Задача оценки риска ставится в предположении заданности участка местности и неизменности состояния окружающей среды, механизмов распространения токсинов и их воздействия на население. Таким образом, в методике отсутствуют время и пространство как переменные. Поэтому для каждого пространственно-временного координатного интервала оценка риска проводится независимо от других интервалов. В частности, каким бы ни был временной интервал экспозиции, концентрации экстраполируются на "пожизненную экспозицию" и рассчитывается соответствующая доза.
Ущерб для здоровья оценивается двумя величинами: вероятностью приобрести раковое заболевание и индексом опасности неракового заболевания. Интегральная оценка ущерба от набора загрязнителей предполагает аддитивность их воздействия т.е. возможность суммирования порождаемых ими рисков.
Решение задачи оценки риска традиционно разбивается на следующие стадии:
идентификация опасности;
оценка доза - эффектного соотношения;
оценка экспозиции;
характеристика риска
Первый этап реализуется как уточнение выборки - того набора загрязнителей, участков местности, временных периодов, когорт населения и других "координатных интервалов", который определяет постановку задачи. В частности, определяется список химических веществ -загрязнителей, характерных для данной местности, и потенциально опасных для здоровья населения.
Процесс идентификации области опасности в этих "координатах" предполагает выполнение пробных оценок риска и статистический анализ результатов и исходных данных. Целью этих работ является, с одной стороны, исключение ошибок и мешающих факторов, а с другой, сохранение достаточной широты и репрезентативности выборки данных, чтобы она представляла рассматриваемую опасность достаточно полно для принятия управленческих решений.
При идентификации опасности может быть использована база качественных, экспертных знаний о свойствах загрязнителей, их влиянии на здоровье, присутствии на данной территории и т.п. Система поддерживает такую базу знаний в виде гипертекста, который может расширяться и редактироваться самими экспертами. Для второго этапа система поддерживает корреляционный и регрессионный анализ взаимосвязей между концентрациями загрязнителей и соответствующими экспозициями и дозами, с одной стороны, и реальными показателями здоровья населения (заболеваемость, смертность и т.п.), с другой стороны. В случае, если для опасности, идентифицированной на первом этапе, такие взаимосвязи устанавливаются достаточно надежно, они могут быть включены как эмпирическая модель в конвейерный процесс расчета риска для здоровья населения. В противном случае, предусматривается использование коэффициентов взаимосвязи "доза-эффект", рекомендуемых EPA. Они суммируют большой опыт мировых токсикологических и эпидемиологических исследований. Тем не менее, они имеют весьма общий характер и большие "коэффициенты запаса", так что в ряде случаев использование эмпирических моделей, построенных по эпидемиологическим данным для конкретной опасности, может оказаться предпочтительнее. Для третьего этапа система поддерживает режим отладки модели формирования риска - среду для выработки экспертом сценариев экспозиции и разбиения населения на экспозиционные группы, адаптированные к рассматриваемой опасности в том числе к особенностям региона. В настоящее время за основу набора сценариев и экспозиционных групп взяты данные EPA, но этот набор может быть расширен. В результате процесса отладки может быть выработана "экспозиционная модель" региона. Далее ее коэффициенты могут использоваться в конвейерной оценке риска. Четвертый этап - характеристика риска- включает его распределение во всевозможных разрезах - территориальном, временном, по половозрастным когортам, по загрязнителям и т.д. При этом в характеристику риска, в принципе, может быть включено качественное описание ожидаемой реакции организма на воздействие данных загрязнителей с данной интенсивностью. Оно может строиться на основе информации, содержащейся в базе знаний системы. В частности, такое описание дается для неканцерогенов в альтернативной модели формирования риска, разработанной С.М. Новиковым (ММА). Это расширение стандартной методики оценки риска, по-видимому, необходимо для того, чтобы перейти от прогнозных рисков к прогнозной заболеваемости.
Характеристика риска включает ранжировку рисков по группам населения, типам загрязнителей и другим факторам. Такая информация о "группах риска" и "территориях риска" может быть использована для принятия решений в области охраны окружающей среды и здоровья населения, в частности, для установления приоритетных опасностей.
Алгоритм оценки риска
При оценке риска окружающая среда представляется в виде множества взаимодействующих слоев-носителей загрязнений. В качестве их количественной характеристики используются данные о концентрациях C1 загрязнителей в носителях - "первичных средах", куда происходит первичный выброс загрязнителя. Величины C1 являются либо данными мониторинга, либо результатом расчета по стандартным методикам. Входом последних, в свою очередь, служат либо данные экологических паспортов предприятий - источников выбросов, либо результатов расчетов мощности выбросов, получаемые с помощью стандартных моделей.
На втором этапе формируется выборка из базы нормативных данных. Она содержит нормативные показатели токсичности для включенных на первом этапе в расчет веществ-загрязнителей:
WofE - качественный показатель канцерогенности загрязнителя, определяемый по таблицам, но не используемый непосредственно в расчетах;
SF - вероятность получения ракового заболевания в случае приема единичной дозы LADI (см. ниже), 1/мг/кг * день;
RfD - пороговая доза вещества загрязнителя, вызывающая нераковое заболевание, мг/кг * день.
Алгоритмически, оценка риска в основана на наборе типичных случаев контакта людей с носителями загрязнителей (т.наз "контактные среды"), типичных физико-химических механизмах -путях контактов человека с загрязнителями и наборе популяционных групп с одинаковыми условиями экспозиции к загрязнителям. Совокупность всевозможных путей, для всевозможных групп, называется матрицей экспозиции. Для каждого элемента матрицы экспозиции рассчитывается доза загрязнителя:
LADI = (C1 / W) * V * F * D / T,
где
LADI - средняя пожизненная ежедневная доза, мг/(кг * день);
C1 - концентрация загрязнителя в контактной среде, мг/м3;
W - вес тела индивидуума, кг;
V - потребление индивидом данной контактной среды, м3/день;
F - частота события контакта с носителем, дней/год;
D - период, на который экстраполируются текущие условия экспозиции, лет;
T - период осреднения дозы, дней.
Эта формула относится к третьему из перечисленных выше этапов.
На четвертом этапе для каждого элемента матрицы экспозиции рассчитываются показатели риска:
ILCR=SF * LADI.
где ILCR-вероятность заболеть раком, безразмерная (обычно выражается в единицах 1:1000000);
HI=LADI / RfD,
где HI - индекс опасности получить нераковое заболевание, безразмерный.
Рассчитанная по приведенным выше формулам матрица риска, клетки которой соответствуют различным территориям, загрязнителям и т. д., подается в информационный канал (конвейер), с помощью которого преобразуется в выходную форму (карту, таблицу, графическое представление риска и т.п.). Эта информация позволяет вычислить множество по-разному агрегированных рисков, таких как риск по данному типу событий контакта людей с носителем загрязнителя, риск по данному носителю, риск по данному загрязнителю, риск по данной популяционной группе, риск по данной местности и т. п.
С математической точки зрения, данная методика представляет собой жесткую последовательность операций. Входными являются исходные данные о когорте населения и о концентрациях загрязнителей. Выходом является либо избыточный риск раковых заболеваний, либо степень превышения порогового воздействия, связанная с конкретным загрязнителем.
Методика может применяться по отношению к населению в целом и различным экспозиционным группам (когортам), проживающим на загрязненных территориях или работающих на вредных производствах, которые обеспечены входными данными. Типичные примеры экспозиционных групп:
все население отдельных городов (поселков);
население отдельных зон проживания в рамках города (поселка);
детское население, которое может делиться по территориальному, возрастному, социальному и другим признакам;
работающие на вредных производствах, которые могут делиться на различные группы по степени вредности условий труда.
Методика разработана в Московской медицинской Академии (ММА) под руководством проф. С. М. Новикова.
Принимая во внимание сложность и многоаспектность понятий "опасность" и "риск", дадим их определения в контексте настоящей методики. Под условной опасностью понимается степень возрастания вероятности (риска) развития неблагоприятных эффектов и их выраженности (т.е. медико-биологической и социальной значимости, тяжести) в случае определенного превышения ПДК в течение заданного промежутка времени.
Условной эта опасность названа потому, что ее оценка ограничена имеющимися в настоящее время данными о вредных эффектах, вызванных исследованными концентрациями химических веществ. В отличие от принятых в стандартной методике оценки риска показателей потенциальной опасности, рассматриваемое понятие отражает тяжесть последствий воздействия загрязнителей, в зависимости от кратности превышения ПДК. Ниже под термином "условный риск" понимается некая функция, интегрально отражающая вероятность и тяжесть возможных биологических ответов на воздействие загрязнителя атмосферного воздуха.
Существующие в настоящее время показатели реальной опасности характеризуют уровень определенных эффектов (например, гибель 50% животных, наличие пороговых изменений показателей жизнедеятельности и др.) или ширину диапазона между двумя уровнями воздействия (например, соотношение порогов острого и хронического действия, среднесмертельных концентраций и порогов острого действия и т.д.). Очевидно, что такие показатели слабо связаны между собой и каждый из них характеризует лишь определенный аспект опасности вещества: опасность острых воздействий, опасность хронического действия, опасность появления специфических эффектов и т.д.
Рассматриваемая методика основана на следующих исходных положениях:
Опасность для здоровья, обусловленная превышением ПДК с.с. (среднесуточных), может быть оценена на основе анализа зависимости риска и тяжести эффектов от уровней воздействия во всем диапазоне эффективных концентраций: от смертельных до пороговых или максимальных недействующих. Мерой условного риска (R) является некоторая функция от вероятности появления эффекта определенной степени тяжести.
Опасность для здоровья, вызванная воздействием i-го загрязнителя, имеет степенную (логарифмическую) зависимость от уровней воздействия или степени превышения ПДК с.с. :
Ri = b lg(Ci / ПДК с.с.)
или
Ri=a + b lg(Ci),
где
Ci-фактическая концентрация i-го загрязнителя,
a = - lg (ПДК с.с.),
b - показатель угла наклона зависимости "концентрация-условный риск", интегрально характеризующий опасность, связанную с превышением концентрацией ПДК.
Степень возрастания опасности при превышении ПДК с.с. определяется углом наклона зависимости риска от уровней воздействия (т.е. величиной b).
Опасность для здоровья, обусловленная превышением ПДК, не зависит от существующих классов опасности и должна оцениваться с учетом индивидуальных характеристик каждого вещества.
С увеличением продолжительности воздействия риск и тяжесть эффектов либо возрастают, либо остаются на уровне, наблюдавшемся при исходном времени экспозиции данной концентрации.
За 0-й уровень относительного риска (R = 0) были приняты эффекты действия химического вещества в концентрации, не превышающей ПДК с.с. Эффект воздействия концентрации, соответствующей порогу хронического действия при круглосуточной ингаляции, был принят равным 1/5. Воздействие концентрации на уровне ПДК р.з. (рабочей зоны) соответствовало эффекту, равному 2.5 условных единиц. Уровни воздействия, близкие к среднесмертельным концентрациям или американским аварийным нормативам для воздуха рабочей зоны (Immediately Dangerous to Life and Health Values - IDLH), соответствовали 1. Для стандартизации других параметров токсикометрии была использована построенная по вышеприведенным точкам зависимость "концентрация - условный риск (эффект)".
При построении графиков в координатах: Ri - lg (Ci / ПДК с.с.) для наиболее приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха, практически во всех случаях были получены линейные зависимости риска от логарифма отношения концентрации к ПДК.
В качестве ориентировочных критериев для оценки экологической обстановки территорий С.М. Новиковым и К.А. Буштуевой были предложены следующие градации:
зона экологического бедствия (существенные нарушения здоровья. увеличение необратимых. несовместимых с жизнью нарушений здоровья. изменения структуры причин смерти. появление специфических заболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды, существенное увеличение частоты обратимых нарушений здоровья) : R > 3/5.
зона чрезвычайной экологической ситуации (угроза здоровью, увеличение частоты обратимых нарушений здоровья - неспецифические заболевания, отклонения в физическом и нервно-психическом развитии, нарушения или осложнения в течении и исходах беременности): 3/5 > R > 1/2.
Кроме того, в процессе углубленного анализа было выявлено удовлетворительное совпадение между прогнозными оценками рисков и реально наблюдаемыми биологическими реакциями человека и лабораторных животных в натурных и экспериментальных условиях.
Преимущества рассматриваемого показателя (условного риска) состоят, прежде всего, в возможности анализа опасности вещества по комплексу характеристик, что существенно снижает потенциальное влияние ошибок в установлении отдельных показателей (например, ПДК).
В связи с тем, что при построении дозовой зависимости для каждого из исследуемых веществ используются все имеющиеся параметры биологического действия, включая пороги специфического действия, итоговая оценка в определенной степени отражает не только общетоксические, но и отдаленные эффекты, а также позволяет получить прогнозные характеристики вещества (параметры токсикометрии, гигиенические нормативы). В этом отношении обсуждаемая зависимость представляет по своей сути интегральный токсикологический "портрет" (профиль) конкретного химического соединения.
Одним из важных достоинств рассматриваемой методики является возможность ее применения в случае многофакторных воздействий. Она позволяет строить интегральные индексы опасности для многокомпонентных смесей по отношениям концентраций к предельным концентрациям для заданного уровня условного риска R.
При этом учитывается различная зависимость тяжести последствий воздействия разных веществ от их концентрации. В связи с тем, что при построении комплексного показателя опасности используются относительные уровни воздействия (доли ПДК) и стандартные значения эффектов, взвешенных с учетом степени тяжести возможных изменений в состоянии организма, вышеприведенные формулы, в принципе, могут применятся и при одновременном поступлении химических веществ из разных сред (с атмосферным воздухом, питьевой водой).
Еще одним важным аспектом методики является проблема связи получаемых оценок риска с реальной заболеваемостью населения. Интерес к ней определяется тем обстоятельством, что значения индивидуального, а тем более условного риска сами по себе не позволяют судить о реальных масштабах заболеваемости населения, вызванного воздействием загрязненной среды, поскольку корректных методов перехода к эпидемиологическому риску до сих пор не разработано, о чем уже было сказано выше. Первым шагом в этом направлении является наличие в данной методике возможности характеристики качественных различий эффектов, связанных с разными концентрациями одного и того же вещества. Необходимо совершенствовать эту характеристику, включив в нее разделение ожидаемых эффектов и их частоты по группам диагнозов.
Итак, условный (относительный) риск представляет собой интегральную характеристику воздействия на здоровье населения, позволяющую непосредственно связать между собой значения концентраций загрязнителя с эпидемиологическими параметрами заболеваемости населения т.е. с конечным эффектом. Данная характеристика служит одновременно и дополнением и обобщением риска, описанного в стандартной методике. В частности, она позволяет учитывать нелинейные эффекты острого воздействия больших концентраций загрязнителя. При этом, хотя время экспозиции и не входит явно в расчет условного риска, его влияние учитывается в значении коэффициента "b", либо может быть учтено за счет замены величин среднесуточных ПДК на их среднегодовые аналоги. Кроме того, за счет нелинейных эффектов логарифмической зависимости при больших и малых значениях аргумента влияние величины времени экспозиции становится пренебрежимо малым и в асимптотике просто исчезает.
Платой же за универсальность формулы служит относительность данной характеристики, в отличие от абсолютного риска канцерогенных заболеваний в стандартной методике. Возможно, что последняя, в некоторых случаях, может послужить своего рода репером, для первой. Поэтому получаемые с помощью этой методики результаты носят ориентировочный характер, т.е. отражают тенденцию к увеличению частоты ряда заболеваний при повышении концентраций загрязнителей.
