Методические подходы в России и США к регламентированию вредных веществ в воздушной среде при химических авариях

1

Организация и совершенствование медицинского обеспечения и государственного санитарно-эпидемиологического надзора. Предупреждение и ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций

В.Е. Жуков, Б.Н. Филатов, В.В. Клаучек

Методические подходы в России и США к регламентированию вредных веществ в воздушной среде при химических авариях

ФГУП «НИИ гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА России, г. Волгоград

V.E. Zhukov, B.N. Filatov, V.V. Klauchek

Air pollution control regulations and methodology in Russia and the USA

for chemical accidents

FSUE «RIHTOP» FMBA Russia, Volgograd

Ключевые слова: химическая авария, зона заражения, гигиенический регламент, аварийный предел воздействия, атмосферный воздух населенных мест, АПВ, зарин, зоман, УХ.

Keywords: chemical accident, contamination zone, hygiene regulations, emergency exposure limit, community air, EEL, sarin, soman, VX.

В работе обоснована необходимость разработки гигиенических нормативов — аварийных пределов воздействия (АПВ) токсичных веществ в Российской Федерации. Представлены данные сравнительного анализа методических принципов обоснования АПВ и контрольных уровней острого воздействия токсикантов в США..

The article substantiates the need to work out Emergency Exposure Limits in Russian Federation and presents the results of the comparative analysis on the Emergency Exposure Limits Procedural Guidelines and maximum permissible level for pollutants and toxins in the USA.

В федеральной целевой программе «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009—2014 годы)» дается исчерпывающая оценка увеличения риска возникновения аварий на химически опасных объектах из-за изношенности оборудования и, как следствие, выброса токсичных веществ в воздушную среду. В этой связи отмечается, что прогнозирование угроз, обусловленных воздействием опасных химических веществ, и заблаговременная разработка мер по оценке и предупреждению последствий чрезвычайных ситуаций являются приоритетными задачами [9]. Подобные прогностические оценки отражают действующую в стране систему управления рисками [8; 10].

Формулирование прогноза базируется на множестве факторов, в том числе на параметрах токсичности и опасности веществ, при этом наряду с такими «традиционными» показателями, как средне смертельные величины (CL50), предельно допустимые концентрации (ПДК), ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) в последнее время в Российской Федерации используется и специальный вид гигиенических нормативов — аварийные пределы воздействия (АПВ). В США аналогом ( в определенной мере) последних являются контрольные уровни острого воздействия химических соединений — Acute Exposure Guidance Level — 1 (AEGL-1) [14].

Однако анализ методических приемов при разработке АПВ и AEGLs выявил их существенные различия.

1. Необходимость разработки аварийных пределов воздействия веществ и методические принципы их обоснования в РФ

Известно, что при планировании адекватных действий персонала и спасательных бригад при химических авариях учитываются пространственные характеристики распространения выбросов опасных веществ, которые сопоставляются с токсикометрическими показателями соединений [2; 12; 13].

Для примера можно привести расчеты возможного распространения зарина в случае пролива на открытой местности (табл. 1).

Анализ данных, представленных в табл. 1, свидетельствует о том, что при разливе (выбросе) 10,0 кг зарина на открытой местности (при условии его максимального испарения 11,3 мг/м3) на расстоянии 10 м от места аварии концентрация О -изопропилметилфторфосфоната составля -ет 1,4 х10-1 мг/м3 и пропорционально снижается с увеличением расстояния.

Имеющееся в литературе значение средне смертельной токсодозы (ЬЙ50), установленное применительно к человеку, составляет 100,0 мгхмин/м3 [3]. При расчете СЬ50 для экспозиции 1 час была получена величина, равная 1,7 мг/м3, т.е. при уровнях загрязнения, приведенных в табл. 1, летальные исходы среди контингента, оказавшегося в зоне разлива вещества, представляются маловероятными.

Тем не менее концентрации вещества от 1,4*10-1 до 1,1х10-2 мг/м3 в целом более чем на 5 порядков выше ОБУВ .

1 атм

и на 3 порядка ПДК в воздухе рабочей зоны (2х10-5 мг/м3), установленной для работающих (на весь период производственного стажа) [ГН 2.1.6.2736-10 и ГН 2.2.5.2829-11 соответственно]. Таким образом, нахождение населения и ликвидаторов аварии в зоне заражения в пределах

100 м от места разлива будет представлять опасность для здоровья.

Приведенный анализ указывает на потенциальную опасность пребывания человека в зоне заражения, однако он не дает ответа на вопрос, как долго можно безопасно находиться в зоне заражения при конкретном содержании вещества в воздушной среде (или какой запас времени у человека для покидания места аварии).

В России в течение нескольких десятилетий внедряется специальный гигиенический критерий, получивший название «аварийный предел воздействия», определяющий допустимое время (Т) безопасного пребывания человека в зоне химического заражения без средств индивидуальной защиты. При превышении АПВТ применение средств индивидуальной защиты обязательно [4].

В целом с АПВТ токсиканта схема обязательного разделения химической чрезвычайной ситуации по степени контаминации для прогнозирования опасности поражения населения и выдачи управленческих решений принимает завершенный вид (рисунок).

Теоретической основой разработки АПВТ стала общебиологическая зависимость «концентрация — время — эффект», суть которой выражается формулой Габера (W=C^t, где W — действие (нем. — и>1гкыщ), С — концентрация вещества в воздушной среде, t — время).

Обоснование АПВТ исследуемых токсических веществ осуществляется по соответствующим методическим указаниям, разработанным сотрудниками НИИ ГТП, ГНЦ ИБФ, НИИ ГПиЭЧ при участии ряда специалистов ФМБА России [4].

Методология определения аварийных регламентов предполагает экспериментальное обоснование АПВТ, при этом нормативы разрабатываются для веществ, обладающих хроноконцентрационным типом действия и

Возможные концентрации зарина на различных расстояниях от места разлива (выброса) 10,0 кг Таблица 1 вещества [3]

Максимальная концентрация при нормальных условиях, мг/л ОБУВ , мг/м3* атм.7 ' Возможные концентрации вещества (мг/м3) на разных расстояниях от источника заражения, м

2,0х10-7 10,0 20,0 50,0 100,0

1,4х10-1 6,4х10-2 2,3х10-2 1,1 х 10-2

* Ориентировочно безопасный уровень воздействия загрязнителя атмосферного воздуха (ОБУВатм ) норматив. - гигиенический

Разделение зоны чрезвычайной ситуации по степени опасности [1].

I - зона с высокой вероятностью гибели людей и возникновения острых эффектов;

II - зона, в которой затруднена или невозможна нормальная жизнедеятельность;

III - зона с осложненной санитарно-гигиенической обстановкой, требующей проведения ограниченных мероприятий; IV- зона с нормальными санитарно-гигиеническими условиями. I и IVзоны оцениваются по таким пограничным характеристикам, как СЬ5 и ПДК соответственно, а II и III - по АПВТ.

имеющих утвержденные величины гигиенических нормативов (ПДК или ОБУВ).

Экспериментальная разработка гигиенических нормативов базируется на принципе пороговости всех типов действия химических веществ. Критериями пороговости являются: статистическая достоверность изменений исследуемых показателей, определяемых у животных подопытных и контрольных групп; обратимость выявляемых отклонений, в том числе морфоструктурных нарушений. Пороговая величина (Ыша) устанавливается на основе зависимости «концентрация — эффект» [11].

При определении пороговых концентраций действие вещества изучается практически на всех иерархических звеньях живой системы (начиная от целостного организма и заканчивая субклеточным и субмолекулярным уровнями). Особое значение придается наличию специфических эффектов. Например, при выявлении пороговых уровней боевых органофосфатов ориентируются на наиболее чувствительный и патогенетически значимый показатель — активность аце-тилхолинэстеразы.

Следует отметить, что при разработке АПВТ вредных веществ в воздухе атмосферы населенных мест в качестве пороговой вели-

чины рассматривается максимально недействующая концентрация (МНК), которая также устанавливается на основе зависимости «концентрация — эффект».

Поскольку опыты проводятся на животных (как правило, на белых беспородных крысах), при «переходе» к величине гигиенического норматива (АПВТ) к пороговому уровню применяется коэффициент запаса (Кз). При выборе значения Кз во внимание принимаются как токсикометрические характеристики, так и гетерогенность популяции (т.е. различные возрастные категории населения, включая людей с ослабленным здоровьем).

При планировании исследований существенное внимание уделяется соблюдению ряда факторов, таких как унификация условий проведения опытов ( однотипный вид животных, схожие условия их содержания), способ создания концентраций (динамический или статический), адекватный набор тестов, включая специфический показатель, время тестирования с учетом особенностей токсикодинамики соединения, и т.д.

Изложенная методология регламентирования была применена НИИ ГТП при разработке АПВТ для боевых отравляющих веществ (табл. 2).

Таблица 2 АПВТ зарина, зомана, Vx, иприта и люизита в атмосферном воздухе населенных мест

Вещество Шифр норматива Величина АПВ, мг/м3, и время воздействия ОБУВ , мг/м3 атм.

1 час 4 часа 8 часов 24 часа

Зарин ГН 2.1.6.2658-10 8,0х10-4 2,0х10-4 1,0х10-4 3,3х10-5 2,0х10-7

Зоман ГН 2.1.6.2658-10 1,2х10-4 3,0х10-5 1,5х10-5 5,0х10-6 5,0х10-7

УХ ГН 2.1.6.2658-10 1,6х10-5 4,1х10-6 2,0х10-6 6,6х10-7 5,0х10-8

Иприт ГН 2.1.6.2658-10 6,0х10-3 1,3х10-3 5,0х10-4 2,0х10-4 2х10-6

Люизит ГН 2.1.6.2658-10 1,0х10-2 2,4х10-3 1,2х10-3 4,0х10-4 4х10-6

На сегодняшний день имеются утвержденные величины АПВТ отравляющих веществ и для воздуха рабочей зоны.

Необходимо отметить, что при проектировании всех объектов по уничтожению химического оружия АПВТ были использованы и для расчета зон защитных мероприятий [5]. Зоны защитных мероприятий охватывают значительную территорию, на которой осуществляется постоянный мониторинг здоровья населения и состояния окружающей природной среды. Размеры территорий утверждаются Правительством РФ [7].

2. Методические подходы к определению контрольных уровней острого воздействия химических соединений в США

В США также пришли к выводу о том, что существующие нормативы, используемые для повседневного контроля содержания токсикантов в различных объектах окружающей среды, не могут быть трансформированы в какие-либо лимиты при чрезвычайных ситуациях. После катастрофы в Бхопале (Индия) был разработан ряд различных предельных норм токсичных веществ применительно к чрезвычайным ситуациям.

Методология разработки аварийных нормативов может быть проиллюстрирована на примере обоснования контрольных уровней острого воздействия (АЕСЬв) фосфорор-ганических отравляющих веществ (ФОВ) [14]. АЕСЬв предназначены для планирования мероприятий по ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с выбросом в атмосферный воздух ФОВ.

АЕСЬв представляют собой пороговые значения веществ для нескольких периодов чрезвычайного воздействия и разрабатываются для 10 и 30 минут, 1 часа, 4 и 8 ча-

сов. Рекомендуемые уровни экспозиции применимы к широкой публике, включая детей, подростков и других восприимчивых чувствительных индивидуумов. Уровни АЕСЬ-1, АЕСЬ-2 и АЕСЬ-3 различаются по степени тяжести токсических эффектов.

АЕСЬ-1 — концентрация вещества, при превышении которой население будет испытывать заметный дискомфорт, воспаление или определенные несимптоматические, несенсорные эффекты. Указанные отклонения не приводят к потере дееспособности, они проходят с прекращением экспозиции. АЕСЬ-2 характеризуется развитием необратимых или других серьезных, длительных тяжелых эффектов либо ослаблением способности к самопомощи и самоэвакуации. АЕСЬ-3 — концентрация соединения, при превышении которой ожидается гибель людей.

Исходя из приведенных определений АЕСЬв, формулировка порогового значения АЕСЬ-1 предполагает нанесение наименьшего вреда здоровью лицам, оказавшимся в зоне химической аварии. В этой связи представляется целесообразным проведение сравнительного анализа этих стандартов безопасности, разработанных для некоторых ФОВ, с применением формулы Габера, предполагающей линейную зависимость между переменными (табл. 3).

Сопоставление приведенных величин показывает, что АЕСЬ-1 при 10-минутной ингаляции зарина характеризуется уровнем, равным 6,9 х10-3 мг/м3, а при длительности экспозиции 8 часов рекомендуемая концентрация соответствуют величине 1,0 х10-3 мг/м3, т.е. при различиях в продолжительности воздействия в 48 раз АЕСЬв различаются только в 7 раз. Подобная зависимость между предлагаемыми значениями стандартов безопасности и временем ингаляции свойственна и зоману, и УХ.

Значения АЕСЬ-1 для некоторых отравляющих веществ [14] Таблица 3

Агент, мг/м3 10 минут 30 минут 1 час 4 часа 8 часов

Зарин 6,9х10-3 4,0х10-3 2,8х10-3 1,4х10-3 1,0х10-3

Зоман 3,5х10-3 2,0х10-3 1,4х10-3 7,0х10-4 5,0х10-4

УХ 5,7х10-4 3,3х10-4 1,7х10-4 1,0х10-4 7,1х10-5

Иприт 4,0х10-1 1,3х10-1 6,7х10-2 1,7х10-2 8,0х10-3

Причина выявленных несоответствий заключается в методических подходах к обоснованию ЛЕОЬв.

Один из них состоит в использовании ретроспективных экспериментальных данных, в том числе полученных на волонтерах (что в целом способствует повышению объективности разрабатываемых ЛЕОЬв). Однако из-за того, что условия опытов зачастую не соответствуют решаемым задачам, результаты исследований подвергаются экстраполяции с применением ряда поправочных коэффициентов [14].

Например, в одних опытах на волонтерах было установлено, что 20-минутная ингаляция зарина в концентрации 0,05 мг/м3 сопровождается развитием интоксикации средней степени тяжести. В других экспериментах наблюдалось лишь сужение зрачка и только после четырех 20-минутных экспозиций (С=0,062 мг/м3). Подобное несоответствие имело место и при более коротких воздействиях зарина. Так, поступление вещества на уровне 0,6 мг/м3 на протяжении 1 минуты вызывало миоз и ощущение стеснения в груди, а при 2-минутной ингаляции (С=20,7 мг/м3) вообще не было зарегистрировано каких-либо эффектов. Тем не менее указанная информация была принята во внимание, равно как и данные, полученные на лабораторных крысах при ингаляции вещества в течение 10, 30, 60, 90, 240 и 360 минут.

В результате для обоснования ЛЕОЬ-1 в качестве исходной величины была принята концентрация 0,05 мг/м3 при 20-минутной экспозиции. Указанный уровень зарина экстраполировался по алгебраической зависимости: Са/щр*1=Ъ, где С — концентрация, вычисляемая как константа, исходя из базового уровня эффективности (мг/м3), п — экспонента, / — фактор неопределенности, t — вре-

мя (ч), к — искомое значение ЛЕОЬ. В конкретном случае п=2, а /=10. При проведении соответствующих вычислений были определены величины для всех экспозиций зарина (см. табл. 3).

Другой метод заключается в разработке ЛЕОЬв с предварительным обоснованием зарина в качестве эталонного соединения, имеющего наиболее обширную базу показателей токсичности, в отличие от двух других ФОВ. Вычисление контрольных уровней зомана и УХ проводится по так называемому потенциалу относительной токсичности. В итоге для УХ значения ЛЕОЬв вычисляли умножением каждой концентрации, при которой возникают критические для зарина эффекты, на коэффициент 0,083, для зомана соответствующие концентрации умножали на 0,5 [14].

Относительно параметров, представленных в табл. 3 (равно как и более высоких уровней ЛЕОЬв), официальная точка зрения является сдержанной, так как приведенные значения носят в основном теоретический характер и нуждаются в экспериментальном подтверждении. В то же время с учетом необходимости планирования действий в возможных чрезвычайных обстоятельствах, а также длительности выполнения объемных исследований рекомендованные уровни, полученные с использованием потенциала относительной токсичности, признаются соответствующими ситуации.

Сопоставление АПВТ и ЛЕОЬв для идентичных экспозиций показывает, что для зарина отечественные нормативы от 3 до 10 раз (в зависимости от продолжительно -сти ингаляции) ниже американских величин, для зомана и УХ эти различия составляют от 1 до 2 порядков (см. табл. 2 и 3).

Большая «жесткость» отечественных АПВТ в сравнении с американскими контрольными уровнями воздействия заключает-

ся в различии методических приемов их разработки. В России разработка АПВТ осуществляется на основе экспериментальных данных с соблюдением традиционных принципов отечественного регламентирования (признанных ВОЗ) [11]. В США при обосновании нормативов химических веществ, ограничивающих их содержание в воздушной среде (как в воздухе производственных помещений, так и в атмосфере), используются, как правило, расчетные методы, получаемые при этом величины являются достаточно приближенными.

Расхождение в методических приемах обусловлено и неодинаковой социальной направленностью гигиенических нормативов в РФ и США. Так, соблюдение ПДК не может вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья ни в работоспособном возрасте, ни в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. В США главенствует концепция общественно допустимого риска, допускающая вероятность развития эффекта, неблагоприятного для здоровья, в результате воздействия вредного вещества [6]. Обращает на себя внимание тот факт, что само понятие «неблагоприятный для здоровья эффект» не раскрывается.

Кроме того, в Российской Федерации гигиенические регламенты веществ утверждаются на государственном уровне, т.е. нормативы обязательны к применению на всей территории страны, тогда как в США регламенты утверждаются комиссиями штатов без юридических прав [6].

Как уже отмечалось, АПВТ были использованы для определения размеров территорий, прилегающих к объектам уничтожения химического оружия. На указанных территориях осуществлялся мониторинг за состоянием здоровья населения и окружающей природной среды. Данное обстоятельство можно рассматривать как доказательство практической значимости аварийных регламентов для охраны здоровья лиц, проживающих вблизи опасных химических объектов. В этой связи предлагается включить в разрабатываемую федеральную целевую программу «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации

(2015—2020 годы)» проведение исследований по обоснованию аварийных пределов воздействия токсичных веществ, производимых или применяемых на химически опасных производствах.

Выводы

1. В России и США признается необходимость разработки специальных критериев опасности токсичных веществ для прогнозирования последствий и планирования эффективных мероприятий по ликвидации возможных химических аварий, поскольку считается, что наличие традиционных гигиенических нормативов недостаточно для подобных оценок.

2. Меньшие величины АПВТ в сравнении с АЕОЬ-1, установленными для ряда ФОВ, объясняются различиями в методических и социальных принципах гигиенического регламентирования химических веществ в России и США.

Литература

1. Аветисов Г.М. Проблемы санитарно-гигиенического обеспечения при чрезвычайных ситуациях // Медицина катастроф. 1995. № 1-2 (9-10). С. 12-17.

2. Лишаков В.И., Простакишин Г.П., Батрак Н.И. База данных о наличии химических объектов на территории Российской Федерации — необходимый элемент прогнозирования и оценки обстановки при организации медико-санитарного обеспечения населения в чрезвычайных ситуациях // Медицина катастроф. 2007. № 2 (58). С. 46-48.

3. Методические рекомендации Минздрава РФ «Организация медико-санитарного обеспечения при террористических актах с использованием опасных химических и отравляющих веществ». Утв. Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 28 декабря 2001 г. № 2510/13132-01-34. М.: ВЦМК «Защита», 2001.

4. Методические указания 2.1.781-99 «Разработка и обоснование аварийных пределов воздействия высокотоксичных хими-

ческих соединений — отравляющих веществ (ОВ) и компонентов ракетных то-плив (KPT)». М., 1999.

5. Назаров В.Д., Назаров А.В., Толстых А.В., Ботырев В. В. Установление размеров ( площадей) зон защитных мероприятий для объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия // Научно-технические аспекты обеспечения безопасности при уничтожении, хранении и транспортировке химического оружия: Сборник стендовых докладов 4-й научно-практической конференции. Ч. II. М., 2008. C. 132-143.

6. Новиков С.М., Семеновых Л.Н. Особенности методологии установления предельно допустимых уровней воздействия промышленных вредных веществ, принятой в США // Гигиена и санитария. 1994. № 2. С. 25-30.

7. Постановление Правительства РФ от 24 февраля 1999 г. № 208 «Об утверждении положения о зоне защитных мероприятий, устанавливаемой вокруг объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия».

8. Постановление Правительства РФ от 6 января 2006 г. № 1 «О федеральной целевой программе "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года"» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 14 июля 2006 г. № 425, от 28 июля 2006 г. № 465, от 12 июня 2007 г. № 370, от 25 марта 2010 г. № 177).

9. Постановление Правительства РФ от 27 октября 2008 г. № 791 «О федераль-

ной целевой программе "Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009—2014 годы)"» (с изм. от 3 ноября 2011 г. № 915).

10. Постановление Правительства РФ от 7 июля 2011 г. № 555 «О федеральной целевой программе "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2015 года"».

11. Принципы и методы оценки токсичности химических веществ. Ч. 1. // Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Вып. 6. ВОЗ. Женева, 1981.

12. Рембовский В. Р., Радилов A.C., Нагорный С.В. и др. Медико-гигиеническое обеспечение объектов по уничтожению химического оружия на современном этапе // Токсикологический вестник. 2010. № 3. С. 26-30.

13. Уйба В.В., Филатов Б.Н., Клаучек В.В., Британов Н.Г. Основные направления работ в области гигиенического обеспечения процесса уничтожения химического оружия // Российский химический журнал. 2007. № 2. Т. LI. С. 86-91.

14. Acute exposure guideline levels for selected airborne chemicals. Vol. 3. 2003. Technical Support Document. Available at: http:// www.epa.gov/oppt/aegl/pubs/tsd45.pdf (accessed: 15.08.2014).

Контакты:

Жуков Валентин Егорович,

заведующий лабораторией промышленной токсикологии ФГУП «НИИ ГТП». Тел./факс: 8-8442-78-62-57. E-mail: niigtp@rihtop.ru