Вредное воздействие наноматериалов и наночастиц на здоровье работников

13.07.2021 15:57:00

«За последние несколько лет в мировое сознание быстро вошло короткое слово с большим потенциалом. Это слово – «нано». Оно будит в воображении догадки о сильнейших сдвигах практически во всех аспектах науки и техники, имеет последствия для этики, экономики, международных отношений, повседневной жизни и даже понимания человеком своего места во Вселенной. Мечтатели расхваливают его как панацею от всех бед. Паникеры видят в нем новый этап биологических и химических войн или, в крайних случаях, возможность создания биологических типов, которые, в конце концов, заменят человечество» (Марк Ратнер, профессор Нортвестернского университета).

Вредное воздействие наноматериалов и наночастиц на здоровье работников

Изучение малоразмерных объектов (порошков, коллоидов, катализаторов, пленок, кластеров и др.) и квантовых размерных явлений началось задолго до «нанобума». Более того, археологические находки свидетельствуют о существовании рецептур приготовления коллоидных систем еще в античном мире. «Китайские чернила», например, появились более четырех тысяч лет назад в Древнем Египте, а возраст биологических нанообъектов может исчисляться с момента возникновения жизни на Земле.

Научные исследования нанообъектов начинаются в XIX в., когда М. ФАРАДЕЙ (1856-1857 гг.) получает и исследует свойства коллоидных растворов высокодисперсного золота и тонких пленок наего основе. Отмеченное М. ФАРАДЕЕМ изменение цвета в зависимости от размера частиц — едва ли не первый пример исследования размерных эффектов в нанообъектах. Широкий интерес, который проявляется к ним в последнее время, обусловлен, по крайней мере, тремя обстоятельствами.

Фото: Shutterstock.com.

Во-первых, методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития во многих областях техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды, обороны и т.д. Во-вторых, нанотехнология оказалась весьма широким междисциплинарным направлением, объединяющим специалистов в области физики, химии, материаловедения, биологии, медицины, технологии, наук о Земле, компьютерной техники, экономики, социологии и др. Наконец, в-третьих, решение проблем нанотехнологии выявило много пробелов как в фундаментальных, так и в технологических знаниях, что опять-таки способствовало концентрации внимания научно-инженерного сообщества в этом направлении.

Во многих странах (США, Объединенная Европа, Япония, Китай и др.) приняты национальные программы, предусматривающие интенсивное развитие нанотехнологических исследований и разработок. Большое внимание уделяется и подготовке кадров.

В перечень основных приоритетных направлений нанотехнологии по разработке новых перспективные методов, материалов и устройств:

— молекулярный дизайн материалов и веществ с заданными свойствами, значительно превосходящими свойства их современных аналогов;
— нанопроцессоры с низким уровнем энергопотребления и существенно более высокой производительностью;
— небольшие по размеру запоминающие устройства с огромным (мультитеррабитным) объемом памяти;
— новые лекарственные препараты и методы их введения в организм (проблемы сверхмалых доз и их адресной доставки);
— новые методы мониторинга окружающей среды и организма человека с использованием наносенсоров [6].

По экспертным оценкам оборот мирового рынка продукции нанотехнологии в 2002 г. составлял около 300 млрд. долл. США. По прогнозам, через 10-15 лет ежегодный рынок продукции нанотехнологии составит около 1 трлн. долл. США, включая 340 млрд. долл. в сфере новых материалов, которые не могут быть получены традиционными методами; 300 млрд. долл. в области полупроводниковой промышленности; 180 млрд. долл. в области фармацевтики; 100 млрд. долл. для катализаторов в нефтехимической промышленности; 100 млрд. долл. в области охраны окружающей среды и сохранения энергетических ресурсов; 70 млрд. долл. в области транспорта [6].

За прошедшие более двадцати лет идеи нанотехнологии и самосодержание понятия «наноматериалы» получили дальнейшее развитие. Среди наноматериалов можно выделить несколько основных разновидностей: консолидированные наноматериалы, нанополупроводники, нанополимеры, нанобиоматериалы, фуллерены и тубулярные наноструктуры, катализаторы, нанопористые материалы и супрамолекулярные структуры.

Это разделение весьма условно, поскольку существуют, например, гибридные металлополимерные и биополимерные нанокомпозиты. Причем в класс наноматериалов входят как новые (например, нанотрубчатым материалам всего лишь около 20 лет), так и довольно старые объекты (например, катализаторы и нанопористые материалы). К консолидированным наноматериалам относят компакты, пленки и покрытия из металлов, сплавов и соединений, получаемые методами порошковой технологии, интенсивной пластической деформации, контролируемой кристаллизации из аморфного состояния и разнообразными приемами нанесения пленок и покрытий. Нанозерна (нанокристаллиты) этих материалов находятся не в изолированном (то есть в виде отдельных образований) или слабосвязанном (например, наночастицы с защитными полимерными оболочками) виде, а в консолидированном состоянии. Прочность межзеренных прослоек в консолидированных наноматериалах довольно высока. Нанополупроводники, нанополимеры и нанобиоматериалы могут быть как в изолированном, так и частично в консолидированном состоянии, образуя также гибридные (смешанные) материалы.

Фуллерены и тубулярные наноструктуры стали предметом многочисленных исследований, начиная с 1985 г., когда была идентифицирована новая форма углерода — кластеры C60 и C70, названные фуллеренами, и особенно с 1991 г., когда японский ученый С. Ишима обнаружил углеродные нанотрубки в продуктах электродугового испарения графита [6].

Нанопористые материалы характеризуются размером пор, как правило, менее 100 нм. Катализаторы — также один из примеров давно исследуемых и широко применяемых нанообъектов. Наконец, супрамолекулярные структуры — это наноструктуры, получаемые в результате так называемого нековалентного синтеза с образованием слабых (ван-дер-ваальсовых, водородных и др.) связей между молекулами и их ансамблями.

Таким образом, перечисленные виды наноматериалов весьма отличаются как по технологии изготовления, так и по функциональным признакам, их объединяет только характерный малый размер частиц, зерен, трубок, пор, определяющих структуру и свойства. Минимальный размер структурных элементов составляет 0.1-1.0 нм, то есть по существу отвечает размерам отдельных атомов и молекул, максимальный размер — 100 нм — установлен условно. Иногда высказывается мнение, что верхний предел (максимальный размер элементов) нанокристаллического состояния должен быть связан с каким-либо характерных физических параметром — длиной свободного пробега носителя, диаметром петли Франка-Рида для скольжения дислокаций, размером домена или доменной стенки и, наконец, длиной волны электрона де Бройля. Однако диапазон изменения этих характерных физических параметров, определяющих электрические, магнитные, деформационные и другие свойства применительно к разнообразным твердотельным объектам, весьма широк и установить какой-либо единый верхний предел не представляется возможным.

Особо следует сказать о некоторых терминологических особенностях. Больше распространение получили такие термины с приставкой нано, как «нанотехнология», «наноэлектроника», «нанохимия». В зарубежной литературе понятие «нанотехнология» принято определять как умение целенаправленно создавать и использовать материалы, устройства и системы, структурные элементы которых имеют размер приблизительно 1-100 нм. Наука о малоразмерных объектах — это совокупность знаний о свойствах веществ и явлений в нанометровом масштабе.

Наночастицы (нанопорошки) — это малоразмерные твердые вещества, геометрический размер которых изменяется от десятых долей до 100 нм. Понятия «наночастицы» и «нанопорошки» во многом перекрываются, но, конечно, следует иметь ввиду возможный изолированный характер первых и обязательно совокупный вид последних (порошок — это совокупность находящихся в соприкосновении индивидуальных твердых частиц небольших размеров (от 0.001 до 1000 мкм).

Считается, что наночастицы с уменьшением размера переходят в кластеры, содержащие от 10 до нескольких тысяч атомов (1000-20000). Полагают также, что для кластеров, в отличие от кристаллических частиц, характерна потеря трансляционной симметрии. К наночастицам сейчас относят и полупроводниковые квантовые точки, и полимерные дендримеры.

ПОДХОДЫ К КЛАССИФИКАЦИИ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОЧАСТИЦ

Продукцией нанотехнологий являются различные материалы и препараты, содержащие наночастицы. Под наночастицами понимаются частицы, размер которых не превышает 100 нм хотя бы в одном измерении с заданном структурой и свойствами. Следует отметить, что термин «наночастицы» не отражает принципиально нового содержания, вкладываемого в данное понятие. Во-первых, наночастицы отличаются от объемного материала наличием двумерной метастабильной фазы, обладающей особыми структурными и энергетическими свойствами. Во-вторых, наиболее активные наноструктуры имеют неплоскую форму двумерных слоев, что сопровождается наведением дополнительного дипольного момента и появлением межмолекулярного сопряжения вдоль двумерных границ. В-третьих, появление протяженных плоскостей (особенно сферической и цилиндрической формы) электронного сопряжения возбуждает коллективные электронные и колебательные состояния и способствует делокализации, то есть распространению валентных электронов по нескольким химическим связям в соединении [2].

Классификация наночастиц может быть построена на характеристиках их формы. В этом случае различают точечные наночастицы (с размером менее 100 нм в любом измерении), линейные (протяженные) объекты, такие как углеродные нанотрубки, нановолокна, нанонити, нанофиламенты, обладающие одним протяженным макроскопическим измерением (длиной), двумерные объекты (плёнки километровой толщины) и, наконец, трехмерные объекты с тонкой структурой в нанометровом диапазоне (нанопен), нанокомпозиты и др. Другой тип классификации основан на химическом составе и включает наночастицы углерода (фуллерены, нанотрубки, графен), наночастицы элементарных веществ, бинарных соединений (окислов, сульфидов, нитридов и др.), сложных химических соединений, наночастицы органических полимеров и биологических макромолекул. И следующий тип классификации, который основан на пути получения веществ в наноформе — это получение наночастиц путём сверхтонкого помола веществ в форме сплошных фаз или макродисперсий [3].

Поскольку вещество в виде наночастиц и наноматериалов обладает свойствами, часто радикально отличными от их аналогов в форме макроскопических дисперсий или сплошных фаз, наноматериалы представляют собой принципиально новый фактор, воздействующий на организм и среду его обитания. Вникая в существо вопроса, следует отчетливо себе представлять неизбежность возникновения сложных научных проблем, связанных с воздействием нанотехнологии на организм человека и окружающую среду и опасность вмешательства нанофактора в интимные жизненно важные процессы, протекающие как в живом организме, так и во всей экосистеме.

Отсюда вытекает первая задача — изучение процессов превращения продуктов нанотехнологии в организме человека. Необходимо знать, как поведут себя в организме искусственно собранные вещества и каковы будут особенности их метаболизма, как будет протекать коньюгация и транспорт токсиканта в клетке,а также механизмы регулирования этими процессами. Следует предполагать возможность влияния продуктов нанотехнологии на генные структуры и механизмы регуляции синтеза белка. Неизбежно возникает комплекс проблем, связанных с иммунотоксикологией и аллерготоксикологией и, наконец, то, что называют отдаленными последствиями интоксикации, включая опасность для системы воспроизводства и потомства. К сожалению, малоизвестно о потенциальных экологических последствиях использования наноматериалов. Учитывая уникальные свойства наноматериалов, необходимо разработать методы оценки риска возможного негативного воздействия материалов на здоровье человека и организацию контроля над их оборотом [3].

При разработке путей и подходов к оценке безопасности наноматериалов, в первую очередь необходимо рассмотреть особенности их физико-химических свойств и биологического действия, которые отличают их от аналогов того же химического состава в виде сплошных фаз микроскопических дисперсий. Можно выделить следующий ряд физико-химических признаков веществ в наноразмерном состоянии. Во-первых, нарастание химического потенциала на межфазной границе высокой кривизны. Наночастицы обладают большой кривизной поверхности, что послужило причиной модификации их химических потенциалов. Ввиду этого значительно меняется реакционная и каталитическая способность наночастиц и их составляющих, растворимость.

Во-вторых, важно учитывать немалую удельную поверхность наноматериалов. Огромная удельная поверхность наноматериалов преумножает их каталитические свойства, адсорбционную емкость и химическую реакционную способность. Это может привести, например, к приумножению продукции активных форм кислорода и свободных радикалов и далее к повреждению биологических структур (нуклеиновые кислоты, липиды, белки).

В-третьих, важно учитывать малые размеры и многообразие форм наночастиц. Наночастицы в силу своих небольших размеров могут объединяться с белками, нуклеиновыми кислотами, закрепляться в мембраны, прорываться в клеточные органеллы и, как следствие, преобразовывать функции биоструктур. При этом наночастицы могут не возбуждать иммунный ответ и не устраняться защитными барьерами живого организма. Процессы перемещения наночастиц в окружающей среде с водными и воздушными потоками, их накопление в донных отложениях, почве могут также ощутимо разниться с поведением частиц веществ, размеры которых превышают размеры наночастиц.

В-четвертых, важно также учитывать внушительная адсорбционная активность наноматериалов. Ввиду своей высокоразвитой поверхности для наночастиц характерны признаки высокоэффективных адсорбентов, то есть, они способны поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Возможна, например, адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспортировки вовнутрь клетки, что преумножает токсичность последних.

Многие из наноматериалов являются электрически заряженными или обладают гидрофобными свойствами, что преумножает процессы адсорбции на них различных токсикантов и также их умение прорываться через защитные барьеры организма.

В-пятых, наноматериалы обладают высокой способностью к аккумуляции. Из-за своего небольшого размера наночастицы не распознаются защитными барьерами живого организма, они не подчиняются биотрансформации и не выводятся из организма, что служит причиной скопления наноматериалов в растительных и животных организмах, а также микроорганизмах, передачи по пищевой цепи, тем самым, увеличивят вероятность их попадания в организм человека.

Все эти факторы доказывают, что наноматериалы обладают совершенно иными химико-физическими характеристиками и биологическим действием, чем вещества в обычном состоянии. Поэтому они должны быть приписаны к совершенно иным видам материалов и продукции, оценка потенциального риска которых для здоровья человека и состояния среды обитания во всех случаях является чрезвычайно необходимой.

ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОЧАСТИЦ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

При оценке безопасности наноматериалов в первую очередь следует учитывать их воздействие на такие важнейшие биологические характеристики, как проницаемость биомембран, генотокснчность, активность окислительно-восстановительных процессов, включая перекисное окисление липидов, биотранформация и элиминация из организма [3].

Одним из основных вопросов методики оценки риска наноматериалов являетсяналичие высокочувствительных методов обнаружения, распознавания и качественного обнаружения наноматериалов в объектах окружающей среды, биологических средах и пищевых продуктах. Методы, применяемые для характеристики физико-химических свойств [3,4]:

— химический состав частиц;
— фазовый состав частиц;
— распределение частиц по размерам;
— форма наночастиц;
— оценка взаимодействия с биологическими макромолекулами, возможность проникновения через биологические барьеры.

Использование этих методов позволяет изучить закономерности взаимодействия наночастиц с биологическими объектами в диапазоне от молекулы до клетки и те изменения свойств наноматериалов, которыми это взаимодействие может сопровождаться, позволяет охарактеризовать нарушения в структуре биологических макромолекул, надмолекулярных комплексов, мембран и клеточных органелл, которые могут возникать под влиянием наноматериалов.

Определяющим моментом в оценке риска является установление возможной токсичности наноматериалов. Имеющееся в настоящее время незначительное количество исследований в этом направлении указывает на токсичность наноматериалов. Известно, что даже однократная ингаляция углеродных нанотрубок и наночастиц некоторых других типов приводит к воспалительному процессу в легочной ткани с последующим развитием фиброза и некрозом клеток. Наноматериалы обладают нейротоксичностью за счет преодоления гематоэнцефалического барьера, вызывая окислительный стресс в клетках мозга.

Кардиотоксичность и гепатотоксичность наноматериалов определяются развитием окислительного стресса и воспалительной реакции, что приводит к некрозу и апоптозу клеток. Также известно, что наночастицы могут неблагоприятно влиять на систему свертываемости крови. Фактически в настоящее время токсичность наноматериалов изучена недостаточно, в том числе нет данных по метаболизму и механизму действия, не определены критические органы системы.

При оценке риска также следует обратить внимание на три важнейших характеристики наноматериалов.

Во-первых, в большинстве проведенных исследований указывается на то, что определяющим в токсичности наноматериалов является развитие окислительного стресса и повреждение ДНК, что может приводить к апоптозу, некрозу клетки и воспалительной реакции.

Во-вторых, принципиально важной характеристикой является их нерастворимость в воде и биологических средах. Еще одной важной характеристикой наночастиц является показатель их формы — «аспектное отношение», т. е. отношение длины частиц к их минимальному линейному размеру.

Следующим важным этапом является оценка поступления, распределения и выведения наноматериалов из организма. В настоящее время существуют три основных способа попадания наноматериалов в организм человека: перорально, ингаляционный и через кожу. Вопрос о возможных путях поступлении наночастиц различной природы в организм, их прохождения через биологические барьеры, распределения и накопления в различных органах и тканях в настоящее время интенсивно исследуется.

Таким образом, оценка безопасности наноматериалов должна включать следующие основные блоки [5]:

— методы количественного определения, обнаружения и идентификации наноматериалов в объектах окружающей среды, биологических средах и пищевых продуктах, позволяющие отличить наноматериалы от их аналогов в макродисперсной форме;
— изучение действия наноматериалов на белки, липиды, нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК, клеточные мембраны, рибосомы, ферменты);
— изучение способов проникновения наноматериалов через биомембраны, взаимодействия с мембранными рецепторами;
— изучение изменения свойств наночастиц в составе модельных систем, воспроизводящих различные среды живого организма (кишечное и желудочное содержимое, лимфа, кровь, моча, желчь и т.д.);
— определение параметров хронической и острой токсичности, органотоксичности (нейротоксичность, гепатотоксичность, кардиотоксичность, иммунотоксичность и др.) и отдаленных эффектов (мутагенность, эмбриотоксичность, тератогенность, канцерогенность), а также распределения наноматериалов по органам и тканям;
— определение параметров I и II фазы метаболизма ксенобиотиков и системы антиоксидантной защиты;
— изучение влияний наноматериалов на апоптоз генов, генотоксичность, экспрессию;
— изучение выживаемости пробиотических микроорганизмов нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта в присутствии наноматериалов, определение воздействия наноматериалов на микробиоценоз желудочно-кишечного тракта.

Таким образом, полная система оценки риска наноматериалов включает обширный комплекс физико-химических, биохимических, молекулярно-биологических, токсикологических тестов и специальных исследований, позволяющих провести оценку их воздействия на биологические объекты [5].

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ РИСКОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОЧАСТИЦ НА ЗДОРОВЬЕ РАБОТНИКОВ

Проведение исследований по оценке риска осуществляется в установленном порядке органами государственного санитарно-эпидемиологического надзора, научно-исследовательскими организациями, лабораториями и другими организациями, аккредитованными в установленном порядке на право проведения таких работ. Результаты исследований по оценке риска представляются заказчику и органам Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. В случае требования заказчика о конфиденциальности предоставляемой информации, исполнитель представляет подготовленный отчет только заказчику, если это не противоречит действующему законодательству.

По результатам проведенной оценки риска наночастиц/наноматериалов (далее по тексту — НЧ/НМ, прим. ред.) организация, проводящая исследование, составляет подробный отчет и экспертное заключение, содержащее обоснование выводов и рекомендаций в соответствии с целями и задачами, поставленными в исходном задании на проведение исследований. В отчете должна быть представлена оценка надежности полученных результатов и дана характеристика возможных факторов неопределенности, способных изменить конечные оценки. Отчет составляется в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-2001, подписывается исполнителями исследования и утверждается руководителем организации, проводящей исследования.

Оценка риска НЧ/НМ проводится на основании критериев, отражающих вредное влияние НЧ/НМ на здоровье работников производств и население. При сравнительной оценке риска в качестве дополнительного критерия могут использоваться показатели, непосредственно не связанные с риском для здоровья человека, например, риск развития дискомфортных состояний.

Показатели, использующиеся для оценки риска НЧ/НМ (референтные дозы и концентрации для условий острых, подострых и хронических воздействий, уровни минимального риска, факторы канцерогенного потенциала, гигиенические нормативы, установленные на основе детерминистских эффектов), выводятся из определяемых в эксперименте параметров зависимости «доза/концентрация — ответ», с использованием соответствующих понижающих коэффициентов запаса, что обеспечивает их надежность применительно ко всем возможным случаям воздействия НЧ/НМ на человека.

По мере появления новых научных данных показатели, использующиеся для оценки риска, подлежат периодическому пересмотру и дополнению. Основные этапы оценки риска от воздействия НЧ/НМ совпадают с таковыми для оценки риска воздействия химических веществ и включают:

— идентификацию опасности (выявление потенциально опасных НЧ/НМ, оценка связи между их присутствием в окружающей среде и нарушениями состояния здоровья человека, достаточности и надежности имеющихся данных об уровнях загрязнения различных объектов окружающей среды НЧ/НМ, составление перечня НЧ/НМ, подлежащих токсиколого-гигиенической характеристике, с использованием данных научной, научно-технической и патентной информации, данных анализа рынков, прогнозных оценок производства, информации, содержащейся в базах данных о токсикологии НЧ/НМ, реестрах нанотехнологической продукции и производств);
— характеристику опасности на основе оценки зависимости «доза- ответ», то есть количественной связи между показателями состояния здоровья и действующими дозами НЧ/НМ в эксперименте;
— оценку воздействия (экспозиции) НЧ/НМ на человека, включающую характеристику источников загрязнения, маршрутов движения НЧ/НМ от их источника к человеку, путей и точек воздействия, определение доз и концентраций, воздействовавших в прошлом, в настоящем и в будущем, установление величины экспозиции для популяции в целом и ее отдельных субпопуляций, включая особо чувствительные группы;
— характеристику риска: анализ всех полученных данных, расчет рисков для популяции и ее отдельных подгрупп на основе учёта детерминистских и стохастических эффектов, сравнение рисков с допустимыми (приемлемыми) уровнями, сравнительная оценка и ранжирование различных рисков по степени их статистической, медико-биологической и социальной значимости, установление медицинских приоритетов и тех рисков, которые должны быть предотвращены или снижены до приемлемого уровня.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОГО ФАКТОРА. УСТАНОВЛЕНИЕ ОПАСНОСТИ
(ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ)

Опасность НЧ/НМ — это их способность наносить вред живому организму, существующая независимо от условий воздействия (реально достигаемых уровней в природной среде, путей поступления). Применительно к НЧ/НМ опасность в настоящее время выводится не из результатов крайне ограниченных по объему клинических, эпидемиологических либо экологических наблюдений о вредных эффектах наноматериалов, но из результатов исследований их воздействий в модельных биологических системах (бесклеточные системы, культуры клеток, отдельные организмы, модели экологических сообществ), подкрепленных данными об особенностях физико-химических свойств НЧ/НМ, обусловленных их сверхвысокой дисперсностью (высокой удельной величиной межфазной границы раздела, значительной кривизной поверхности частиц, проявлением квантовомеханических эффектов).

Такую опасность следуем рассматривать как «потенциальную опасность». Риск, в отличие от опасности (потенциальной опасности), является результатом возможности фактического или потенциального воздействия НЧ/НМ в реальных условиях их присутствия в продукции наноиндустрии или в объектах окружающей среды и зависит от экспозиции и специфики конкретных условий воздействия, включая пути поступления в организм.

Идентификация опасности предусматривает установление на качественном уровне весомости доказательств способности данного вида НЧ/НМ вызывать определенные вредные эффекты у человека. Наиболее доступными источниками информации о вредном действии НЧ/НМ являются аналитические обзоры, отчеты, справочники, базы данных, содержащие сведения об опасных свойствах НЧ/НМ, удовлетворяющие критериям полноты и научной достоверности.

Основной задачей этапа идентификации потенциальной опасности НЧ/НМ является установление приоритетных НЧ/НМ. изучение которых позволяет с достаточной надежностью охарактеризовать уровни риска нарушений состояния здоровья населения и источники его возникновения.

Этап идентификации потенциальной опасности имеет скрининговый характер и предусматривает выявление всех источников загрязнения окружающей среды НЧ/НМ и возможного их воздействия на человека; идентификацию НЧ/НМ по их основным характеристикам (размер частиц, формфактор, химический состав и др.); характеристику потенциальных вредных эффектов НЧ/НМ и оценку научной доказанности возможности развития этих эффектов у человека; выявление приоритетных для последующего изучения НЧ/НМ; установление вредных эффектов, вызванных приоритетными НЧ/НМ при оцениваемых маршрутах воздействия (включая приоритетные виды потребительской продукции, загрязненные объекты окружающей среды и пути поступления НЧ/НМ в организм человека), продолжительности экспозиции (острые, подострые, хронические, пожизненные) и путях их поступления в организм человека (ингаляционный, пероральный, накожный и др.).

На этапе идентификации потенциальной опасности осуществляется оценка полноты и научной достоверности имеющихся данных об уровнях загрязнения НЧ/НМ различных объектов окружающей среды, определяются задачи по дополнительному сбору информации о фактических и/или моделируемых содержаниях НЧ/НМ в различных средах, оценивается наличие сведений о количественных критериях, необходимых для последующего анализа риска для здоровья (референтные дозы и концентрации, факторы канцерогенного потенциала).

Идентификация потенциальной опасности НЧ/НМ проводится с использованием стандартизованных информационно-аналитических методик и процедур, утверждённых в установленном порядке. Выявление в числе представленных на данной территории или в данном производственном процессе НЧ/НМ, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека, проводится с использованием МР 1.2.2522-09. Данные методические рекомендации устанавливают критерии отбора источников информации для оценки потенциальной опасности, удовлетворяющих критериям полноты и научной достоверности, определяют порядок группировки (структурирования) отобранной информации о свойствах НЧ/НМ по шести функциональным блокам (геометрические, физико-химические свойства, взаимодействие с биологическими макромолекулами, воздействие на клетки в культуре, токсичность для организмов, экологическая характеристика), содержат описание алгоритма ранжирования и взвешивания полученных оценок с получением результирующего показателя (индекса) потенциальной опасности. включают встроенную процедуру оценки неопределенности получаемой оценки. При расчётах, выполняемых в соответствии с МР 1.2.2522-09, рекомендуется применять специализированное программное обеспечение и базы данных, зарегистрированные в Российской Федерации для целей данного вида расчетов.

При идентификации потенциальной опасности, обусловленной содержанием НЧ/НМ в определённых видах потребительской продукции или связанной с определёнными производственными объектами наноиндустрии, дислоцированными на рассматриваемой территории (в изучаемом регионе) методика оценки получает дальнейшее развитие, отраженное в МР 1.2.0016-10. Данная методика включает оценку продукции наноиндустрии с позиции наличия в ней конкретных видов НЧ/НМ, их способности выделяться из продукции в свободном виде (главным образом, в виде ингалируемых ультравысокодисперсных аэрозолей) в результате эксплуатации/использования продукции в штатном режиме и в экстремальных (чрезвычайных) ситуациях, в частности, при её уничтожении или ненадлежащей утилизации. Оценивается «степень близости» продукции наноиндустрии к человеку, то есть количественная характеристика вероятности экспонирования человека НЧ/НМ.

В оценку также встроена процедура определения показателя потенциальной опасности индивидуальных НЧ/НМ согласно МР 1.2.2522-09. Неопределенность получаемой оценки характеризуется разбросом получаемых численных значений в зависимости от возможных интервалов изменения вышеперечисленных входных параметров. В отношении производственных объектов предприятий индустрии оценивается потенциальная опасность применяемых на них нанотехнологий, которая рассматривается как функция наличия в производственном процессе НЧ/НМ (причем не только содержащихся в конечной продукции и отходах производства, но и применяемых в качестве сырья и промежуточных технологических средств — катализаторов, абразивов, адсорбентов и другого), степени «открытости» источников НЧ/НМ в производственном процессе (включая возможность экспонирования работников предприятия нано- размерными аэрозолями, выделения НЧ/НМ в окружающую среду с пылеобразными. жидкими и твердыми отходами производства), степень потенциальной опасности НЧ/НМ согласно МР 1.2.2522-09.

После установления потенциально опасных факторов и источников их воздействия разрабатывается предварительный сценарий, и определяются предварительные маршруты и пути воздействия НЧ/НМ, которые в последующем уточняются на этапе оценки экспозиции. Стандартными при оценке риска являются сценарии для условий населённых пунктов, промышленной зоны, сельхозугодий и др. Возможны также более сложные сценарии, включающие те или иные элементы различных стандартных сценариев. Сценарий воздействия, как правило, включает в себя несколько маршрутов и путей воздействия.

По результатам идентификации опасности НЧ/НМ уточняются цели и задачи оценки риска, окончательно формируется план проведения последующих исследований, устанавливаются неопределенности, способные повлиять на полноту и достоверность окончательных заключений и рекомендаций. Тем самым определяются границы оценки риска, характеризующие область применения полученных результатов.

СБОР И АНАЛИЗ ДАННЫХ ОБ ИСТОЧНИКАХ, СОСТАВЕ И УСЛОВИЯХ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

С целью определения перечня приоритетных для последующих исследований потенциально вредных НЧ/НМ первоначально составляется максимально полный список всех НЧ/НМ, производимых на исследуемой территории расположенными на ней предприятиями наноиндустрии (включая проектируемые и строящиеся производства) и способных мигрировать извне (с ввозимой продукцией наноиндустрии, загрязнённым сырьем, водными и воздушными потоками). При этом необходимо учитывать возможность межсредовых переходов НЧ/НМ и их накопления во вторично загрязненных средах.

При оценке риска наиболее важным источником информации является техническая и проектная документация производства, содержащая сведения о качественном и количественном составе применяемых и (или) производимых НЧ/НМ, вероятности их поступления в выбросы или сбросы от данного объекта, их пространственных и временных характеристиках.

В предварительный список НЧ/НМ должны включаться компоненты, образующие наноразмерные аэрозоли в результате промышленной деятельности; НЧ/НМ, поступающие в сточные воды производств; НЧ/НМ, используемые на данной территории в качестве агрохимикатов, средств защиты растений и агромелиоративных средств; НЧ/НМ, применяемые при очистке сточных вод; НЧ/НМ, входящие в состав потребительской продукции, находящейся в обороте на конкретной территории; НЧ/НМ, поступающие в состав бытовых стоков и отходов с учётом возможных способов их утилизации и нейтрализации (захоронение, сжигание на мусоросжигательных заводах, обработка в очистных сооружениях с последующим концентрированием в илах, шламах, в том числе, вывозимых на сельскохозяйственные угодья в качестве удобрений и т.д.).

При этом необходимо учитывать возможные пути трансформации НЧ/НМ в окружающей среде с учётом их физикохимических свойств (растворение, агрегация, адсорбция дополнительных токсичных контаминантов и т.д.), способные повлиять на величину потенциальной опасности НЧ/НМ как в сторону уменьшения, так и увеличения.

Основными источниками информации о НЧ/НМ, являющихся загрязнителями на данной территории, являются:

— данные о промышленных (аэрозольных, жидких) выбросах предприятий. содержащиеся в ежегодных формах государственной статистической отчетности «2-ТП (воздух)» и «Атмосфера. Предельно допустимые выбросы вредных веществ» изучаемого населенного пункта или тома предельно допустимых выбросов (ПДВ) предприятий, расположенных на данной территории. Эту информацию целесообразно дополнять ежегодными данными о плате за выбросы, имеющимися в местных подразделениях Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации;
— реестр свидетельств о государственной регистрации продукции наноиндустрии, реестры производимой и импортируемой продукции, содержащей НЧ/НМ, в том числе «Единая компьютерная база данных по наноматериалам и нанотехнологиям, используемым в Российской Федерации (реестр)»;
— источники информации о рынках продукции наноиндустрии (отчеты о маркетинговых исследованиях, каталоги и прайс-листы производителей и поставщиков продукции наноиндустрии, каталоги специализированных выставок, каталог предприятий Российской национальной нанотехнологической сети), реестр нанотехнологической продукции ОАО «РОСНАНО» и др.);
— результаты краткосрочных прогнозных оценок производства и ввоза на рассматриваемую территорию продукции наноиндустрии на основе анализа трендов патентной и научно-технической информации.

Необходимо тщательно проанализировать официальные сведения о составе выбросов/сбросов, содержащих НЧ/НМ, с учетом вида источника загрязнения и особенностей используемых технологических процессов. При обнаружении явных несоответствий следует провести проверку данных по независимым информационным источникам учреждений другой ведомственной принадлежности.

Информацию о возможных источниках загрязнения НЧ/НМ питьевой воды следует получить из проектов системы водоснабжения, технологических карт, сертификатов, технических условий и другой документации, относящейся к реагентам, материалам и элементам транспортирующих и разводящих конструкций; протоколов, отчетов и другой документации, представляемой в территориальные управления и территориальные отделы территориальных управлений Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в соответствии с требованиями МУ 2.1.4.682-97 по внедрению и применению СанПиН 2.1.4.559-96.

При анализе возможного загрязнения почвы НЧ/НМ необходимо принимать во внимание расположение участков ее локального загрязнения, состав промышленных отходов, захоронений, проливов, а также наличие длительного загрязнения сопредельных сред НЧ/НМ (например, загрязнения сточных вод промышленных предприятий наночастицами металлического серебра, используемыми в качестве дезинфектанта, компонентов красильных растворов, пылевых выбросов наночастиц диоксида титана и диоксида кремния, применяемых в качестве абразивов, и др.).

Для идентификации НЧ/НМ, способных присутствовать в пищевых продуктах, необходимо принимать во внимание следующие пути поступления потенциально опасных НЧ/НМ:

— НЧ/НМ, преднамеренно вводимые в состав пищевых продуктов в качестве пищевых добавок и биологически активных веществ;
— остаточные количества НЧ/НМ, используемых в качестве вспомогательных технологических веществ при производстве пищевой продукции в качестве катализаторов, адсорбентов и так далее (например, нано- частицы никеля в составе гидрогенизированных пищевых жиров);
— остаточные количества НЧ/НМ, используемых в сельскохозяйственном производстве (наноструктурированные минеральные удобрения, пестициды, агромелиоративные препараты, НЧ, применяемые для доставки ветеринарных препаратов, вакцины на основе псевдовирусных наночастиц и так далее);
— НЧ/НМ, мигрировавшие в пищевые продукты из упаковочных материалов.

По завершении анализа потенциальных источников загрязнения объектов окружающей среды НЧ/НМ с учетом полученных данных устанавливаются контрольные точки, в которых следуют осуществлять отбор проб объектов окружающей среды в целях мониторинга НЧ/НМ. Эти контрольные точки наносятся на карту обследуемого региона.

Наряду с анализом поступления НЧ/НМ в окружающую среду от учтенных источников загрязнения (продукция наноиндустрии, выбросы промышленных предприятий, отходы производства и потребления) необходимо использовать имеющиеся результаты анализов НЧ/НМ в образцах окружающей среды, отобранных на изучаемой территории.

Собранные данные группируются с учетом исследуемого объекта окружающей среды и мест отбора проб. В анализ следует включать не только итоговые статистические параметры, но и все измеренные разовые концентрации с указанием даты отбора проб, что особенно важно при оценке риска острых воздействий НЧ/НМ.

Фото: Shutterstock.com.

В случае, если имеются сведения о возможности присутствия НЧ/НМ в исследуемой точке или зоне потенциального влияния источника загрязнения, но в отобранной пробе НЧ/НМ не обнаружены, при оценке суммарного уровня загрязнения вместо нуля для этой контрольной точки вносится величина концентрации, составляющая 1/2 предела количественного определения этого химического соединения. При отсутствии данных о величине предела количественного определения сведения о пробе необходимо изъять из анализа, сделав об этом упоминание в тексте отчета.

Каждый вид НЧ/НМ в отчете по оценке риска должен фигурировать только под одним определенным наименованием с указанием важнейших паспортных характеристик (размер частиц, формфактор, кристаллическая/аллотропная модификация). Характеристику монокомпонентых наноматериалов следует дополнять уникальным идентификационным номером CAS. Все значения концентраций, в том числе полученные из литературы, должны быть пересчитаны на единицы СИ (кг, м, моль) и производные по отношению к ним единицы (мг/куб.м, мг/куб.дм, мг/кг и т.д.). Следует избегать использование внесистемных единиц (например, литр и производные к нему единицы для измерения объема).

Результаты анализа данных об источниках, составе и условиях загрязнения НЧ/НМ на исследуемой территории представляются в виде итоговых таблиц, характеризующих имеющуюся информацию о качественных и количественных показателях поступления НЧ/НМ в различные объекты окружающей среды, а также сведений о результатах мониторинга НЧ/НМ на исследуемой территории. Особенности сбора и анализа имеющейся информации определяются задачами оценки риска и выбранными маршрутами воздействия НЧ/НМ на организм человека.

ВЫБОР ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ НЧ/НМ

Выбор показателей потенциальной опасности осуществляется на основе анализа качественных параметров вредного действия НЧ/НМ на организм человека, установленных на основании имеющихся в большинстве практически важных случаев данных опытов in vitro, экспериментов на лабораторных животных, анализа ключевых физико-химических показателей НМ (химический состав, размер частиц, формфактор, растворимость, адсорбционная и каталитическая активность, склонность к агрегации), а также клинико-эпидемиологических наблюдений. Данный анализ осуществляется как для исходного вида НЧ/НМ, так и для продуктов их превращений в окружающей среде и в организме человека, если о таких превращениях имеется научная информация.

При выборе показателей потенциальной опасности НЧ/НМ особое внимание следует уделять сведениям о наличии у них:

— кумулятивных эффектов (накопления в органах и тканях, кумуляции токсического действия);
— отдельных видов отдаленных воздействий на организм (мутагенное, канцерогенное действие и др.) – в случае их выявления;
— синергических эффектов действия как различных НЧ/НМ, так и НМ в совокупности с токсическими веществами традиционной степени дисперсности.

В зависимости от присутствия у наноматериалов такого рода свойств, принимается решение о применимости процедур оценки рисков в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Исходные данные для выбора показателей
потенциальной опасности НЧ/НМ

№ п/'п	Свойства НЧ/НМ	Принимаемое решение
1	Для НЧ/НМ не выявлены эффекты кумуляции, мутагенного/канцерогенного действия, синергизма с другими НЧ/НМ и традиционными токсикантами	Возможно применение показателей и модели оценки риска на основе детерминистских эффектов
2	Выявлены эффекты кумуляции НЧ/НМ	При оценке рисков должны применяться показатели распределения экспозиции во времени
3	Выявлено мутагенное/канцерогенное действие НЧ/НМ	Должна применяться модель оценки рисков на основе стохастических эффектов
4	Выявлен синергизм действия различных НЧ/НМ	Модель, использующая принцип аддитивности рисков отдельных НЧ/НМ, при оценке суммарного риска неприменима
5	Выявлен синергизм действия НЧ/НМ и традиционных токсикантов	Оценка риска использует показатели экспозиции не только НЧ/НМ, но и традиционными токсикантами (химическими веществами)

Анализ информации о показателях канцерогенной опасности НЧ/НМ основан на: установлении степени доказанности их канцероген- ности для человека; выявлении условий реального проявления канцерогенного эффекта; оценке соответствия этих условий специфическим особенностям выбранного сценария воздействия.

На этапе идентификации опасности в качестве потенциальных канцерогенов рассматриваются НЧ веществ, относящиеся к группам 1, 2А, 2В по классификации МАИР. Из охарактеризованных по состоянию на 2011 г. НЧ/НМ к таковым принадлежат наночастицы кристаллического диоксида кремния (кварца), кристаллического диоксида титана (рутил), нановолокна силикатов металлов 11 группы (амфиболовый асбест), наночастицы металлического никеля, наночастицы аморфного углерода (сажи).

Для канцерогенных НЧ/НМ необходимо установить наличие критериев для последующей оценки риска – факторов канцерогенного потенциала при пероратьном и ингаляционном воздействии, а также показатели единичного риска.

С целью характеристики наличия информации, необходимой на последующих этапах оценки канцерогенного риска, следует обобщить сведения о показателях опасности развития канцерогенных эффектов в виде сводной таблицы (табл. 2). При отсутствии данных о канцерогенном воздействии НЧ/НМ в качестве временных могут использоваться данные о канцерогенном потенциале их химических аналогов традиционной степени дисперсности.

Таблица 2. Сведения о показателях опасности развития
канцерогенных эффектов

НЧ/НМ	Размер частиц, CAS (для монокомпонентных)	Пероральное поступление			Ингаляционное воздействие
НЧ/НМ	Размер частиц, CAS (для монокомпонентных)	МАИР	ЕРА	SFo	МАИР	ЕРА	SFi	URi

Примечание: МАИР — классификация Международного агентства по изучению рака; ЕРА — классификация степени доказанности канцерогенности для человека агентства США по охране окружающей среды (US ЕРА); SFo., SFi — факторы канцерогенного потенциала для пероральиого и ингаляционного путей поступления, 1/(мг/(кг*сут.)); URi — единичный риск при ингаляционном воздействии на 1 мг/куб.м.

Показателями опасности не являющихся канцерогенными НЧ/НМ являются их референтные уровни при острых и/или хронических воздействиях. При этом необходимо указать те критические органы/системы и эффекты, которые соответствуют установленным референтным дозам/концентрациям. В случае наличия данных следует указать сведения об эпидемиологических критериях риска НЧ/НМ (по состоянию на 2011 г. практически для всех приоритетных НЧ/НМ такие данные отсутствуют). Информацию о параметрах опасности неканцерогенных эффектов следует обобщить в сводной таблице (табл. 3).

Таблица 3. Сведения о показателях опасности развития
неканцерогенных эффектов

Наименование НЧ/НМ (CAS – для монокомпо- нентных)	Размер частиц	RtD. мг/кг	Критический эффект	Источник данных	RfC, mt/m^j	Критический эффект	Источник данных	ЭКР При наличии

Примечание: RtD — референтная доза, RfC — референтная концентрация, ЭКР — эпидемиологические критерии риска (т.е. зависимостей концентрация-ответ, полученных в эпидемиологических наблюдениях).

При анализе перечня потенциально опасных НЧ/'НМ необходимо выделить те из них. которые предположительно поступают в организм одновременно с другими НЧ/НМ и химическими токсикантами. Для таких НЧ/НМ необходимо провести сопоставление критических органов/систем и эффектов, а также на основе имеющихся литературных данных или аналогии предположить тип их совместного действия (синергизм. антагонизм, отсутствие взаимовлияния). В качестве консервативного подхода к оценке комбинированного действия неканцерогенных НЧ/НМ используется предположение об аддитивности их действия на одни и те же органы или системы организма.

На этапе идентификации опасности рекомендуется сгруппировать НЧ/НМ по их вредным эффектам и/или критическим органам и системам: канцерогены; вещества, воздействующие на печень, почки, органы дыхания и т.д.

СОПОСТАВЛЕНИЕ СПИСКА НЧ/НМ, ЯВЛЯЮЩИХСЯ ОБЪЕКТАМИ ОЦЕНКИ РИСКА

Полный перечень потенциально опасных НЧ/НМ, представленных на исследуемой территории, необходимо проранжировать в соответствии с показателем их потенциальной опасности согласно МР 1.2.2522-09 и сгруппировать по этому показателю (низкий, средний, высокий уровень потенциальной опасности) и по неопределенности оценки (достоверная, сомнительная, недостоверная оценка).

Формирование окончательного перечня приоритетных НЧ/НМ, идентифицируемых как источники потенциальной опасности на данной территории, осуществляется в следующей последовательности действий:

— формирование ассортимента НЧ/НМ, представленных на данной территории в составе материалов промышленного назначения, потребительской продукции, отходов производства и потребления;
— анализ их потенциальной опасности, а также имеющейся информации о концентрациях в различных объектах окружающей среды;
— предварительное ранжирование НЧ/НМ по степени потенциальной опасности;
— выявление НЧ/НМ с потенциально канцерогенными свойствами, кумулятивным эффектом, синергизмом, в том числе в отношении химических токсикантов;
— определение типичных сценариев экспозиции для выбранных НЧ/НМ;
— выбор показателей опасности (референтные уровни воздействия, факторы канцерогенного потенциала);
— ориентировочная оценка канцерогенных и неканцерогенных рисков на основе скрининговых данных;
— ранжирование НЧ/НМ с учетом полученных ориентировочных значений канцерогенных и неканцерогенных рисков;
— составление окончательного перечня приоритетных НЧ/НМ, подлежащих дальнейшей оценке.

Исключение НЧ/НМ из первоначального перечня анализируемых объектов осуществляется на основании следующих критериев:

— НЧ/НМ представлены только наноразмерными элементами интегрированных макроскопических структур сырья, продукции или технологических материалов, неспособными к высвобождению в свободном виде ни при каких условиях (примерами таких объектов являются наноструктурированные сплавы, керамики, наноразмерные покрытия, композиты на основе негорючих минеральных связующих, изделия наноэлектроники и нанофотоники);

— ненадежность имеющихся данных не позволяет в рамках проекта ориентировочно оценить уровни экспозиции; искусственные НЧ/НМ, вносимые в список, идентичны природным или техногенным наночастицам (например, техногенным углеродсодержащим наночастицам фракции PM0,1) и их уровни не превосходят фоновые значения для этих компонентов;
— концентрация НЧ/НМ составляет менее 0,1 от референтных (безопасных) уровней воздействия в случае неканцерогенного риска, либо канцерогенный риск меньше 1/1000000 при условии, что при комбинированном действии с другими НЧ/НМ и химическими токсикантами исключается возможный эффект синергизма;
— отсутствие адекватных данных о выраженной токсичности НЧ/НМ и подозрений в отношении канцерогенности для человека;
НЧ/НМ образованы эссенцнальными пищевыми веществами и их концентрации находятся в пределах рекомендуемого суточного поступления и не превышают величину верхнего допустимого уровня потребления.

Соблюдение действующих гигиенических нормативов не является основанием для исключения вещества из перечня анализируемых химических соединений. Кроме того, не исключено в дальнейшем по мере накопления экспериментальных данных и эпидемиологических наблюдений установление потенциального канцерогенного риска для НЧ/НМ, признаваемых в настоящее время не канцерогенными.

Приоритетность НЧ/НМ, установленная на основе ранжирования показателей их потенциальной опасности, должна быть сопоставлена с существующими зарубежными перечнями приоритетных НЧ/НМ, а также с отечественным, зарубежным и международным перечнями приоритетных и особо опасных химических веществ в формах традиционной дисперсности. Сведения о приоритетности анализируемых веществ могут быть получены также в Российском регистре потенциально опасных химических и биологических веществ.

В процессе идентификации опасности при отборе НЧ/НМ для дальнейших исследований необходимо регистрировать все первоначально включенные и в последующем исключенные химические соединения в сводную табл. 4.

Таблица 4. Сводный список НЧ/НМ, проанализированных
на этапе идентификации опасности

Наименование 11Ч/11М	Размер частиц, CAS (для монокомпонент- ных)	Причина включения в список	Причина исключения из списка	Включено в оценку риска (+)

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОЦЕНКИ (ХАРАКТЕРИСТИКИ) ОПАСНОСТИ

Оценка опасности НЧ/НМ осуществляется на основе установления зависимости «доза-эффект» по данным экспериментов в системах in vitro и in vivo, а также в эпидемиологических наблюдениях. Оценка зависимости «доза-ответ» представляет собой процесс количественной характеристики токсикологической информации и установления связи между воздействующей дозой (концентрацией) загрязняющего вещества и случаями вредных эффектов в экспонируемой популяции.

Анализ зависимости «доза-ответ» включает установление причинной обусловленности развития вредного эффекта при действии данного вещества, выявление наименьшей дозы, вызывающей развитие наблюдаемого эффекта, и определение интенсивности возрастания эффекта при увеличении дозы.

При анализе зависимости «доза-эффект» для канцерогенных и неканцерогенных рисков НЧ/НМ следует иметь в виду, что:

— канцерогенные эффекты при воздействии НЧ/НМ, обладающих генотоксическим и мутагенным действием, могут возникать при любой дозе, вызывающей инициирование повреждений генетического материала;
— для не канцерогенных НЧ/НМ предполагается существование пороговых уровней, ниже которых вредные эффекты не возникают.

Целью данного этапа является обобщение и анализ всех имеющихся данных о гигиенических нормативах, безопасных уровнях воздействия (референтных дозах и концентрациях) и, при необходимости, установление новых нормативов путем проведения соответствующих токсиколого-гигиенических исследований, выявление критических органов/систем и вредных эффектов, а также оценка применимости этих данных для решения задач, поставленных в проекте по оценке риска.

На данном этапе производится сопоставление качественных данных о показателях опасности НЧ/НМ, полученных в процессе идентификации опасности, и сведений о количественных параметрах зависимостей «концентрация (доза) — ответ». В случае, если НЧ/НМ оказывают вредное действие одновременно на несколько показателей, систем или органов, ориентироваться следует на тот вредный эффект, который возникает при действии наименьшей из эффективных доз (критический эффект, критические органы/системы). Этот подход совпадает с используемым при установлении референтных уровней воздействия химических веществ. При этом, однако, не следует игнорировать и другие вредные эффекты, возникающие при дозах, превышающих пороговую.

Характеристиками зависимости «доза-ответ», которые наиболее часто используются для оценки канцерогенного риска, являются: величина наклона зависимости, отражающая возрастание вероятности развития вредной реакции при увеличении дозы (концентрации) на 1 мг/кг или 1 мг/куб.м; уровень воздействия, связанный с определенной вероятностью эффекта (показатели этой группы применяются для установления рейерных, т.е. опорных доз и концентраций).

Для характеристики риска развития неканцерогенных эффектов НЧ/НМ используются такие показатели зависимостей «доза — ответ», как максимальная недействующая доза (NOAEL) и минимальная доза, вызывающая пороговый эффект (LOAEL). Эти показатели являются основой для установления уровней минимального риска — референтных доз (RfD) и концентраций (RfC) химических веществ, отвечающих гарантированному отсутствию вредных реакций.

Превышение референтной (безопасной) дозы не обязательно связано с развитием вредного эффекта, однако чем выше воздействующая доза и чем больше она превосходит референтную, тем выше вероятность появления вредных ответов, однако корректно оценить эту вероятность не представляется возможным. В связи с этим итоговые характеристики оценки экспозиции на основе референтных доз и концентраций получили название коэффициенты и индексы опасности (HQ, HI).

ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ НЕКАНЦЕРОГЕННОГО РИСКА

Референтные уровни воздействия (референтные дозы и концентрации), а также параметры зависимости «концентрация — ответ» для НЧ/НМ устанавливаются в биологических экспериментах по влиянию НЧ/НМ на модельные биологические системы (культуры клеток, микробные сообщества, организмы животных и растений), а также в эпидемиологических наблюдениях.

При проведении токсиколого-гигиенического тестирования НЧ/НМ в целях установления зависимости «доза — эффект», следует использовать биологические тест-системы, методики отбора и анализа проб, утвержденные в установленном порядке (МУ 1.2.2520-09, МР 1.2.2566-09. МУ 1.2.2634-10, МУ 1.2.2635-10, МУ 1.2.2740-10, МУ 1.2.2741-10, МУ 1.2.2744-10, МУ 1.2.2745-10 и др.). Критерии установления пороговых доз/концентраций НЧ/НМ совпадают с приведёнными в отечественных и зарубежных руководствах подходами к установлению предельно допустимых концентраций химических веществ в различных объектах окружающей среды.

При экспериментальном установлении референтных доз и концентраций НЧ/НМ предпочтение следует отдавать тем биологическим тест-системам и моделям, которые допускают корректную экстраполяцию действующих доз и концентраций на ситуацию воздействия НЧ/НМ на человека при естественных маршрутах их поступления в организм (через пищеварительный тракт, органы дыхания, кожу).

После установления в эксперименте максимальных недействующих доз (NOAEL) для критических органов и систем величины референтных доз (концентраций) рассчитываются путем введения соответствующих коэффициентов запаса. Как правило, при экстраполяции на человека данных, полученных на мелких животных (крысы, мыши), вводится последовательно два 10-кратных коэффициента запаса.

Фото: Shutterstock.com.

Первый из них связан с переходом к организму, имеющему ориентировочно на порядок меньшее отношение площади поверхности тела к его объему (массе) и, соответственно, во столько же раз меньшую интенсивность процессов энергетического обмена. Второй коэффициент запаса устанавливается в связи с неопределенностью по вопросу о корректности переноса данных о действии НЧ/НМ с грызунов на человека, то есть на вид, относительно далекий в таксономическом отношении (разные отряды в пределах класса млекопитающих). При использовании еще более далеких от человека в таксономическом отношении биологических моделей (рыбы, ракообразные, высшие растения) коэффициент запаса может быть еще более увеличен.

При оценке зависимости «доза (концентрация) — ответ» могут также применяться результаты, полученные путем эпидемиологических и клинических наблюдений (в случае наличия таких данных). При этом различают четыре вида оценки эффекта: добавочный (атрибутивный) риск, относительный риск, добавочный популяционный риск, добавочная доля популяционного риска. При анализе результатов исследований «случай-контроль» используют показатель «отношение шансов».

Относительный риск представляет собой отношение риска возникновения какого-либо заболевания у лиц, подвергавшихся воздействию изучаемого фактора, к риску заболевания у лиц, не подвергавшихся этому воздействию. Относительный риск, близкий к нулю, свидетельствует об отсутствии влияния исследуемого фактора на развитие заболевания. Чем больше величина риска превышает единицу, тем более сильное влияние данный фактор оказывает на риск возникновения нарушений состояния здоровья. Атрибутивный (добавочный) риск определяет долю риска, обусловленного воздействием изучаемых факторов окружающей среды, и представляет собой вероятность развития заболевания или другого нарушения здоровья (в % от общего числа этих заболеваний или нарушений здоровья на данной территории), связанную с исследуемым фактором. Если допустить, что исходная заболеваемость связана с другими причинами, то добавочный риск — это дополнительные случаи развития заболевания, обусловленные воздействием фактора риска.

Для построения моделей «доза (концентрация) — ответ» наиболее часто используются показатели относительного риска или «отношения шансов».

Для простоты расчетов риска зависимости «концентрация – ответ» нередко характеризуют в виде прироста относительного риска или в виде относительного изменения анализируемого показателя здоровья (например, в %) при возрастании концентрации химического соединения на 10 мкг/куб.м.

Параметры для расчета риска, полученные в эпидемиологических исследованиях, могут также представляться в виде единичного эпидемиологического риска — риска на 1 мкг/куб.м. Показатели, получаемые в эпидемиологических исследованиях воздействия НЧ/НМ на здоровье человека, включают:

— общую смертность;
— смертность от сердечно-сосудистых заболеваний;
— смертность от заболеваний органов дыхания;
— число детей и подростков, страдающих бронхитом (возраст менее 18 лет);
— частоту симптомов со стороны верхних отделов дыхательных путей;
— частоту симптомов со стороны нижних отделов дыхательных путей;
— частоту кашля (человеко-дни);
— обращаемость по поводу респираторных заболеваний;
— частоту обострения бронхиальной астмы;
— другое.

В оценке неопределенностей при применении критериев, полученных в эпидемиологических исследованиях, важнейшее значение имеет проверка соответствия данных исследований и полученных результатов основополагающим признакам наличия причинно-следственной связи между воздействием и нарушениями состояния здоровья. Для оценки риска правомерно использовать только критерии, полученные в корректно проведенных эпидемиологических исследованиях и рекомендованные международными или национальными организациями. Порядок модели оценки параметров неканцерогенного риска НЧ/НМ на основе анализа данных эпидемиологических наблюдений совпадает с изложенным (Р 2.1.10.1920-04) для химических веществ в традиционной форме дисперсности.

ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАНЦЕРОГЕННОГО РИСКА

Механизм канцерогенного действия НЧ/НМ может быть связан как с прямым повреждением генома (генотоксические канцерогены), так и с его опосредованным повреждением (эпигенетические канцерогены). Предполагается, что, во всяком случае, действие генотоксических канцерогенов не имеет порога канцерогенного действия.

Оценка зависимости «доза — ответ» у канцерогенов с беспоро- говым механизмом действия осуществляется путем линейной экстраполяции реально наблюдаемых в эксперименте или в эпидемиологических исследованиях зависимостей в области малых доз и риска, отвечающего частоте спонтанного (не обусловленного внешними факторами) канцерогенеза.

Основной параметр для оценки канцерогенного риска воздействия агента с беспороговьгм механизмом действия — фактор канцерогенного потенциала (CPF) или фактор наклона (SF), характеризующий степень нарастания канцерогенного риска с увеличением воздействующей дозы на одну единицу. Фактор наклона имеет размерность 1/(мг/кг*день). Этот показатель отражает верхнюю, консервативную оценку канцерогенного риска за ожидаемую продолжительность жизни человека (ТО лет). Значения SF устанавливаются раздельно для ингаляционного (SFi) и перорального (SFo) поступления канцерогенов.

Другим параметром для оценки канцерогенного риска является величина так называемого единичного риска (UR), представляющего собой верхнюю, консервативную оценку канцерогенного риска у человека, подвергающегося на протяжении всей своей жизни постоянному воздействию анализируемого канцерогена в концентрации 1 мкг/куб.м. (атмосферный воздух) или 1 мкг/л (питьевая вода).

Единичный риск рассчитывается с использованием величины SF и стандартных значений массы тела человека (70 кг), суточного потребления воздуха (20 м ) и питьевой воды (2 дм ) согласно соотношениям:

URi [куб.м./мг] = SFi [(кг * сут.)/(мг)] * 1/70 [кг] * 20 [куб.м./сут.]
URo [мг/л] = SFo [(кг * сут.)/(мг)] * 1/70 [кг] * 2 [куб.дм./сут.]

АНАЛИЗ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ В ХОДЕ ОЦЕНКИ ОПАСНОСТИ

Основными источниками неопределенностей при определении параметров. используемых при оценке опасности НЧ/НМ (референтных доз и концентраций), являются факторы, связанные:

— с погрешностью исследований, в которых устанавливается зависимость «доза/концентрация НМ-ответ», обусловленных ограниченной точностью измерений и естественной вариабельностью биологических показателей;
— с переносом (экстраполяцией) результатов исследований, выполненных с использованием лабораторных моделей, на человека (неопределенность вводимых коэффициентов запаса);
— с неопределенностью, вызванной возможным несоответствием свойств НЧ/НМ, используемых в модельных исследованиях, и продуктов их трансформации, оказывающих действие на организм человека через объекты окружающей среды;
— с неопределенностью переноса имеющихся данных эпидемиологических исследований на оцениваемую экспонируемую популяцию;
— с установлением степени доказанности канцерогенного эффекта у человека;
— с определением критических органов/систем и вредных эффектов;
— с отсутствием данных о возможном синергизме действия различных НЧ/НМ и химических веществ традиционной дисперсности и о механизмах взаимодействия компонентов смесей НЧ/НМ друг с другом и с химическими веществами традиционной дисперсности, а также об особенностях токсикокинетики и токсикодинамики при разных путях поступления НЧ/НМ в организм и при одновременном их поступлении разными путями.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОЦЕНКИ ЭКСПОЗИЦИИ

Экспозиция (воздействие) — это контакт организма (рецептора) с химическим, физическим или биологическим агентом, в роли которого в данном случае выступают НЧ/НМ искусственного происхождения. Величина экспозиции НЧ/НМ определяется как их измеренное или рассчитанное количество, приходящее в соприкосновение с пограничными органами человека (легкие, пищеварительный тракт, кожа) в течение определенного интервала времени. Экспозиция НЧ/НМ может быть выражена как общее количество НЧ/НМ в окружающей среде (в единицах массы, площади поверхности, числа частиц), или как величина воздействия — количество вещества, отнесенное к единице времени (например, мг/день), или как величина воздействия, нормализованная с учетом массы тела (например, мг/кг-день).

В процессе оценки экспозиции НЧ/НМ устанавливается количество НЧ/НМ, поступающее в организм разными путями (ингаляционным. пероральным, накожным) в результате контакта с различными объектами окружающей среды (воздух, вода, почва) и продукцией (продукты питания, парфюмерно-косметическая продукция, товары бытовой химии и др.).

Оценка экспозиции заключается в измерении или определении (качественном и количественном) выраженности, частоты, продолжительности и путей воздействия НЧ/НМ, находящихся в окружающей среде. Оценка экспозиции описывает также природу воздействия, размеры и характер экспонируемых популяций.

Наиболее важными шагами при оценке экспозиции являются: определение маршрутов воздействия; идентификация той среды, которая переносит НЧ/НМ; определение их концентраций в контрольных точках; определение времени, частоты и продолжительности воздействия; идентификация подвергающейся воздействию популяции.

Фото: Shutterstock.com.

На этапе оценки экспозиции проводится окончательное уточнение сценария воздействия, характеризующего путь (движение) НЧ/НМ от места его образования (производства, выделения из готовой продукции или из отходов производства и потребления) до точки воздействия на человека. С учетом выбранного сценария осуществляется анализ имеющихся данных об уровнях воздействия НЧ/НМ на человека, то есть их концентрациях во всех средах в установленных контрольных точках. Сценарий воздействия составляют исходя из целей проекта по оценке риска и концептуальной модели обследуемой территории.

Полный сценарий экспозиции, отражающий воздействие НЧ/НМ на население в реальных условиях, включает оценку поступления НЧ/НМ в организм человека одновременно из разных объектов (атмосферный воздух, питьевая вода, вода открытых водоёмов, почва, продукты питания и другие виды потребительской продукции, содержащей НЧ/НМ) различными путями (пероральный, ингаляционный, накожный).

В зависимости от цели проекта, сценарий воздействия может предусматривать оценку поступления НЧ/НМ только из одной среды (например, атмосферного воздуха, воздуха помещений, питьевой воды, продуктов питания и т.д.) и одним путем (например, пероральным). В некоторых случаях сценарий воздействия может ограничиваться оценкой поступления НЧ/НМ из определенных источников выбросов (например, выбросы предприятия наноиндустрии, дислоцированного на данной территории, упаковочный материал, содержащий наночастицы и так далее).

Во всех случаях, с целью создания наиболее благоприятных условий для последующего процесса управления риском, на стадии оценки экспозиции обязательным является выявление: конкретного места контакта человека с НЧ/НМ; относительного вклада каждого специфического источника НЧ/НМ: факторов окружающей среды, влияющих на характер воздействия, что позволяет обеспечить эффективные и рациональные мероприятия по снижению риска.

Процесс оценки экспозиции НЧ/НМ состоит из трех основных этапов.

Первый этап — характеристика окружающей обстановки, которая предусматривает анализ основных физических параметров исследуемой области и характеристику популяций, потенциально подверженных воздействию.

Второй этап — идентификация маршрутов воздействия, источников НЧ/НМ, потенциальных путей распространения и точек воздействия на человека.

Третий этап — количественная характеристика экспозиции предусматривает установление и оценку величины, частоты и продолжительности поступления НЧ/НМ для каждого маршрута воздействия, идентифицированного на 2-м этапе. Наиболее часто этот этап состоит из двух стадий: оценки воздействующих концентраций и расчета поступления.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ

На первом этапе оценки экспозиции осуществляется сбор информации о топографии, гидрогеологии, растительном и животном мире, земельных ресурсах и их использовании, хозяйственной деятельности человека на обследуемой территории.

Характеристика физической среды включает в себя анализ следующих свойств и показателей:

— климат (температурный режим, количество осадков, относительная влажность, особенности топографии, высота местности, количество дней с устойчивым снежным покровом, процесс циркуляции воздушных масс и т.д.);
— метеоусловия (например, скорость и направление ветра, повторяемость штилей, туманов, приземных инверсий температуры и др.);
— геологическое строение;
— растительность (например, травяной покров, древесная растительность и др.);
— тип почвы (например, кислый, основной, органический, песчаный и др.);
— гидрологию подземных водных источников (например, глубина, направление и тип водного потока);
— места расположения и описание поверхностных водоемов (например, тип, скорость течения воды, соленость и др.).

На основании характеристик физической среды исследуемой области делается предварительное заключение о потенциальных путях распространения НЧ/НМ, имея в виду все взаимодействующие среды и факторы окружающей среды — почву, подземные и поверхностные воды, осадки, воздушную среду, биоту, а также возможный транспорт НЧ/НМ из одной среды в другую.

Характеристика населения, потенциально подверженного воздействию на исследуемой территории и вблизи от нее, предусматривает анализ мест проживания (локализация населенных пунктов, численность населения, расстояние от предприятия наноиндустрии или иного источника НЧ/НМ), преобладающий род занятости населения, места размещения чувствительных подгрупп (дошкольные и школьные детские учреждения, больницы, родильные дома, санатории и другое).

В анализ следует включать все группы популяции, потенциально подверженные воздействию исследуемых факторов, даже если они проживают вдали от источника загрязнения (например, население, потребляющее загрязненную НЧ водопроводную воду или продукты питания, выращенные на почве, загрязнённой НМ сельскохозяйственного назначения). Кроме того, в анализ следует включать и население, которое может подвергаться воздействиям в будущем, например, в результате миграции НЧ веществ из загрязненной зоны.

Оценка деятельности человека обычно проводится по следующей схеме:

— определение времени, которое потенциально экспонируемая популяция проводит в загрязненной НЧ/'НМ зоне. Например, если популяция отнесена к производственному сценарию воздействия, то разумной максимальной оценкой ежедневного периода экспозиции является величина 8 часов (типичный рабочий день) (если же популяция отнесена к сценарию жилой зоны, то максимальная дневная экспозиция может быть принята равной 24 часам);
— определение времени, которое потенциально экспонируемая популяция проводит в помещении, на открытой местности, в транспорте и т.д. с учетом характера деятельности человека в течение суток (например, служащие могут проводить практически весь свой рабочий день в помещении, в то время как строительные рабочие большую часть времени находятся на открытой местности);
— определение зависимости человеческой деятельности от сезона года;
— определение возможности временного или постоянного нахождения населения в загрязненной зоне (например, дети могут играть вблизи загрязненной зоны, а население жилых районов может периодически входить в эту зону или пересекать ее);
— идентификация любых специфичных для исследуемой зоны характеристик популяции, которые могут влиять на экспозицию (например, если загрязненная зона расположена вблизи мест ловли рыбы, то потенциально экспонируемая популяция вероятнее всего может потреблять значительно больше загрязненных рыбных продуктов, чем популяция, проживающая вдали отданного водоема).

В качестве наиболее чувствительных к действию НЧ/НМ субпопуляций следует рассматривать новорождённых и детей, лиц пожилого возраста, беременных и кормящих женщин, а также больных хроническими заболеваниями.

Субпопуляции, подверженные повышенному риску вследствие особенностей их деятельности и активности, включают работников предприятий наноиндустрии, персонал производств, связанных с использованием или утилизацией наноматериалов в крупных масштабах (сельскохозяйственные предприятия, станции очистки воды, мусоросжигающие заводы и т.д.), детей (в частности, из-за возможности их контакта с загрязненными НЧ почвой и водой открытых водоемов), лиц, которые могут в относительно больших количествах потреблять рыбу, пойманную в местных водоемах, или выращенные в данной местности продукты питания (например, овощи), потребителей отдельных видов продукции наноиндустрии (парфюмерно-косметических и дезинфицирующих средств, препаратов бытовой химии и так далее).

ПУТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НЧ/НМ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

В ходе составления сценария экспозиции устанавливается маршрут воздействия, который описывает движение НЧ/НМ от источника их возникновения до подвергающегося воздействию индивидуума. Маршрут воздействия описывает механизм, посредством которого индивидуум или популяция подвергаются воздействию НЧ/НМ, точки воздействия и пути поступления. Если точка воздействия отдалена от источника, то маршрут воздействия включает в себя также транспортную (в случае межсредовых переходов) и воздействующую среды.

Оценка маршрута воздействия включает характеристику: источников загрязнения, выбросов и сбросов НЧ/НМ, мест их нахождения; вероятного поведения НЧ/НМ в окружающей среде (персистенция, растворение, трансформация, поверхностная модификация, агрегация, транспорт, межсредовые переходы); мест проживания и видов деятельности экспонируемых популяций.

Составными частями полного маршрута воздействия являются четыре основных элемента:

— источник и механизм образования НЧ/НМ;
— воспринимающая (первично загрязняемая), транспортирующая и воздействующая среды;
— место потенциального контакта человека с НЧ/НМ (точка воздействия/рецепторная точка);
— пути поступления НЧ/НМ в организм (пероральный, ингаляционный, кожная абсорбция).

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ НЧ/НМ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И
В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

К источникам поступления НЧ/НМ в окружающую среду относятся следующие виды процессов. Производственные процессы на предприятиях наноиндустрии, сопровождающиеся образованием НЧ/НМ путем ультрадиспергирования веществ традиционной степени дисперсности или конденсации из газовой либо жидкой фазы, сопровождающиеся поступлением НЧ в свободном (не связанном в твёрдом матриксе) виде в газообразные (пылегазовые) и жидкие выбросы; процессы, в которых НЧ/НМ используются (например, в виде абразивов, адсорбентов, катализаторов), а затем поступают в отходы производства.

Применение НЧ/НМ в хозяйственной деятельности, например, в составе агрохимикатов и средств защиты растений, агромелиоративных средств, препаратов для очистки воды, строительных материалов и другого.

Утилизация потребительской продукции, содержащей НЧ/НМ, например, путем ее захоронения (вследствие которого возможно поступление НЧ в грунтовые воды), сжигания на мусоросжигательных заводах с образованием наноразмерных аэрозолей и другими путями.

Аварии хранилищ и транспортных средств, сопровождающиеся попаданием НЧ/НМ в атмосферный воздух, воду и почвы. Межсредовой перенос НЧ/НМ (например, из загрязненной почвы в воды открытых водоемов или грунтовые воды).

Процессы переноса, накопления и трансформации НЧ/НМ в окружающей среде, а также их межсредовые распределения в настоящее время недостаточно изучены, и оценка этих процессов в большинстве случаев осуществляется по аналогии с химическими веществами традиционной степени дисперсности, а также природными и техногенными наноразмерными компонентами.

Поступающие в объекты окружающей среды НЧ/НМ в зависимости от своего химического состава и физико-химического состояния (размер частиц, удельная поверхность, адсорбционная способность, устойчивость к агрегации, растворимость и так далее) участвуют в следующих процессах:

— транспорт (перенос НЧ/НМ с токами воды и воздуха) и межсредовые переходы («воздух — вода», «почвы — вода», «вода —донные отложения» и другое);
— физическая трансформация (растворение, агломерация, агрегация);
— химическая трансформация (окисление, гидролиз, фотолиз, химическая модификация поверхности и т.д.);
— биологическая трансформация (биодеградация, биоаккумуляция).

СОСТАВЛЕНИЕ СЦЕНАРИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Воздействие НЧ/НМ на человека может быть прямым (например, вдыхание атмосферного воздуха, содержащего наноразмерный аэрозоль, использование косметических средств, содержащих НЧ) или косвенным (например, потребление пищевой продукции, содержащей остаточные количества наноструктурированных агрохимикатов или ветеринарных лекарственных препаратов).

Итоговая характеристика и окончательное формирование сценариев воздействия НЧ/'НМ на популяцию проводится на основе определения приоритетных путей поступления.

Полный маршрут воздействия оценивается при сценарии многосредовой экспозиции, когда анализируются практически все возможные пути поступления НЧ/НМ. Сценарий полного маршрута воздействия представляет собой сочетание различных маршрутов воздействия исследуемых НЧ/НМ.

Пример сценария многосредового воздействия НЧ/НМ

Среда	Путь поступления
Среда	ингаляция	перорально	накожно
Атмосферный воздух	+	–	–
Водопроводная вода	+	+	+
Почва	+	+	+
Вода открытого водоема (плавание)	+	+	+
Косметические средства	–	+	+
Препараты бытовой химии	+	–	+
Пищевые продукты	–	+	–
Текстильные изделия	–	–	+

При включении в анализ лишь некоторых из указанных элементов сценарий будет отражать неполный маршрут воздействия, что целесообразно в тех случаях, когда одновременное воздействие НЧ/НМ на одну популяцию всеми возможными путями маловероятно либо существует только один путь такого воздействия (например, накожно с импортируемой косметической продукцией).

Неполный маршрут воздействия анализируется также при сценарии, предусматривающем оценку риска от поступления HЧ/HМ только из одной среды, где их содержание является преобладающим г сравнении с иными средами, влиянием которых можно практически: пренебречь (например, только из атмосферного воздуха, воздуха помещений, питьевой воды, продуктов питания и т.д.) и одним путем (например, ингаляционным или пероральным).

Исключение той или иной среды или того или иного пути воздействия из последующего анализа должно проводиться с большой осторожностью, так как это может приводить к существенным неопределенностям и ошибкам в оценке величины экспозиции.

Аргументами для исключения среды или пути воздействия из анализа могут являться следующие положения:

— экспозиция, обусловленная присутствием НЧ/НМ в данной среде или данным путем воздействия, намного меньше по сравнению с другими путями, включающими ту же среду и те же самые точки воздействия;
— потенциальная степень экспозиции из данной среды и при данном пути воздействия ничтожно мала;
— для данного вида НЧ/НМ не характерна миграция и накопление в данной среде ввиду особенностей их физико-химических свойств (например, для фуллеренов, по-видимому, не характерно накопление и поступление в организм с питьевой водой ввиду их крайне малой диспергируемостью в водных средах).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ В ТОЧКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

При выборе размерности определяемых концентраций НЧ/НМ в точке воздействия следует исходить из информации о природе определяемого наноматериала, его физико-химической характеристики, размерности референтных показателей (нормативов), применяемых при контроле НЧ/НМ. Обычно, концентрацию НЧ/НМ определяют через их массу, число частиц или поверхность межфазной границы в единице объёма или массы анализируемой среды. Массовые концентрации рекомендуется применять для монодиспенсных НМ, НМ с известной степенью дисперсности, не меняющейся под воздействием средовых факторов.

Воздействующие концентрации чаще всего оцениваются на основе:

—  результатов мониторинга объектов окружающей среды с прямым определением концентраций НЧ/НМ в анализируемых средах;
—  моделирования распространения и поведения НЧ/НМ в окружающей среде;
—  комбинации результатов мониторинга с данными, полученными с применением моделирования;
— моделей экспозиции.

МОНИТОРИНГ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основанием для выбора НЧ/НМ, подлежащих мониторингу на данной территории, в соответствии с рекомендациями национальных и международных организаций (OECD, NIOSH, EFSA), служат следующие критерии:

—  наличие у НЧ/НМ потенциального риска для здоровья населения;
—  введение мер по регулированию НЧ/НМ в объектах окружающей среды и/или продукции на национальном или международном уровнях;
—  наличие на данной территории крупнотоннажных производств, выпускающих НЧ/НМ, в особенности в формах, способных к образованию аэрозолей и пылеобразованию.

Целесообразно, чтобы мониторинг позволял определять экспозицию НЧ/НМ как в очагах загрязнения (на территориях промышленных предприятий и в их санитарно-защитных зонах), где под воздействием высоких концентраций оказывается небольшая часть населения, так и экспозицию, под воздействием которой находится большинство населения.

В ходе мониторинга должна быть получена информация, позволяющая определить не только уровень НЧ/НМ в данной точке, но и распределение экспозиции по группам населения.

Оценка концентрации НЧ/НМ в точке воздействия должна быть основана на анализе достаточно большого (репрезентативного) числа проб, допускающего устойчивость средней оценки. Чувствительность применяемых методов должна быть достаточной для определения регистрируемых уровней НЧ/НМ. Методы анализа НЧ/НМ в пробах должны быть утверждены в установленном порядке. В ходе мониторинга должны применяться методы отбора проб, позволяющие получить репрезентативные средние пробы, не приводящие к видоизменению анализируемых НЧ/НМ. Методы отбора проб должны быть утверждены в установленном порядке.

Результаты мониторинга могут оказаться неадекватными, если:

—  точки экспозиции пространственно изолированы от точек мониторинга (например, в случае межсредовых переходов или транспорта НЧ/НМ);
—  применяемые методы анализа НЧ/НМ недостаточно чувствительны либо недостаточно специфичны;
—  применяемые процедуры отбора проб приводят к потере НЧ/НМ или их необратимой трансформации, не допускающей корректного аналитического определения;
— не определяется временное распределение концентраций НЧ/НМ.

Типичной ошибкой является сбор аналитических данных за ограниченный интервал времени. Такие данные хорошо характеризуют условия на момент исследования, однако не отражают продолжительные или очень кратковременные воздействия.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЧ/НМ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Моделирование распространения НЧ/НМ в окружающей среде используется при оценке риска в следующих целях:

—  оценка пространственного распределения концентрации и экспозиции населения;
—  определение соотношений «источник — рецептор»;
—  определение вклада различных источников в суммарные концентрации;
—  оптимизация стратегий снижения объема выбросов и анализ сценариев, связанных с выбросами;
—  прогнозирование изменения концентраций загрязнителей во времени;
—  анализ репрезентативности постов мониторинга и оптимизация процесса организации их сети.

Построение моделей рассеивания базируется на данных об источниках и выбросах НЧ/НМ, а также метеорологической и географической информации.

Выбор модели расчета загрязнения объектов окружающей среды для целей оценки риска проводится по ее способности определять не только максимальные уровни загрязнения, но и осредненные на заданный период экспозиции, а также в максимальной степени учитывать все факторы, влияющие на распространение загрязнения.

Период осреднения, к которому относятся вычисленные концентрации, соответствует тому периоду, к которому относится используемая при расчете исходная информация. Поэтому модели расчета концентраций, осредненных за год, не могут быть использованы для определения концентраций для других периодов (месяц, сезон).

Сравнительная характеристика преимуществ и недостатков использования мониторинга и моделирования загрязнения атмосферного воздуха, по данным ВОЗ, приводится в таблице ниже.

Сравнение мониторинга качества атмосферного воздуха и моделирования
рассеивания атмосферных загрязнителей для оценки концентраций в точке
воздействия (WHO, Regional Publications, European Series, № 85, 1999)

Задача	Уровень надежности, относящийся
Задача	к мониторингу	к моделированию
Оценка истинности концентраций	Высокий	Низкий*
Системы тревоги	Высокий	Низкий
Оценка различий во времени	Высокий	Высокий
Оценка различий в пространстве	Низкий**	Высокий
Оценка концентраций в будущем (прогноз)	Низкий	Высокий
Определение вклада источников загрязнений	Низкий	Высокий

Примечание:
* результаты моделирования должны быть сравнены с несколькими
измеренными уровнями для подтверждения надежности и корректности модели:
** увеличение числа постов наблюдений может существенно улучшить
пространственное представление о концентрациях.

Фото: Shutterstock.com.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРСОНАЛЬНОЙ ЭКСПОЗИЦИИ

Модели экспозиции при наличии данных адекватных наблюдений могут использоваться для получения заключений относительно экспозиции по конкретным видам НЧ/НМ на целевые группы населения.

В качестве исходной информации при моделировании персональной экспозиции используются данные о концентрации при воздействии НЧ/НМ на человека или группу людей, а также о продолжительности такого воздействия. Вводные данные представлены в этом случае характером деятельности человека с распределением по времени, а также концентрациями НЧ/НМ.

Для определения уровней содержания загрязнителя в каждой микросреде чаще всего используются результаты аналитических измерений концентраций, или концентрации НЧ/НМ, полученные путем моделирования. Наиболее точное определение уровней воздействия применительно к оценке экспозиции через атмосферный воздух населенных мест возможно с помощью индивидуального (персонального) мониторинга, который предусматривает прямые замеры концентраций воздушных примесей в зоне дыхания человека.

При осуществлении программы многосредового мониторинга дополнительно проводится количественное определение НЧ/НМ в пробах воды и пищи, потребляемых каждым индивидуумом в отобранной выборке. В случае с водой прямые замеры будут означать взятие проб из крана для питьевой воды. Если речь идет о пищевых продуктах, анализу подлежат повторные пробы пищи, а при определении перкутан- ной экспозиции соответствующие пробы (например, смывы) берутся непосредственно с кожных покровов. Моделирование экспозиции НЧ/НМ через потребляемую продукцию может проводиться с использованием анкетно-опросных методов исследования.

Методическая схема сбора информации с помощью анкетно-опросных способов включает следующие этапы:

—  отбор респондентов с учетом метода рандомизации из предварительно тщательно подобранного контингента;
—  выбор наиболее соответствующего вида сбора данных: обычно персонального интервьюирования или телефонного опроса, анкетирования или другого способа, предложенного самим респондентом;
—  создание адекватной по величине выборки, позволяющей проводить статистический анализ;
—  обеспечение условий для высокой активности респондентов в проведении исследований;
—  выбор наиболее приемлемых методов сбора информации о показателях, определяющих величину- экспозиции (количество, частота, длительность потребления продукции);
—  разработка протоколов исследований (опросов) в понятном для респондентов и удобном для пользователей виде, а также пригодном для прогнозирования;
—  формулировка специфических вопросов на простом, удобном для восприятия языке, исключая двусмысленность;
—  обеспечение кодирования и сохранения информации в виде компьютерных баз данных;
—  анализ полученных данных с помощью соответствующих статистических методов;
—  обоснование статистически значимых заключений на основе анализа полученной информации.

ХАРАКТЕРИСТИКА КОНЦЕНТРАЦИЙ В ТОЧКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Концентрация НЧ/НМ в точке воздействия (месте пребывания человека) может представлять собой среднюю арифметическую величину концентрации, воздействующей в течение периода экспозиции, или максимальную концентрацию в ограниченный период времени. Для оценки риска, обусловленного хроническими воздействиями НЧ/НМ, применяются среднегодовые концентрации и их верхние 95%-е доверительные границы, установленные по среднесуточным концентрациям. Для оценки острых воздействий наноразмерных аэрозолей, включая аварийные воздействия (продолжительность экспозиции не более 24 ч), используются максимальные концентрации и 95-й процентиль.

В скрининговых исследованиях для оценки хронических воздействий допустимо использование среднегодовых концентраций, а для оценки острых воздействий — максимальных концентраций за период наблюдения. В тех случаях, когда имеется большая вариабельность концентраций или, наоборот, всего два их значения в точке воздействия, в качестве обоснованной оценки целесообразно использовать максимальную из имеющихся концентраций. Для оценки канцерогенного риска используют величины среднегодовых концентраций, увеличенные на один 95%-й доверительный интервал.

ПОДХОДЫ К РАСЧЕТЕ ЭКСПОЗИЦИЙ НЧ/НМ

При расчете экспозиций НЧ/НМ следует исходить:

— из размерности референтных величин соответствующего гигиенического норматива для контролируемых НЧ/НМ;
— из формата предварительно собранных исходных данных о концентрациях НЧ/НМ в объектах окружающей среды и продукции.

В зависимости от природы НЧ/НМ и размерности применяемых референтных значений действующее количество НЧ/НМ выражается через следующие единицы (ед.): массу (мг), площадь поверхности (кв.см) или число частиц (безразмерное) в единице объема или массы воздействующего объекта окружающей среды или продукции.

В общем случае референтное значение (норматив) дозы НЧ/НМ имеет размерность ед./кг/сут. и показывает безопасное количество НЧ/НМ (в соответствующих ед.), приходящееся на 1 кг массы тела человека в сутки в течение всей продолжительности жизни. При этом формула для расчета величины экспозиции НЧ/НМ (Ed) имеет следующий вид:

Ed (ед./кг/сут.) = (С * V * F * N) / (M / A), где

С — замеренная средняя (по определенному временному интервалу) концентрация, ед./куб.дм ( кг) (в случае жидких и плотных сред) или ед./куб. м (в случае воздуха);
V — количество воды, воздуха или продукции, потребляемое человеком в день, куб.дм/сут. или куб. (кг)/сут.;
F — число дней в году, когда имеет место воздействие, сут./год;

N — число лет, когда осуществлялось воздействие, год;

М — масса тела индивидуальная или средняя по популяции, кг;

А — так называемый «период осреднения», то есть то время, на протяжении которого проводились замеры, по результатам которых была определена средняя концентрация С.

Для случая, когда референтные значения экспозиции (нормативы) характеризуются концентрациями НЧ/НМ в действующих средах (ед./куб.дм или ед./куб.м), расчетная формула для экспозиции упрощается и принимает вид:

Ed(ед./куб.дм) =(С * F *N)/A, где

Е_с — экспозиция, выраженная через значение концентрации.

При оценке канцерогенных рисков используют средние суточные дозы, усредненные с учетом ожидаемой средней продолжительности жизни человека (70 лет). Такие дозы обозначаются как LADD. Стандартное уравнение для расчета LADD имеет следующий вид:

LADD (ед./кг/сут.) = (С * V * F * N) / (M * At), где

С — концентрация НЧ/НМ в загрязненной среде, ед./куб.дм (в случае жидких и плотных сред) или ед./куб.м (в случае воздуха);

V — количество среды (воды, воздуха или продукции), потребляемое человеком в день, куб.дм/сут. или куб.м. (кг)/сут.;

F — число дней в году, когда имеет место воздействие, сут./год;

N — число лет (на протяжении всей прошедшей жизни), когда осуществлялось воздействие, год;

М — масса тела, кг;

At — полная продолжительность жизни в годах.

ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ РИСКА ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НЧ/НМ НА ЗДОРОВЬЕ РАБОТНИКОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ

Оценка риска интегрирует данные об идентификации опасности НЧ/НМ, параметрах зависимости «доза-ответ», величине экспозиции, полученные на всех предшествующих этапах исследований, с целью количественной и качественной оценки риска, выявления и оценки сравнительной значимости существующих проблем для здоровья населения.

Оценка риска осуществляется в соответствии со следующими этапами:

—  идентификация опасности;
—  обобщение результатов зависимостей «доза (концентрация)-ответ» и оценки экспозиции;
—  расчет значений риска для отдельных маршрутов и путей поступления химических веществ;
—  расчет рисков для условий агрегированной (поступление одногj вида НЧ/НМ в организм человека всеми возможными путями из разных объектов окружающей среды) и кумулятивной (одновременное воздействие нескольких видов НЧ/НМ или НЧ/НМ в сочетании с химическими токсикантами традиционной степени дисперсности) экспозиции;
—  выявление и анализ неопределенностей;
—  обобщение результатов оценки риска и представление полученных данных лицам, участвующим в управлении рисками.

Ведущими принципами характеристики риска являются:

—  интеграция информации, полученной в процессе идентификации опасности, зависимости «доза-ответ» и оценки экспозиции;
—  характеристика и обсуждение факторов неопределенностей и вариабельности результатов;
—  представление информации о характеристиках риска в понятной и доказательной форме с указанием на достоверность и ограничения характеристик риска.

В процессе характеристики рисков используется величина условно принимаемого пренебрежимого уровня риска (уровень de minimus) — вероятность наступления события, негативные последствия которого можно признать ничтожно малыми в сравнении с действием принципиально неустранимых природных или техногенных факторов, вследствие чего человек или группа людей, или общество в целом готовы пойти на этот риск.

ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Занина К.А., Цуркин А.П.. Влияние нанотехнологий и наноматериалов на человека и остальной живой мир // Технические науки: традиции и инновации: материалы II международной научной конференции (г. Челябинск, октябрь 2013 г.). — Челябинск: Два комсомольца, 2013.

2. Арчаков А. И., Иванов Ю. Д., Плешаков Т. О. и др., «Атомно-силовая микроскопия для медицинской диагностики. Физикохимия ультрадисперсных наносистем», Материалы VII Всероссийской конференции, Москва, 2005.
3. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации № 54 от 23.07.2007 г. «О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы».
4. Информационное письмо Роспотребнадзора № 0100/4502-07-02 от 02.05.2007 г. «О надзоре за производством и оборотом продукции, содержащей наноматериалы».
5. Рахманин Ю. А., Новиков С. М., Шашина Т. А. и др. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (Р 2.1.10.1920-04). — М.: Федеральный центр Россанэпидемнадзора Минздрава России, 2004.

6. Чурилов Г.Н., Внукова Н.Г., Глущенко Г.А., Осипова И.В. Наноматериалы и нанотехнологии. Конспект лекций. Красноярск: ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», 2007.
7. Оценка риска воздействия наноматериалов и наночастиц на организм человека: Методические рекомендации МР 1.2.0038-11. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2012.

БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА НА ЕЖЕНЕДЕЛЬНЫЙ ОБЗОР
КЛИНСКОГО ИНСТИТУТА ОХРАНЫ И УСЛОВИЙ ТРУДА

Оперативная и актуальная информация на электронную почту

Все публикации

Инфоцентр

Вредное воздействие наноматериалов и наночастиц на здоровье работников