови № 2163379, 20.02.2001; Способ количественного определения фенола в крови №2188416, 27.08.2002; Способ количественного определения 2-хлорфенола в моче №2190854, 10.10.2002; Способ количественного определения фенола в моче № 2200958, 20.03.2003; Способ количественного определения хлорбензола в моче.№2226692, 10.04.2004.
Результаты исследований доложены и обсуждены на 17 международных, всероссийских конференциях, конгрессах, симпозиумах.
На Международных конференциях и симпозиумах: "Безопасность окружающей среды: медицинские, экономические и правовые аспекты"
(Пермь, 1992), "Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях" (Пермь, 1996), "Экологические проблемы промышленных зон Урала " (Магнитогорск, 1997), Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях" (Варна-Пермь, 1997), "Медико-экологические информационные технологии-99" (Курск, 1999), "Актуальные проблемы экологической безопасности территорий и населения" (Пермь -Бангкок, 2000), " Энергетика, окружающая среда, здоровье " (Тунис, 2001), " Epidemiology" (Ванкувер, 2001), " Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека" (Новосибирск, 2002,), "Социально-гигиенический мониторинг: методология, региональные особенности, управленческие" (Материалы Пленума Научного Совета по экологии человека и гигиены окружающей среды МЗ РФ, 2003), 4 Международной специализированной выставке-конференции "Современная лаборатория" (Санкт-Петербург, 2005).
На Всероссийских научно-практических конференциях: "Экология и здоровье" (Нижний Новгород, 1998), "Экологические и гигиенические проблемы педиатрии" (Москва, 1998), "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (С-Петербург, 1998, 1999), "Химический анализ веществ и материалов" (Москва, 2000), Тоссанэпидслужбе России 80 лет: реальность и перспективы" (Москва, 2002), 6-й Международный конгресс и выставка "Акватэк" (Москва, 2004).
Апробация материалов диссертации. Диссертация апробирована на межотдельческой научной конференции Федерального научного центра гигиены им.Ф.Ф.Эрисмана Роспотребнадзора 31 марта 2006г.
Публикации. По результатам исследования опубликовано 50 работ, в том числе 11 в центральной печати, 2 монографии, получено 6 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 329 страницах; состоит из введения, аналитического обзора современного состояния проблемы (глава 1), характеристики, посвященной направлениям, объектам, объему и методам исследований (глава 2); 6 глав собственных
исследований (главы 3-8); заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 127 таблиц, 119 рисунков и 21 приложение. Список использованной литературы включает 405 наименований, в т.ч. 81 зарубежных авторов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Концептуальные основы и принципы научно-методического и критериального обеспечения медико-биологического мониторинга хлорорганических соединений и фенола, алгоритм установления причинно-следственных зависимостей.
Газохроматографические методы определения алифатических (хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан) и ароматических (хлорбензол) хлорорганических соединений, фенола, алкилфенолов и 2-хлорфенола в биосредах (кровь, моча).
Фоновые уровни алифатических хлорорганических соединений и фенолов в биосредах, величины концентраций в крови при приемлемом уровне риска развития неблагоприятных реакций организма как критерии допустимого воздействия, обоснованные результатами репрезентативных скрининговых исследований.
Химико-аналитические исследования как одна из основ оценки эффективности медико-профилактических мероприятий.
Механизмы биотрансформации, метаболизма и выведения алифатических хлорорганических углеводородов, фенола и алкилфенолов из организма
Алифатические хлорированные соединения, фенол, о-, м-, п-крезолы и хлорфенолы относятся к распространенным промышленным токсикантам [53, 267]. Химические компоненты питьевой воды [244, 245] и атмосферного воздуха [145, 146], включая и техногенные загрязнители [226], являются факторами малой интенсивности, поэтому необходимо выявление длительного хронического воздействия их на организм по показателям специфических и неспецифических реакций. При этом сложность заключается в установлении границы между предпатологией и функциональными изменениями в пределах физиологической нормы [93, 353]. Для оценки уровней накопления изучаемых соединений в организме необходимо знание источников и путей поступления, понимание механизма биотрансформации, образования метаболитов и выведения из организма.
Пути поступления - ингаляционный, внутрижелудочный, через кожу. Содержится в пище (в млрд"1): молочные продукты - 1-33, мясо - 1-4, рыба -5-Ю, печень рыбы - 18, растительное масло - 0,05-10, хлеб - 2, фрукты и овощи - 0,05-18 [380]. В ячмене, кукурузе и сорго после фумигации и проветривании при 17С остаточное количество хлороформа составляет 123 мг/кг, при 30С - 132 мг/кг. Через 60 дней хлороформ исчезал из образцов, проветривавшихся при 30С, а при 17С сохранялся на уровне 16 мг/кг. Среднесуточное поступление хлороформа с пищей, питьевой водой и воздухом для сельского жителя 14,2 мкг, для городского - 15,5-17,5 мкг [287]. Содержание хлороформа в организме человека составляет: в подкожном, околопочечном жире, легких, мышцах - 2-25 мг/кг, в печени -1-Ю мг/кг, жировой ткани - 5-68 млрд"1 в расчете на сырой вес [380]. В районах, где используются хлорорганические пестициды, хлороформ обнаружен в молоке кормящих женщин [392]. Содержание хлороформа в крови собак при начальных проявлениях наркоза - 30-40 мг%, при полной анестезии - 40-50 мг%; смерть - при 60-70 мг/%. В крови лошадей при глубоком хлороформенном наркозе 19,3 мг/л; через 5 мин после прекращения ингаляции содержание хлороформа падало до 50%, а через 3 часа - до 7% от исходного. Через 7 ч хлороформ полностью исчезал из крови. У людей при операциях с использованием хлороформа во время фазы "оглушения" в венозной крови - 4-4,8 мг/%; во время стадии возбуждения -4,8-6,6 мг/%; на 1 ступени хирургической стадии - 6,8-10,4 мг/%, на 2 ступени - 10,4-12,6 мг/%. При вдыхании паров в первые 30 минут абсорбируется из воздуха человеком 74-80% от исходной концентрации. Затем абсорбция падает до 60%.
Распределение в организме неравномерно. У собак после 2-4 ч ингаляции максимальные концентрации в жировой ткани (282 мг/%), в надпочечниках (118,5 мг/%), в щитовидной железе (46 мг/%), в головном мозге (29,8 мг/%), наименьшие количества - в моче (5,7 мг/%). В крови примерно такое же содержание, как и в головном мозге. В эритроцитах концентрация хлороформа в 5-8 раз выше, чем в плазме. У мышей депо хлороформа - в жировой ткани; меньшие количества - в головном мозге, легких, почках, мышцах, крови. При вдыхании хлороформ распределяется следующим образом: печень мозг почки плацента плод. Через 24 ч после ингаляции содержание хлороформа снижалось в 10-100 раз. В амниотической жидкости максимальная концентрация регистрировалась через 4 ч после вдыхания. Содержание в крови после прекращения вдыхания быстро падает, через 7-8 ч обнаруживаются лишь следы [54]. Биотрансформации подвергается от 30% до 50% поступившего в организм хлороформа. Способностью метаболизировать этот яд, помимо печени, обладает ряд других органов [372].
Метаболизм хлороформа осуществляется при участии цитохрома Р-450. Около 30%) введенного в организм хлороформа подвергается превращениям. В результате метаболизма образуются хлор-ионы и С02.
На первой стадии образуется гидрокситрихлорметан (НОССЬ), обладающий выраженным канцерогенным действием. На второй стадии гидрокситрихлорметан переходит в фосген - главный метаболит хлороформа [382]. Превращение фосгена протекает по трем направлениям: гидролиз с выделением НС1 и С02; взаимодействие с цистеином и образованием 2-оксотиазолидин-4-карбоксилата при выделении НС1; взаимодействие с восстановленным глутатионом и образование через ряд промежуточных стадий - в качестве конечных продуктов - диглутатионилдитиокарбамата, СО2, НС1 и окисленной формы глутатиона [329]. Индукция цитохрома Р-450 фенобарбиталом стимулирует образование фосгена в организме из хлороформа [337]. У мышей нефротоксичность хлороформа определяется действием его метаболитов, образующихся в корковом слое почек; у крыс этот эффект отсутствует [388]. Видовые различия в скорости превращения хлороформа определяются особенностями окислительного метаболизма. У мышей и крыс за 2 суток после воздействия меченного по углероду хлороформа в неизмененном виде экскретируется с выдыхаемым воздухом 7±5% и 20±5% хлороформа соответственно; в виде С02 - 76-79% и 66,4% от общей дозы. У обезьян скорость биотрансформации оказалась минимальной: в неизменном виде выделялось 79±3%, в виде С02 - 10±2%. Эти данные объясняют выраженные канцерогенный эффект хлороформа у мышей, у которых скорость образования метаболитов, обладающих онкогенным действием, в 20 раз больше, чем у человека [378]. С мочой и калом выделяется 0,003% от введенной дозы [44, 54, 325, 326]. Возможно выделение хлороформа через кожу с потом, однако общее количество ядов, выделяемого таким путем, ничтожно мало [165]. В выдыхаемом воздухе людей, не имевших производственного контакта с хлороформом, содержание его составляет 11 мг/ч [120].
Моделирование приземных концентраций хлороформа и фенола в атмосфере от стационарных источников г. Перми
Ортокрезол элюируется значительно раньше других изомеров. Это подтверждает, что использованная фаза по своей природе весьма полярна. Разделение мета- и параизомеров является достаточным, но не полным. Разделение производных фенола на трис-(2,4-ксиленил)-фосфата при 110С.
Хроматографическое определение фенола и паракрезола в моче проводили на хроматографе "Хром " с пламенно-ионизационным детектором [80]. Метод заключается в гидролизе фенилсульфатов и фенилглюкуронидов концентрированной соляной кислотой с дальнейшим определением фенола и паракрезола способом анализа равновесной паровой фазы. Это позволяет избежать мешающего влияния нелетучих компонентов и существенно сократить время проведения анализа. Выбранный режим термостатирования обеспечивает высокую степень гидролиза (85%) фенольных соединений.
Газохроматографическое разделение фенола и паракрезола достигается на стальной колонке длиной 2,5 мм и внутренним диаметром 3 мм, заполненной полиметилфенилсилоксановой жидкостью, нанесенный на хроматон N-AW в количестве 15%. Чувствительность определения 5 мкг/мл. Погрешность метода 19 % при доверительной вероятности 0,95.
Известен метод определения фенола, мета-, орто- и паракрезолов, пара-аминофенола и пара-нитрофенола в моче методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [346]. Определение фенола, мета-, орто- и паракрезолов, пара-амино- и пара-нитрофенолов в моче с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии на колонке (3,6 см 4,6 мм), заполненной Pecosphere 3-3 Ci8 (3 мкм), при применении в качестве подвижной фазы (ПФ) смеси (30:70:0,1) гидроксида металла, воды и фосфорной кислоты, расходе ПФ 1 мл/мин и применении УФ-детектора 215 нм. Пробу (2 мл) исследуемой мочи подвергают ферментативному гидролизу (Р-глюкуронидаза-арилсульфатаза) в течение 12 часов при 37С в 1М ацетатном буферном растворе (рН=5). Фенол, крезолы и паранитрофенол экстрагируют в кислой среде. Предел обнаружения равен 0,5-1 мг/л фенолов.
Описана методика экспрессного определения метаболитов толуола в организме человека при использовании мембранного интерфейса с источником ионов [384]. Метод заключается в определении метаболитов толуола человека с использованием МС электронного удара (7 эв 200 мкА) при применении предварительного фильтрования растворов метаболитов толуола сквозь капиллярную силиконовую мембрану. Выполнено определение содержания гиппуровой кислоты (главного метаболита толуола) в биологических жидкостях, а также содержание суммы орто-, мета- и пара-крезолов.
Л.Р. Полищук, И.Н. Матвиенко, И.З. Засерман [233] проводили определение летучих фенолов в продуктах животного и растительного происхождения. Метод основан на извлечении фенолов из продукта перегонкой с водяным паром из кислой среды, последующем колориметрическом определении с пирамидоном и хроматографической идентификации в тонком слое сорбента после сочетания с пара-нитрофенилдиазонием. Исследования показали, что фенолы количественно отгоняются из продукта с первыми 50-100 мл дистиллята.
В случае обнаружения фенолов колориметрическим методом проводят идентификацию и определение их методом тонкослойной хроматографии. Для этого в зависимости от ожидаемого количества фенолов берут аликвотную часть дистиллята (1-Ю мл), помещают в делительную воронку на 50 мл и проводят реакцию азосочетания паранитрофенилдиазонием. При этом в присутствии фенолов появляется красная окраска. Азопроизводные фенолов экстрагируют серным эфиром. Эфирную вытяжку наносят на силуфолевую пластинку (высота пластинки 12 см). Рядом с пробой на пластинку наносят стандартные растворы фенола, орто- и метакрезолов и паракрезола. Пластинку помещают в хроматографическую камеру с подвижной фазой, состоящей из бензола, ацетона, метанола и диэтиламина в соотношении 10:2:1,5:1. При этом зоны локализации фенолов стандартных растворов и проб располагаются на хроматограмме в виде четких пятен кирпичного цвета для фенола; малинового цвета для пара-крезола; красного с различными оттенками для орто- и мета-крезолов. Азопроизводные фенолов располагаются на хроматограмме в следующем порядке: фенол, мета-, орто-и паракрезол. Чувствительность методики в мг/кг: колориметрическое определение - 0,2; хроматографическое - 0,04-0,06 для фенола, орто- и мета-крезолов; для пара-крезола - 0,2-0,3.
Метод хроматографии в тонком слое используется для определения фенола и трех изомеров крезола в смывах с кожи [83]. Метод основан на получении азосоединений смеси фенола, орто-, мета- и паракрезола путем взаимодействия исследуемых веществ с пара-нитрофенил-диазонием в щелочной среде с последующим разделением смеси в тонком слое в системе растворителей бензол - метанол - диэтиламин (10:1,5:1). Окрашенные зоны исследуемых веществ получаются в процессе хроматографирования в щелочной среде, которая создаётся в присутствии диэтиламина. Время разделения не более 25 минут. Фенол приобретает кирпичный цвет; паракрезол - грязно-малиновый; орто- и мета-крезолы - красный, но с разными оттенками. Rf фенола 0,2-0,24; мета-крезола - 0,26-0,3; орто-крезола - 0,33-0,44; пара-крезола - 0,95-0,96. Интенсивность окраски изучаемых растворов измеряют на спектрофотометре при длине волны 490 нм для фенола, 515 нм для орто- и метакрезолов и 540 нм для паракрезола.
Чувствительность определения 0,1 мкг в элюате фенола, орто- и мета-крезола; 0,3 мкг в элюате пара-крезола. Визуально определяемое на хроматограмме минимальное количество фенола орто- и мета-крезолов 0,005 мкг, пара-крезола - 0,03 мкг. Определению не мешают резорцин, формальдегид, фурфурол, орто-оксибензиловый спирт.
Анализ литературы по методическим подходам определения алифатических и ароматических хлорированных соединений, алкилфенолов и фенола в биологических средах (кровь, моча) свидетельствует, что существующие методы не соответствуют всем современным требованиям, предъявляемым к анализу биосред человека. При всем многообразии описанных в литературе методов анализа исследуемых веществ в биосредах можно выделить небольшое количество методик, которые позволяют выполнять определение одного или нескольких компонентов с невысокой чувствительностью.
Изучение зависимости полноты экстракции хлорорганических соединений из биосреды различными органическими растворителями и рН среды
Процесс идентификации опасности исследуемых агентов предусматривает углубленный анализ всех имеющихся научных данных о физико-химических свойствах, определяющих особенности поведения химических веществ в окружающей среде и воздействия на организм человека, вредных эффектах у человека, зависимости этих эффектов от путей поступления вещества в организм, уровней и продолжительности воздействия, возможных механизмах развития нарушений состояния здоровья [125,214].
Для полной идентификации опасности и откликов на эту опасность со стороны здоровья населения, количественной оценки риска воздействия факторов окружающей среды и профилактических мероприятий, эффективных в отношении снижения риска здоровью населения, были изучены особенности гигиенической ситуации урбанизированной территории Пермской области.
Пермская область как объект регионального уровня занимает территорию площадью 16,2 тыс.км2, проживающее население составляет около 3 млн.человек. На территории Пермской области расположены 8 крупных промышленных городов, 11 административных районов области и 7 административных районов города Перми. Валовый выброс загрязняющих веществ от промышленных предприятий по Пермской области составил 640,60 тыс. т. в 2004г. По данным статистической отчетности в воздух г. Перми поступает от стационарных источников предприятий более 360 примесей, в атмосферу г. Березники - около 100, г. Губаха - около 90 [262]. В качестве основной информации для выбора компонентов загрязнения окружающей среды, формирующих риск для здоровья детского населения, использовали сведения о выбросах вредных веществ в атмосферный воздух и результаты мониторинга качества атмосферного воздуха и воды хозяйственно-питьевого водоснабжения.
При выборе химических компонентов для исследований, направленных на оценку риска для здоровья населения, использовали сведения о качественном и количественном составе выбросов и сбросов от промышленных объектов, расположенных на изучаемых территориях -гг. Пермь, Губаха, Чусовой, Березники, Кунгур, Краснокамск, районы Оханский, Куединский, Красновишерский, Осинский, Сивенский, Очерский, Ординский, Частинский, Карагайский, Болынесосновский и др., д. Песьянка, с. Рождественское (Пермский район).
Анализ информационных материалов (тома ПДВ отдельных предприятий) показал [64], что наибольший валовый выброс по приведенной массе примесей отмечен в гг. Пермь (1,387,447 усл. т), Краснокамск (919,451 усл. т), Березники (601,901 усл. т), Кунгур (285,303 усл. т), Губаха (161,826 усл. т), Осинском районе (246,001 усл. т), Частинском районе (147,95 усл.т). Изучение томов ПДВ промышленных предприятий перечисленных территорий, показало, что в химический состав выбросов входит токсичный компонент фенол 2 класс опасности, хлорбензол 3 класс опасности, 1,2-дихлорэтан 2 класс опасности, хлороформ 2 класс опасности, тетрахлорметан 2 класс опасности.
Дополнительным фактором риска поступления алифатических, ароматических хлорированных соединений, фенола является употребление воды, которая поступает в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения [197,257]. Из общего числа источников водоснабжения наибольшую значимость имеют источники из поверхностных водоемов, на которых организовано 37 водозаборных сооружений, обеспечивающих более 40% населения области (1 млн. 612,9 тыс. человек), проживающее в г.г .Пермь, Чусовой, Губаха, Кунгур, Краснокамск, Чайковский, Лысьва, Соликамск и др. Эпидемиологическая и токсикологическая значимость воды источников, организованных на поверхностных водоемах, обусловлена рядом проблем, связанных с организацией и соблюдением режимных вопросов на территории и акватории зоны санитарной охраны, обширной сетью водосборной территории, наличием загрязнения техногенного и антропогенного происхождения, несовершенством технологии водоподготовки. Для всех исследованных проб воды, отобранных на крупных водозаборных сооружениях области (гг. Пермь, Чусовой, Губаха, Кунгур, Краснокамск, Чайковский, Лысьва, Соликамск), характерно нарастание суммарного индекса токсичности для веществ первого и второго класса опасности. Высокая опасность бактериального загрязнения обуславливает необходимость интенсивного хлорирования воды. Это, в свою очередь, приводит к образованию из компонентов сбросов предприятий высокотоксичных хлорорганических соединений - хлороформа, тетрахлорметана, 1,2-дихлорэтана и других. Из общего количества 1,2 -дихлорэтана, потребляемого человеком с пищевыми продуктами, 99,6% приходится на питьевую воду (образуется при ее хлорировании) [296, 297]. Источниками фенолов и его алкилпроизводных являются промышленные сточные воды. Из-за несовершенства очистных сооружений вредные вещества попадают в открытые природные водоемы, а оттуда в водопроводную сеть. Особая проблема - трансформация исходных фенолов в более токсичные хлорфенолы при обеззараживании питьевой воды активным хлором.
Качество воды на отдельных участках (по материалам ГЩГМС -Государственное учреждение Пермский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды) в 2004 г. р. Кама (гг. Березники, Пермь, Краснокамск, Чайковский), р. Косьва (г. Губаха), р. Чусовая (г. Чусовой), р. Вишера (г. Красновишерск) не отвечало нормативам хозяйственно-питьевого и санитарно-бытового водопользования [262]. Концентрации наиболее распространенных загрязняющих веществ, в том числе фенолов в поверхностных водах стабильно превышали допустимые нормы. Индекс загрязненности поверхностных вод составил 3,73, что соответствует 4 классу "вода загрязненная".
На основании информации о выбросах [64] предприятий, расположенных на изучаемых территориях, а также исследованиях, проведенных Пермским центром по гидрометеорологии и мониторингу по изучению качественного и количественного химического состава поверхностных вод р. Кама и притоков, а также учитывая традиционную обработку питьевой воды активным хлором, были выбраны приоритетные (индикаторные) химические соединения, относящиеся к первому рангу приоритетности - дихлорэтан, хлороформ, хлорбензол, фенол, 0-, M-, п-крезолы и тетрахлорметан.
Изучение зависимости полноты экстракции фенола и 2-хлорфенола из биоматериала различными органическими растворителями
К числу наиболее значимых источников аэрогенных выбросов г.Перми относятся ОАО "Галоген" (расположен в Кировском р-не), выбросы которого содержат хлорорганические соединения, и промышленный узел "Осенцы" (находится в юго-западной части города, в Индустриальном районе), в выбросах содержится фенол. Ежегодно в воздушный бассейн города от ОАО "Галоген" поступает 61 тонна хлорорганических соединений, в том числе 10 тонн хлороформа и 4 тонны фенола в год от стационарных источников промышленного узла "Осенцы". Основным видом производственной деятельности промышленного узла "Осенцы" является переработка нефти с целью получения различных видов топлива, смазочных масел и др. видов продукции. В качестве сырья на предприятии используются малосернистые пермские и западносибирские нефти ОАО "Галоген "производит свыше 100 наименований органических и неорганических продуктов, в том числе хладоны (фтордихлорметан, дифторхлорметан и т.д.). При незначительных массах выбросов ОАО "Галоген" и промышленный узел "Осенцы" имеют высокие показатели токсичности выбросов- 49,5 (реактивная галогенсодержащая органика) и для фенола коэффициент токсичности составляет 310. Это предприятие построено без учета розы ветров, что создает напряженную обстановку в ряде жилых массивов. Низменный рельеф правобережной части города, слабая проветриваемость этого района способствуют накоплению хлорорганических соединений в окружающей среде и усиливают неблагоприятное воздействие выбросов на качество атмосферного воздуха.
Оценка воздействия аэрогенных выбросов хлорорганических соединений (на примере хлороформа) ОАО "Галоген" и промышленного узла "Осенцы" (на примере фенола) на атмосферу проводилась расчетным путем с использованием системы "Эколог-2.55" в локальной системе координат с привязкой к городской системе. Расчеты рассеивания проведены для хлороформа, поступающего в атмосферный воздух от 6 источников ОАО "Галоген" и фенола, поступающего от 64 источников промышленного узла "Осенцы". Исходной информацией для моделирования являлись оперативные сведения по аэродинамическим параметрам и массам (г/с) хлороформа и фенола по стационарным источникам - выборка данных, представляющих собой замеры концентраций изучаемых соединений в местах установки контрольно-измерительных станций, метеопараметры (скорость ветра в приземном слое, направление ветра. Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания хлороформа и фенола в атмосфере, представлены в табл. 3.23. Метеоусловия для расчетов полей концентрации хлороформа и фенола формировались по метеорологическому стандарту с моделированием штилевых ситуаций, для 360, с перебором 10 направлений ветра. Опасные скорости ветра рассчитывались автоматически. Константа целесообразности проведения расчетов ЕЗ - задана величиной 0,01. Расчет рассеивания загрязняющих веществ по расчетной площадке промышленного узла "Осенцы" осуществляли на площади длиной 15,8 км и шириной 16 км. Общая площадь - около 252,8 км2 и для расчетной площадки ОАО "Галоген" общей площадью 16 км , шириной и длиной 4 км. Шаг регулярной сетки - 0,2 км. Карта с результатами расчета рассеивания включает: пром.площадку, источники выброса изучаемых веществ, жилые зоны и зоны загрязнения - изолинии относительных концентраций загрязняющих веществ. Изолинии концентраций хлороформа и фенола строили в относительных концентрациях (долях ПДКмр) С/ПДКмр.. В качестве примера на рис. 3.6 представлены результаты расчета рассеивания -поля концентраций по хлороформу по ОАО "Галоген".
По данным расчетного мониторинга в зоне жилой застройки создаются концентрации хлороформа от 0,12 до 0,25 ПДКмр.. В зоне загрязнения атмосферного воздуха хлороформом на уровне 0,002-0,006 мг/м3 проживает 125 тыс. человек, в том числе 10 тыс. детей.
На рис. 3.7 представлены результаты расчета рассеивания концентраций фенола по промышленному узлу "Осенцы".
Расчеты и анализ уровня загрязнения атмосферы фенолом показали, что его приземные концентрации создавались на уровне от 0,011 до 0,1 ПДКмр. (от 0,00011 до 0,001 мг/м3). В зоне влияния атмосферного воздуха, загрязненного фенолом находятся: Индустриальный р-н г. Перми, (0,011-0,021 ПДКмр); Д- Устиново и д. Казаково (0,011 ПДКмр); д. Ермаши, д. Осенцы, д. Песьянка и д. Субботино (0,021 ПДКмр); д. Казанцево и коллективные сады (0,1 ПДКМ р). Численность населения составляет 150 тыс. человек, в том числе 10 тыс. детей.
Техногенные загрязнители, такие как хлорорганические соединения и фенол, являются факторами малой интенсивности и при длительном хроническом воздействии на население изучаемых территорий могут вызывать неблагоприятные эффекты в организме по показателям специфических и неспецифических реакций.
