Методы и программные средства оценки риска здоровью населения в связи с загрязнением окружающей среды

Методы и программные средства оценки риска здоровью населения в связи с загрязнением окружающей среды

Введение

Система обработки информации “среда-здоровье”: концепция.

Входная информация и базы данных.

Конвейер обработки информации

Моделирование рассеяния выбросов.

Оценка риска

Использование оценок риска

Риск и здоровье

Список иллюстраций

Список таблиц

Введение
Данный отчет описывает систему обработки информации по проблеме "Среда - здоровье". Система называется EHIPS - Environmental Health Information Processing System. Первые три раздела посвящены алгоритмической и компьютерной реализации системы, остальные четыре раздела - предметно-специфическим методикам, использованным в системе. Основные особенности компьютерной реализации системы следующие:

открытость к изменению параметров и взаимодействию с другими программными модулями;
сочетание модельного прогноза и обзора реальных данных;
сочетание конвейера автоматизированной обработки информации с экспертной средой для отладки параметров расчета;
многомерное представление данных в координатах, специфичных для каждого типа информации.

Основные предметно-специфические методики, заложенные в систему следующие:

модели рассеяния выбросов в атмосфере;
модели расчета экспозиции и риска.

В текущей версии основным результатом работы системы является расчет риска для здоровья населения в развертке по времени, территориям, экспозиционным группам и другим используемым в системе переменным. Имеется несколько альтернативных методов расчета риска. Кроме того, риск может быть рассчитан или по данным измерений, или по модельному прогнозу. В текущей версии риск односредовой - только по воздуху.
[вверх]

Система обработки информации “среда-здоровье”: концепция.
Программная система представляет собой интегрирующее звено для разнообразных предметно-специфических и информационных методик анализа данных (рис.1). Система является открытой к росту и взаимодействию с другими информационными процессорами (рис. 2). Основой концепции системы является замкнутый цикл мониторинга окружающей среды, расчета риска и управления риском (рис. 3). Управление риском в системе на настоящий момент не реализовано. Система предназначена для решения основных задач, перечисленных в таблице 3. Эти задачи объединены в логическую цепочку обработки информации (рис. 4). Опыт разработки такой системы является уникальным и основные выводы из него приведены в таблице 2. Ниже перечислены функции, которые поддерживает система. Основные группы этих функций соответствуют основным окнам программы (таблица 1) и модулям программы (рис. 5). В настоящее время система поставляется с частью модулей, поддерживающих лишь ее базовую функциональность (обзор данных, модельный расчет концентраций и риска). Ниже перечислена комплектация поставки системы. В зависимости от комплектации, в системе активизируются те или иные функции.
ФУНКЦИИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
(* - реализовано)

* Единый доступ к разнообразным БД.
* Иерархическая агрегация данных под пользователя.
* Обзор данных и результатов в развертке по времени, пространству (карта), источникам и виду загрязнителя, группам населения, заболеваниям.
* Расчет риска - условного и по схеме EPA.
* Расчет распространения выброса в атмосфере.
* Статистический анализ связей между факторами среды и здоровья.
* Статистическое сравнение результатов расчета и наблюдений.
Расчет интегрального индекса ущерба здоровью.
Учет социально-экономических факторов, потерь и затрат.
Выбор и оптимизация мер управления по эффективности / стоимости.
Расчет и оптимизация неопределенности информации.
Решение обратных задач идентификации факторов и источников.

Таблица 2 Опыт разработки программного комплекса (проблемы и решения)

Проблема	Решение
Сопоставимость разнородных баз данных	Приведение БД к единым переменным с помощью иерархической группировки
Большой размер выборок из БД и долгий процесс выборки	Сохранение выборок во внутреннем быстрочитаемом формате
Отсутствие формальных критериев для поиска горячих точек и других подобных задач	Многостороннее визуальное представление информации для эксперта, решающего задачу
Взаимосвязь и взаимокоррекция модельных расчетов и результатов измерений	Приведение результатов расчета и измерений к единым переменным и сравнение
Ограниченная точность как данных, так и моделей	Принцип равнопрочности: необходимая точность расчета определяется худшим звеном
Связь исследовательских работ и расчетов по фиксированной технологии с выходом на принятие решений.	Комплекс содержит несколько программных сред для экспертизы, где готовятся параметры для последующего использования в конвейерном режиме
Учет как среднего воздействия, так и редких, но опасных событий, а также особых групп риска	Использование не только средних значений, а всего распределения вероятности, формируемого уровнем ниже по иерархии переменных

Таблица 3 Задачи, для которых предназначена EHIPS (по нарастанию сложности)

Задача	Как решается
Выборка и обзор данных	Гибкое подключение БД и импорт данных в формат многомерного "куба". Свободная агрегация данных в "деревья". Просмотр в таблице, карте, графике.
Количественная оценка опасности	Конвейерная обработка информации. Расчет концентраций по модели рассеяния выброса с интерполяцией данных измерений. Расчет риска по модели экспозиции.
Поиск "горячих точек"	Сравнение измеренных и расчетных данных с "фоном", выбранным за систему отсчета. Исключение "выскакивающих" значений.
Подгонка и коррекция моделей	Использование нескольких альтернативных моделей: ISC3 и ОНД-86, EPA и ММА. Ручная и автоматическая настройка параметров модели.
Решение обратных задач	Передача информации назад по конвейеру обработки. Подгонка источников риска к данным о заболеваемости, источников выброса - к данным о концентрациях.
Вывод связей "среда - здоровье"	Паттерн-анализ для поиска устойчивых "пакетов" факторов. Корреляционный анализ для поиска связанных групп факторов среды и здоровья. Регрессионный анализ для вывода количественных зависимостей.
Определение приоритетов управления	Расчет дерева сценариев - вариантов развития ситуации "среда-здоровье", оптимизированных под разные критерии управленческих решений. Возможность итеративного пересчета сценариев в диалоге с ЛПР.

Минимальная комплектация EHIPS.
[вверх]

Входная информация и базы данных.
Система предназначена для работы со штатными базами данных, имеющимися на местах (в первую очередь, на городском уровне) в организациях, ответственных за мониторинг среды и здоровья населения (Санэпиднадзор, комитеты по экологии и др.). На рис. 6 представлено разделение баз данных по типам информации и уровню (муниципальный или федеральный). Система не предполагает какого-либо вмешательства в штатные БД. Вместо этого информация из них импортируется во внутренний формат системы, лучше приспособленный к задачам анализа и обзора данных. Он представляет собой многомерный "куб" с осями - координатами, или переменными, вдоль которых развертываются данные (время, территория, загрязнитель и т.п.). Координаты не обязаны иметь количественный характер. Разные переменные играют свои специфические роли в анализе (см. ниже). Импорт данных из БД в кубы данных иллюстрируется рис. 7. Следует учесть, что БД чрезвычайно разнообразны по организации данных и формату (некоторые варианты перечислены в табл. 4). Поэтому для правильного и эффективного по времени импорта информации из БД в системе строится (автоматически или полуавтоматически) специальный интерфейс между БД и кубами данных. Как показано на рис. 7, он может определяться либо постановкой задачи, либо реально наличными в БД значениями факторов, выбранных в качестве координат. Таблица 4 Варианты организации баз данных

Набор независимых "плоских" таблиц	Реляционная БД: связанные таблицы
Содержание: регистр случаев	Содержание: средние значения
Названия координатных интервалов (например, веществ) - в заголовках столбцов таблицы	Названия координатных интервалов (например, веществ) - в клетках таблицы
Все данные записаны в таблицу в явном виде как одно число	Некоторые данные должны вычисляться по нескольким числам, например возраст - по дате рождения и обращения
Год и территория записаны внутри таблиц в колонках "Время" и "Место"	Год и территория закодированы в названии файла таблицы. Для каждого места / времени - свой файл
Кодировка всех значений в таблице числовая	Кодировка некоторых значений (например, румба ветра или пола) - буквенная
Кодировка времени стандартная (например, 1/11/00)	Кодировка времени нестандартная
Формат данных внутренний для поддерживающей их базы данных	Формат данных экспортный или универсальный (например, dbf)
Кодировка русского текста в таблицах - для DOS	Кодировка русского текста в таблицах - для Windows

ПЕРЕМЕННЫЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОГРАММЕ

Переменные отклика - титульные переменные блоков программы:
- объем выброса загрязнителя, т/год, г/сек или мг/ м3,
- концентрация загрязнителя в среде, мг/м3,
- риск для здоровья, усл. ед. или дополнительных случаев,
- заболеваемость (обращаемость), случаев на единицу населения,
- смертность, случаев на единицу населения.
Факторные переменные, сопряженные с титульными переменными:
- вид загрязняющего вещества (блоки выбросов, концентраций, рисков),
- тип риска - канцерогенный, индекс опасности, условный (блок риска),
- диагнозы и нозологии (блоки заболеваемости и смертности).
Переменные статистики - генераторы статистического разнообразия:
- время от дней до годов (все блоки),
- территория в зависимости от детальности карты (все блоки).
Переменные сравнения и разбиения:
- источник загрязнения - предприятие, труба,... (блок выбросов),
- экспозиционная группа населения (блок риска),
- половозрастная группа (блоки заболеваемости и смертности).

Примечание. Пользователь может изменять роль переменных по сравнению со штатной, указанной выше.
[вверх]

Конвейер обработки информации
Как было указано выше, система рассчитана на 5 типов данных: выбросы, концентрации, риски, заболеваемость и смертность. В текущей версии из них задействованы первые три. Каждому типу соответствует свой блок системы. Блоки однотипны. Структура каждого приведена на рис. 9. Блок включает кубы данных для реальных измерений, считанных из БД, и для результатов модельного расчета. Также включаются "первичные" кубы для "сырой" информации и "выходные кубы для информации, агрегированной в определенные пользователем иерархические структуры вдоль каждого координатного интервала. Всего в каждом блоке 4 куба данных. Характерные для БД каждого блока переменные приведены в табл. 5. В системе приняты меры для ограничения размерности кубов данных, т.к. с ростом числа переменных объем куба экспоненциально растет. Как показано в табл. 6, даже при этом для некоторых типов данных объемы годовых выборок, оформленные в виде куба данных, имеют значительный объем, который затрудняет работу с ними. Поэтому рекомендуется ограничивать объем выборки данными, ерально необходимыми для решаемой задачи. Конвейерный режим обсчета информации включает последовательные переходы от одного блока к другому с моделированием и сравнением результатов с реальными измерениями. На рис. 8 изображена конвейерная логика расчета с указанием того, какая информация берется из БД, а какая закладывается пользователем в виде решений о типе обработки и в виде выбора параметров моделей. Результаты расчета и кубы исходных данных могут быть сохранены и восстановлены либо по отдельности, либо в виде т. наз. сессии расчета. Состав сессии приведен ниже в табл. 7.

[вверх]

Моделирование рассеяния выбросов.
Модель рассеяния в атмосфере служит каналом передачи информации из блока выбросов в блок концентраций. Она имеет на входе информацию из блока выбросов - о свойствах источника выбросов (в данной версии программы - только стационарные точечные источники типа труб) и из блока концентраций - о метеоданных на каждый расчетный момент времени. Модель рассеяния позволяет оценить ожидаемые концентрации в любой точке территории и, таким образом, восполнить дефицит станций прямого мониторинга загрязнения атмосферы. (Возможна также подгонка результатов моделирования к результатам прямых измерений с целью интерполяции последних). Как правило, в системе выбирается несколько десятков или сотен "клеток" для расчета, которые покрывают всю территорию города или, по крайней мере, его жилые районы. В системе заложены две различные модели рассеяния: отечественная ОНД-86 (точнее, расширение, разработанное ее автоарми и позволяющее рассчитать не только максимальные, но и текущие концентрации) и американская ISC3ST. Они имеют однотипную структуру информационных потоков и практически одинаковые входные данные. Общая для обеих моделей информационная структура приведена на рис. 10. На рис. 11 дана более детально структура расчета, специфичная для ISC3ST. На рис. 12 приведены ее расчетные формулы. Модуль рассеяния системы позволяет работать с обеими моделями совершенно идентично, и в частности, сравнивать их результаты. Наряду с расчетом в автоматизированном режиме, согласно предустановленным параметрам, имеется рабочая среда для экспертной работы с моделью и изменения настройки параметров. Некоторые возможности этой среды приведены в табл. 8. Некоторые результаты модельных расчетов приведены в табл. 9 в виде гистограмм и ранжировок расчетных концентраций. Характерными для расчетных концентраций являются "горячие точки" (хвосты гистограмм), которые в ряде случаев соответствуют территориям, не охваченным прямым мониторингом. Сравнение модельных расчетов с измерениями может быть удобно проведено на паре выходных кубов блока концентраций, которые имеют совершенно идентичную структуру по каждой координате. При этом один из кубов выбирается в качестве системы отсчета (мультипликативной или аддитивной) для другого. Некоторые результаты такого сравнения приведены в табл. 10.
Таблица 8 Модуль модели рассеяния: дополнительные возможности

Что	Как	Примечание
Выполнить расчет, если загрязнитель назван по-разному в блоке выбросов и блоке концентраций.	Выберите загрязнитель в окне модели. Увидите надпись "Нет в выходной таблице". Установите все остальные опции, как надо для счета. Измените вручную имя загрязнителя в его окошке на то, которое в блоке концентраций. Увидите надпись "Найдено в выходной таблице". После этого можно делать расчет.	Это одноразовая мера: исправленное имя не запоминается. Желательно постоянное исправление (см. "Общие модули")
Исправить значения входных данных моделирования без выхода обратно в главное окно. Записать их в соотв. кубы данных.	Если нужно править метеоданные, выберите время, если выбросы - источник или загрязнитель. В правом списке значений вверху окна нажмите один раз на исправляемое число. В окошке над списком исправьте его. Затем щелкните на соотв. квадратике в левом списке. Изменения внесены в модель. Если надо записать их в куб данных, нажмите кнопку "ßДатчики" для метеоданных и "ßИсточники" для данных о выбросах.	Так же записываются в куб данных значения, исправленные в результате автоматической подгонки. Записывайте в куб только надежные исправления, и затем сохраняйте куб.
Выбрать не все источники, времена и т.п. для моделирования. Снять селекцию и опять выбрать все.	Отметить выбираемое в правом верхнем списке с помощью клавиш Ctrl и Shift, как обычно. Внизу окна появится сообщение о числе выбранных элементов. Селекция сохраняется, пока список не выводится заново и появляется соотв. сообщение.	Кнопки "Вещества", "Даты" и т.д. запускают расчет для элементов от выбранного в соотв. окошке и до конца списка.
Упорядочить список расчетных концентраций, начиная с наибольших.	Правой кнопкой на списке вверху открыть меню и выбрать "Ранжировка". Если счет уже закончен и список получен, сделать на нем двойной щелчок.	Ранжировка удобна, чтобы в мелькающем списке видеть опасные значения.
Прервать слишком долгий счет.	Кнопка "Отмена". При этом счет не может быть продолжен с места остановки, а только начат заново.	Два нажатия на "Отмену" закрывают окно модели.
Сделать пробный расчет, чтобы не портить выходной куб данных.	Воспользоваться кнопкой "Подгонка". При этом результаты расчета не записываются автоматически во входной модельный куб блока концентраций. Если подгонка не нужна, после одного прогона нажать "Отмену".	Результаты пробного расчета можно все же внести в куб данных кнопкой "ßДатчики".
Увидеть в списке результатов счета все возможные рассчитываемые функции	Выбрать нужный загрязнитель, дату, источник и датчик и нажать "Расчет". Выводятся различные варианты концентрации - от текущей до наихудшей возможной, параметры взаимного расположения датчика и источника и т.д.	К сожалению, это работает пока только для ОНД. Для ISC нужно использовать другой .exe - модуль.
Сделать расчет по группам источников.	Ввести соответствующую агрегацию в выходном кубе данных блока выбросов и выбрать нужный уровень в окошке источников в модели.	Агрегация источников - не просто суммирование! Надо выбрать правило группировки "Формула".
Задать категорию устойчивости, если в метеоданных ее нет.	Провести "Подгонку" параметра "категория устойчивости". В модели ISC из двух возможных брать вариант "EPA". Он не требует никаких дополнительных данных. В "штатном" варианте ОНД - при расчете наихудшей концентрации - подгонка не нужна: задается постоянный коэффициент А для территории.	Если есть дополнительные данные о скорости ветра на высоте, облачности, влажности, можно считать устойчивость более точно.
Сравнивать расчеты с разными параметрами модели.	Сделать один расчет, выйти из модели, перетащить результат в выходной куб данных (а не модели!). Опять войти в модель, сделать второй расчет и перетащить результат в выходной куб модели. Теперь сравнить кубы, выбрав один за систему отсчета.	Рекомендуем запомнить сравниваемые установки модели с помощью кнопок "Загрузить - Сохранить".
Произвести расчет со "штатной" установкой модели.	Если нажать на стрелку между блоками выброса и концентраций, расчет идет без вызова окна модели, с установкой модели из файла "Имя сессии+.isc". Прежде необходимо опробовать штатную установку и запомнить с этим именем.	Не забудьте перед тем, как запомнить установку, выбрать нужный загрязнитель, дату и т.п. Иначе считается все.

[вверх]

Оценка риска
В данном разделе приведены основные элементы методики оценки риска для здоровья, связанного с загрязнением окружающей среды, и схема реализации расчета риска в системе. Рис. 13, 14, 15, 16, 17, 18 приводят основные блоки расчета риска. Текстовый материал, сопровождающий их, дает классическое разбиение процесса оценки риска на 4 этапа: идентификацию опасности, оценку экспозиции, оценку связи доза-эффект и характеризацию риска. Наиболее трудоемкими являются средние два этапа. Рис. 19, 20 и табл. 11 приводят схему оценки экспозиции. Она включает определение типа воздействия (табл. 12), маршрута от источника к "приемнику" экспозиции ( рис. 21), факторов неопределенности (табл. 14). Табл. 13 иллюстрирует схему оценки многосредовой экспозиции. Рис. 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 посвящены учету токсичности загрязнителей и различным видам кривой "доза-ответ". Сопроводительный текст излагает принципы определения приоритетности загрязнителей по их токсичности. Раздельно рассматриваются канцерогенные и неканцерогенные эффекты. Рис. 22 суммирует в виде диаграммы логику расчета риска по схеме EPA. Аналогичный подход применен на рис. 23, который представляет схему расчета риска в EHIPS как расширение схемы EPA (в первую очередь, за счет учета пространственной и временной координаты). На этом рисунке особо выделено, от каких переменных зависят те или иные величины, фигурирующие в расчете риска, т.к., как мы видели выше, покоординатное представление является основой системы. Вопросы характеризации риска объединены с вопросами его использования и приведены в следующем разделе.
Элементы оценки влияния факторов среды на здоровье населения
I. Идентификация опасности

Источник (инвентаризация)
Эмиссия (объем выброса, параметры, необходимые для расчета максимально разовых и среднегодовых концентраций)
Потенциально опасные факторы (абсолютно все присутствующие в окружающей среде вещества)
Перечень приоритетных (наиболее опасных) факторов

II. Экспозиция

Территория
Население, включая чувствительные подгруппы
Маршрут воздействия: источник – воспринимающая среда – транспортирующие и трансформирующие среды – воздействующая среда – точка контакта – путь поступления –экспонируемая группа населения.
Воздействующие дозы и концентрации с учетом выбранного маршрута экспозиции (воздействующих сред и путей поступления).

результаты моделирования концентраций (модели рассеивания);
результаты моделирования межсредовых переходов (концентрации во всех воздействующих средах);
данные непрямого мониторинга (максимально разовые, среднегодовые концентрации, процентили, статистическое распределение);
данные прямого мониторинга (индивидуцальный отбор проб);
факторы экспозиции (суточная активность, потребление воздуха, воды, продуктов и др.);
расчет воздействующих доз для населения в целом и отдельных чувствительных групп;
расчет суммарных доз для всех маршрутов экспозиции, путей поступления, воздействующих сред; характеристика суммарной нагрузки.

III. Зависимость доза-ответ

ПДК по сан-токс. признаку вредности;
референтные концентрации (уровни минимального риска);
факторы канцерогенного потенциала;
параметры зависимости "доза-ответ’ для неканцерогенов (риск нарушения здоровья на единицу дозы/концентрации);
поражаемые органы и системы, тяжесть изменений при разных уровнях воздействия;
установление этиологической связи между экспозицией и фактическими показателями состояния здоровья населения, выявление вклада изучаемого фактора в риск развития нарушений состояния здоровья.

IY. Характеристика риска

значения рисков для отдельных факторов при разных путях воздействия из определенных сред;
суммарные риски для маршрутов воздействия, путей поступления, суммарные риски для веществ с одинаковым типом вредного действия.
расчет интегрированных индексов опасности для факторов с разным типом вредного действия, например, канцерогенов и неканцерогенов;
анализ распределения рисков в популяции, в особо чувствительных подгруппах, выявление сверхэкспонируемых индивидуумов;
сравнение многолетней динамики рисков на данной территории;
ранжирование факторов, источников загрязнения, территорий;
сравнительная характеристика рисков влияния на здоровье, экологических рисков, влияния факторов на условия и качество жизни населения.
определение приоритетных проблем для данной территории.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ
Опасность– это способность химического соединения наносить вред организму и/или относительная токсичность вещества или смеси веществ. Идентификация опасности - процесс установления причинной связи между экспозицией химического вещества и частотой развития и/или тяжестью неблагоприятных эффектов на здоровье человека.
Задачи этапа идентификации опасности:

Выявление всех источников загрязнения окружающей среды и возможного воздействия на человека.
Идентификация всех загрязняющих веществ.
Характеристика потенциальных вредных эффектов химических веществ и оценку научной доказанности возможности развития этих эффектов у человека.
Определение возможных маршрутов экспозиции.
Выявление приоритетных для последующего изучения химических соединений, приоритетных маршрутов их воздействия (включая приоритетные загрязненные среды и пути поступления химических веществ в организм человека).
Установление тех вредных эффектов, которые могут быть вызваны приоритетными веществами при оцениваемых маршрутах воздействия, продолжительности экспозиции (острые, подострые, хронические, пожизненные) и путях их поступления в организм человека.
Оценка полноты и достоверности имеющихся данных об уровнях загрязнения различных объектов окружающей среды, определение задач по дополнительному сбору информации о фактических и/или моделируемых концентрациях химических веществ в различных средах.
Оценка наличия сведений о количественных критериях, необходимых для последующего анализа риска для здоровья (референтные дозы и концентрации, факторы канцерогенного потенциала).
Окончательная корректировка плана проведения исследований по оценке риска, а также установление тех неопределенностей, которые способны повлиять на полноту и достоверность окончательных заключений и рекомендаций. Тем самым определяются границы оценки риска, характеризующие ту область исследуемой проблемы, для которой с известной степенью достоверности применимы полученные результаты оценки риска.

Таблица 11 Основные элементы анализа экспозиции

Элемент	Характеристика
Агент(ы)	Биологические, химические, физические, один агент, множество агентов, смеси
Источник(и)	Антропогенный/неантропогенный, поверхностный/точечный, стационарный/подвижный, внутри помещения/вне помещения
Транспорт/накопление	Воздух, вода, почва, пыль, пищевые продукты и др.
Маршрут(ы) воздействия	Потребление загрязненной пищи, вдыхание воздуха на производстве и др.
Воздействующая концентрация	кг/кг (пищевые продукты), мг/л (вода), мкг/м3 (воздух)
Пути поступления	Ингаляция, кожный контакт, глотание, множественные пути
Продолжительность экспозиции	Секунды, минуты, часы, дни, недели, месяцы, годы, на протяжении жизни
Частота воздействия	Постоянная, интермиттирующая, циклическая, редкая, случайная
Экспонируемая популяция	Производственная/непроизводственная, жители/визитеры, отдельные подгруппы, индивидуумы
Географический охват	Связь с территорией/связь с источником, локальный, региональный, национальный, международный, глобальный
Период оценки	Прошлое, настоящее, будущее, тренды

Таблица 12 Основные виды воздействий химических веществ

Вид воздействия	Число веществ	Число путей поступления	Число маршрутов воздействия и воздействующих сред
Изолированные воздействия	одно	одно	Один маршрут, одна среда
Агрегированная экспозиция	одно	множество	множество
Кумулятивная экспозиция	множество	множество	множество

Таблица 13 Пример сводной таблицы для анализа риска при многомаршрутной, многосредовой экспозиции j-го химического вещества

Путь поступления	Объекты окружающей среды
Путь поступления	Воздух	Почва	Питьевая вода	Открытый водоем	Продукты	Сумма
Ингаляция	CRai	CRsi	CRwi	CRri	-	CRi
Перорально	-	CRso	CRwo	CRro	CRfo	CRo
Накожно	-	CRsd	CRwd	CRrd	-	CRd
Сумма	CRa	CRs	CRw	CRr	CRf	CRsum

Примечание.
CR – индивидуальный дополнительный канцерогенный риск.
Индексы относятся к различным объекта и путям поступления вещества:

i –ингаляция,

o – перорально,

d – накожно,

a – воздух,

s – почва,

w –питьевая воды,

r – открытой водоем (рекреационное использование),

f –продукты питания.

Величина CRsum – отражает суммарный канцерогенный риск при поступлении j-го вещества разными путями из разных сред.
Таблица 14 Компоненты фактора неопределенности, используемые для установления безопасных уровней воздействия химических веществ

Фактор	Величина UF
Экстраполяция результатов, полученных при нестандартном режиме воздействия, на реальные условия воздействия на человека	расчет с использованием средневзвешенных по времени величин (с учетом пересчетных коэффициентов)
Экстраполяция на эквивалентную концентрацию для человека (HEC): дополнительный учет особенностей абсорбции и отложения газов или аэрозолей в органах дыхания животных и человека	Применение дозиметрических моделей ингаляционного воздействия
Экстраполяция с субхронического на хроническое, пожизненное воздействие	1 - если продолжительность воздействия больше 12% от средней продолжительности жизни; 3 - 8-12% от средней продолжительности жизни; 10 - менее 8% от средней продолжительности жизни.
Экстраполяция с LOAEL на NOAEL	1 - при отсутствии вредных эффектов; 3 - средняя или низкая частота эффекта (менее 50%); 10 - высокая частота эффекта.
Межвидовая экстраполяция.	1 - наблюдения на людях; 3 - наблюдения на животных (если не используется расчет HEC); 10 - наблюдения на животных при отсутствии сведений о видовой чувствительности.
Экстраполяция со среднего индивидуума на наиболее чувствительные подгруппы (внутривидовая экстраполяция)	1 - исследования на наиболее чувствительной субпопуляции; 10 - обычная (средняя) субпопуляция
Экстраполяция с одного пути воздействия на другой (с учетом различий в токсичности при разных путях поступления)	3,5 мг/м3 на 1 мг/кг (масса тела 70 кг, суточное поступление воздуха - 20 м³, воды - 2 л)
Влияние вещества на развивающийся организм (плод, новорожденный, ребенок)	1 - 10
от минимальной к полной базе данных	менее или равно 10
от более тяжелых эффектов к менее тяжелым	С учетом выраженности наблюдаемых изменений
Модифицирующий фактор	1 - 10

Критерии приоритетности химических веществ
Первичные критерии

Количество вещества, поступающее в окружающую среду.
Персистентность, характеризуемая временем полусуществования химического вещества в объектах окружаюшей среды. К персистетным относят химические соединения с периодом полусуществования более 50 дней.
Биоаккумуляция, отражающая способность вещества переходить из окружающей среды в биообъекты (например, водные организмы). К биоаккумулирующим относят химические соединения с коэффициентом биоаккумуляции для рыб более 500, а также вещества, у которых логарифм коэффициента распределения октанол/вода превышает 4,0.
Способность вещества к межсредовому распределению и транспорту, миграции из одной среды в другие среды. Одновременное загрязнение нескольких сред, пространственное распространение загрязнения.
Опасность для здоровья человека, включая отдаленные и необратимые эффекты.
Токсичность для организмов в окружающей среде (водные и наземные животные и растения).
Другие эффекты: нарушение химических процессов в атмосфере, изменение реакции среды (pH), наличие необычных свойств, например, хелатообразующей способности, нарушение прозрачности атмосферы, цветение водоемов и др.

Критерии исключения химических веществ из перечня приоритетных для оценки риска

Отсутствие результатов измерений концентраций вещества или ненадежность имеющихся данных, если в рамках данного проекта невозможно никакими способами даже ориентировочно оценить уровни экспозиции.
Из предварительного общего перечня могут также исключаться неорганические соединения, концентрации которых ниже естественных фоновых уровней (например, железо, кальций и др.).
Обнаружение вещества только в одной или двух средах, в небольшом числе проб, в низких концентрациях по сравнению с референтными уровнями воздействия (гигиеническими стандартами), величина коэффициента опасности (HQ) существенно меньше 0,1, канцерогенный риск меньше 10^-6. При комбинированном действии с другими химическими соединениями, обладающими однородным действием и/или действующими на одни и те же органы или системы, исключение данного соединения не должно приводить к существенному снижению суммарного индекса опасности (HI).
Отсутствие выраженной токсичности и подозрений в отношении канцерогенности для человека.
Отсутствие адекватных данных о биологическом действии вещества при невозможности хотя бы ориентировочного прогноза его вероятных показателей токсичности и опасности (например, путем анализа зависимостей "химическая структура - биологическая активность", экстраполяции с других путей поступления в организм или другой продолжительности воздействия и др.).

[вверх]

Использование оценок риска
В системе приняты 3 способа характеризации и интерпретации оценок риска: по EPA для канцерогенов, по EPA для неканцерогенов и по MMA (разработка проф. С.М.Новикова) для неканцерогенов. Последний вариант имеет значительные преимущества над методикой EPA именно для неканцерогенов, т.к. позволяет выйти на оценку эффектов для здоровья, что необходимо для практического использования оценок риска. В связи с этим, последний вариант расссмотрен в следующем разделе. Рис. 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 излагают основы характеризации риска по EPA для канцерогенов и неканцерогенов. В табл.15 , 16, 17 приведены практические результаты оценок риска с помощью EHIPS по реально измеренным концентрациям. Использованы все три перечисленных способа характеризации риска. Видно, что результаты позволяют выйти на определение приоритетов по загрязнителям, территориям, сезонам и, таким образом, являются материалом для непосредственного применения к принятию решений по управлению риском.

[вверх]

Риск и здоровье
Важная информация, используемая в EHIPS, - интерпретация оценок риска в терминах вида и тяжести ожидаемого ущерба для здоровья. Для канцерогенных рисков по EPA этот вопрос достаточно изучен ( хотя интерпретация и грубая: все виды раковых заболеваний суммируются). В данном разделе этот вопрос рассматривается для методики ММА, которая потенциально позволяет достаточно полно учесть как токсикологические, так и эпидемиологические данные для нераковых заболеваний. Нижеследующий текстовый материал излагает основы подхода ММА. Табл. 18 ранжирует ожидаемые эффекты для здоровья по тяжести, в зависимости от уровня риска. Табл. 21 детализирует эту информацию по группам населения. В табл. 19 приведены коэффициенты кривой "доза - эффект" (точнее, "концентрация - эффект"), построенной по токсикологическим и эпидемиологическим данным для ряда веществ. Они используются в EHIPS. Переход от риска к ожидаемой заболеваемости по методике ММА может быть осуществлен и по кривым, полученным только из эпидемиологических данных, благо в последние годы количество соответствующих исследований растет. В табл. 22 приводятся результаты ряда наиболее важных исследований. В качестве примера, на рис. 41, 42, 43 приводится графический вид кривой "доза-отклик" для мышьяка, магния и мелкодисперсной фракции пыли. В перспективе, система предназначена для сравнения и взаимного уточнение подобных оценок и реальных данных о заболеваемости и смертности. В табл. 23 приведен пример таких данных, обработанных системой.
Принципы установления референтных концентраций для острых воздействий
I. Учет величины возможного ущерба для здоровья
1-й уровень – предупреждение развития слабых вредных эффектов. Воздействие референтной концентрации не вызывает развития явных вредных эффектов, однако возможно слабое, легко обратимое раздражающее действие на слизистые оболочки или другие субъективные реакции, полностью исчезающие вскоре после прекращения воздействия. На данном уровне возможно ощущение запаха вещества.
2-й уровень – предупреждение выраженных вредных эффектов: превышение данного уровня способно приводить к стойким изменениям состояния здоровья, нарушениям или даже прерыванию беременности, снижению способности осуществлять защитные действия.
3-й уровень – предупреждение развития эффектов, угрожающих жизни: превышение данного уровня может привести к смерти наиболее чувствительных индивидуумов. При увеличении продолжительности воздействия высока вероятность гибели лиц в общей популяции. После прекращения воздействия возможны стойкие или необратимые изменения состояния здоровья вследствие поражения ряда органов и систем организма.
II. Учет специфических особенностей экспонируемой популяции.
III.Учет продолжительности воздействия. Применение модифицированного уравнения Габера (Пинигин М.А., 1977, Rinehart W. , Hatch T., 1964):
C ⁿ x T = K
где n – параметр зависимости "концентрация – время", специфичный для каждого химического вещества; T – время воздействия; C – концентрация вещества; K – специфическая для каждого вещества константа.
Показатель относительной опасности:
H = a + b x log C
где H - показатель относительной опасности, усл.ед.; a, b- эмпирические коэффициенты, получаемые методом наименьших квадратов, C - концентрация химического вещества в воздухе, мг/м3.
Таблица 18 Градации показателя относительной опасности H в зависимости от тяжести реакций организма на ингаляционное воздействия химических веществ

Тяжесть эффектов	H
Смертельные эффекты	1,0 - 0,9
Тяжелые острые эффекты	0,8 - 0,6
Пороговые острые эффекты	0,6 - 0,5
Тяжелые хронические эффекты	0,5 - 0,2
Пороговые хронические эффекты	0,2 - 0,1
Реакции суперчувствительных подгрупп	0,1 - 0,3
Уровни минимального риска (ПДК, RFC)	0 - 0.05

Таблица 19 Параметры для расчета показателя относительной опасности некоторых химических веществ, загрязняющих атмосферный воздух

Вещество	ПДКс.с. мг/м³	Коэффициенты уравнения
Вещество	ПДКс.с. мг/м³	a	b
Сероуглерод	0,005	0,36	0,15
Азот диоксид	0,04	0,35	0,26
Аммиак	0,04	0,26	0,23
Сероводород	0,008*	0,42	0,17
Фенол	0,003	0,43	0,17
Сера диоксид	0,05	0,26	0,23
Формальдегид	0,003	0,48	0,20

Примечание: звездочка – максимально разовая ПДК.
Оценка опасности по спектру связей "концентрация ответ" (зависимость "тяжесть – ответ – концентрация – время")

Оценка индивидуальна для каждого вещества.
Каждый выделенный диапазон концентраций характеризуется эффектами определенной тяжести, возникающими в конкретных (в том числе сверхчувствительных) группах населения.
Для межвременных экстраполяций используется зависимость “концентрация – время”:
lgC₂ = lgC₁ + n x lg (T₁/T₂)

Таблица 20 Диапазоны индекса качества атмосферного воздуха и их цветовая маркировка

Индекс	Характеристика обстановки	Цветовая маркировка
0 - 50	хорошая	зеленая
51 - 100	умеренная	желтая
101 - 150	неблагоприятная для чувствительных групп	оранжевая
151 - 200	неблагоприятная	красная
201 - 300	очень неблагоприятная	пурпурный
> 300	опасная	темно-бордовый

Таблица 21 Эффекты влияния на здоровье населения, соответствующие различным категориям опасности

Категория	Озон	Взвешенные вещества	Углерод оксид
51 - 100	Симптомы со стороны органов дыхания у наиболее чувствительных индивидуумов	Нет	нет
101 - 150	Увеличение вероятности респираторных симптомов и дыхательного дискомфорта у активных детей и лиц с заболеваниями органов дыхания, в частности, астматиков	Увеличение вероятности респираторных симптомов у чувствительных лиц, усиление заболеваний сердца и легких, преждевременной смерти лиц с заболеваниями сердца и легких, а также лиц старческого возраста	Возрастание вероятности снижения толерантности к физическим нагрузкам вследствие увеличения сердечно-сосудистых симптомов (боль в груди) у лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями

Таблица 22 Зависимости "концентрация-ответ", полученные в эпидемиологических исследованиях

Вещество	Эффект
Азот диоксид	Увеличение частоты случаев появления симптомов со стороны верхних дыхательных путей у детей Увеличение продолжительности периодов обострения заболеваний верхних дыхательных путей у детей Увеличение частоты заболеваний нижних дыхательных путей у детей
Взвешенные вещества	Число детей с нарушенной функцией легких (FVC или FEV1 менее 85% от должной величины) Число детей и подростков, страдающих бронхитом (возраст менее 18 лет) Число дней с острыми респираторными симптомами Число дней с ограниченной активностью (для взрослых) Число дней с обострениями бронхиальной астмой Частота симптомов со стороны верхних отделов дыхательных путей Частота симптомов со стороны нижних отделов дыхательных путей частота кашля, человеко-дни) Частота применения бронходилятаторов (человеко-дни) Обращаемость за скорой медицинской помощью Обращаемость по поводу заболеваний сердца Обращаемость по поводу респираторных заболеваний Развитие острого бронхита (дети и подростки) Развитие хронического бронхита (для лиц в возрасте 25 лет и более) Частота обострения бронхиальной астмы Заболеваемость пневмонией Общая смертность Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний Смертность от заболеваний органов дыхания
Кадмий	Концентрация кадмия в биосубстратах Нефропатия
Озон	Обращаемость за скорой мед. помощью Изменение функции легких Общая смертность
Свинец	Концентрация свинца в крови плода, детей, мужчин, женщин Снижение интеллекта у детей Неонатальная смертность Гипертензии Заболевания коронарных сосудов сердца Инсульт Преждевременная смерть от сердечно-сосудистых заболеваний
Сера диоксид	Частота приступов астмы у астматиков Обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу респираторных заболеваницй лиц в возрасте 65 лет и более Увеличение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний Увеличение смертности от заболеваний органов дыхания Увеличение общей смертности
Углерод оксид	Содержания карбоксигемоглобина в крови Частота приступов у некурящих больных стенокардией в возрасте 35 – 37 лет (снижение межприступного периода, %) Обращаемости по поводу заболеваний сердца (в возрасте 65 лет и более)