Некоторые недостатки системы нормируемых показателей

Система нормируемых показателей (ПДК, ПДУ, ПДД и др.) оказалась неидеальной для оценки качества среды обитания. Специальное внимание на этот вопрос обратили в своем учебном пособии В.А. Алексеенко и Л.П. Алексеенко [8]. Появление и установление системы предельно нормируемых показателей определяются изначальным консерватизмом биосферы. Например, используется также нормируемый показатель ПДВ - допустимого значения выбросов отдельным источником загрязнения в единицу времени. Считается, что превышение ПДВ, приводит в последующем к превышению ПДК в воздушной и водной среде, окружающей источник загрязнения. Недостаток системы ПДК и ПДВ в том, что при разработке ПДВ, общих для огромных территорий, не учитывались ландшафтно-геохимические особенности и история геохимического развития отдельных участков загрязненной территории. Концентрирование, рассеивание, распределение и форма нахождения техногенных поллютантов определяются конкретными ландшафтно-геохимическими условиями загрязняемой территории. При установлении ПДВ не учитывается все многообразие сочетаний совместного расположения источников выбросов вредных веществ. Следовательно, ПДВ - это «средневыдуманная нормирующая величина», призванная способствовать ограничению количества выбросов до концентраций, не приводящих к превышению значений ПДК химических элементов в объектах окружающей среды. Сделаем акцент на неоднозначности ПДК тех или иных химических веществ для воды, воздуха, с одной стороны, и для почвы - с другой. Действительно, наиболее быстро сказывающиеся последствия загрязнения воздуха или воды обычно связаны с повышенными концентрациями поллютантов (вредных веществ) в воздухе и питьевой воде. Однако такие повышенные концентрации в воздухе и в водоемах сохраняются непродолжительное время благодаря деятельности специальных служб по охране окружающей среды. Кроме того, водоемы и наземные экосистемы способны к самоочищению. В то же время большинство загрязняющих веществ длительное время присутствует в почвах. В последующем эти вещества могут из почвы попасть в поверхностные воды, атмосферный воздух или продукты питания. Однако нормирование загрязнения почв остается сложной задачей, поскольку подвергается критике сама объективность этих нормирующих критериев.

В последнее время большинство гигиенистов, экологов сходятся во мнении, что значения ПДК химических веществ можно использовать в практической деятельности лишь в качестве предварительных, ориентировочных показателей. Они пригодны и необходимы в странах с низкой экологической культурой, а также на первых этапах обследований в новых регионах. Однако широко использовать ПДК для оценки состояния окружающей среды невозможно по целому ряду причин [8]. По современному определению, ПДК - это нормы содержания различных веществ в среде обитания человека, гарантирующие его безопасное существование в определенных участках биосферы или городской среды. В этом случае под существованием подразумевается или проживание (ПДК_сс), или только нахождение во время работы в местах, для которых эти ПДК определены (ПДК_рз). Это справедливо для питьевой воды и продуктов питания, для которых также установлены ПДК. Для большинства химических веществ критерий ПДК появился в последние десятилетия, а последствия многих видов загрязнений проявляются через десятилетия контакта с ними. Поэтому большинство отдаленных последствий при нормировании не было учтено.

Существуют также генотоксические вещества. Изменения, вызываемые ими, проявляются либо через несколько лет (соматические мутации), либо даже в последующих поколениях (наследственные мутации), что в основном пока не принимается во внимание. Уже только это позволяет рассматривать систему ПДК в качестве одного из показателей и лишь для оценки и прогнозирования быстрого воздействия на человеческий организм некоторых ксенобиотиков или вообще загрязнителей среды обитания.

Современная система ПДК не учитывает последствия совместного действия на человека смеси химических веществ или различных токсических соединений одного и того же химического элемента при самых разных концентрациях. Ассоциации основных загрязнителей антропогенной природы известны, но практически невозможно учесть все возможные комбинации совместного действия поллютантов, к тому же находящихся в разных концентрациях.

К настоящему времени выполнены исследования, направленные на изучений комбинированного, комплексного или сочетанного действия различных экологических факторов. Определенные закономерности удалось установить и прогнозировать только для таких комбинаций, как ионизирующее излучение и гипертермия. Что касается прогнозирования и нормирования комбинации нескольких химических веществ, то в этом направлении успехи скромнее [9]. Они связаны с математическим моделированием биологического действия нескольких факторов химической и/или физической природы или экспериментальными исследованиями на животных.

Ряд химических элементов при их недостатке в окружающей среде или продуктах питания замещаются своими химическими аналогами, если концентрация аналогов достаточно велика. В результате возникают многие тяжелые болезни, ухудшается здоровье у животных и человека, нарушаются функции размножения, роста и развития у растений и микроорганизмов. В этом отношении наиболее известны пары элементов: Ca-Sr, S-Se, K-Cs. Поражение скелета человека и животных - искривление позвоночника, изменения в суставах, ломкость костей, выпадение зубов - характерно только для районов с пониженным содержанием биологически доступного Ca при избытке Sr или, в меньшей степени, Ba.

В районах с повышенным содержанием в почвах селена, доступного растениям, наблюдается специфическое отравление этим элементом, получившее название алкалоза. При концентрации селена в зелени 12 мг/кг крысы, кролики, лошади и рогатый скот, поедающие ее, через несколько месяцев погибали. Однако внесение в почвы серы при том же содержании селена уменьшало эффективную концентрацию селена в зерне до 4 мг/кг. В малых количествах селен рассматривается сейчас как эффективное средство, предотвращающее развитие канцерогенеза у людей. Являясь кофактором одного из ферментов метаболизма у человека, он предотвращает возникновение и развитие раковых опухолей. Естественно, когда селен выступает в роли кофактора, его эффективная концентрация в организме должна быть очень низкой. На этом основано приготовление специального препарата «селексен» в обнинском «Медбиофарме». Следовательно, для геохимически подобных друг другу элементов крайне важное значение имеет относительное содержание каждого из них (по отношению друг к другу и к среднему значению). В этих случаях одна и та же концентрация одного из них в одном случае токсична, а в другом - совершенно безвредна. Это свойство необходимо учитывать при установлении ПДК того или иного вещества, элемента или соединения.

Особенности потребления организмами отдельных элементов в резко повышенных или пониженных количествах при их неизменном и невысоком содержании в воде или почве в зависимости от изменения концентрации других элементов сопровождается болезнями организмов [8]. Это очевидное в настоящее время явление совершенно не отражено в нормативах ПДК. Все только что рассмотренное, исходя из позиций совместного токсического воздействия нескольких химических элементов, объясняет практическую невозможность разработки ПДК для больших территорий, включая районы или отдельные геохимические провинции с повышенным или пониженным фоновым содержанием.

Токсичность химических элементов и их соединений зависит не только от концентрации, но и от формы их нахождения в биосфере. Например, в почвах большинство химических элементов находятся в форме минералов. Чем труднее растворим минерал, тем менее доступны организмам составляющие пи элементы. Следовательно, тем меньше их токсическое действие даже при высоких концентрациях. Например, натрий из разных соединений по-разному доступен живым организмам. В частности, NaCl растворим и доступен, а Na₃AlF₆- нет.

Поэтому при выработке ПДК (для того или иного элемента) учесть все формы соединения для этого элемента практически невозможно. Кроме этого, растворимость многих соединений (например, Al) зависит от pH среды, температуры и многих других факторов биосферы.

Природное распределение химических элементов в различных типах горных пород крайне неравномерно. Горные породы во многом обусловливают состав формирующихся на них и из них почвенных структур, воды, а также растений и животных. К неравномерностям распределения химических элементов в породах все виды живых организмов приспособились за многие тысячи лет. Пример резких геохимических отличий существования организмов - участки биосферы с карбонатными и ультраосновными горными породами. В первых содержание Cr и Co в 100 и 1500 раз меньше (соответственно), чем во вторых. Отличаются эти породы и содержанием других элементов. Существенны геохимические отличия и между другими типами горных пород. Так, ПДК Со в почвах 0,005%, Cr - 0,01 %, а соответствующие кларки в ультраосновных породах равны соответственно 0,015 и 0,16%. То есть в этих породах кларковые значения выше ПДК. Теперь рассмотрим эти ПДК и сравним с кларками в карбонатных толщах (соответственно 0,00001 и 0,0011%), и соотношение резко изменится. В этом случае содержание в почвообразующих породах Co в 500 раз меньше ПДК, а для Cr - почти в 10 раз. Следовательно, с точки зрения геохимии природных образований выбрать для всех районов России единые ПДК невозможно. Поэтому ориентация на предлагаемые в нормировании цифры без учета конкретной ландшафтно-геохимической обстановки приведет к принципиально неверным выводам.

Для живых организмов, начиная от микробов и кончая человеком, не существует изначально полезных или заведомо вредных химических элементов. Для нормального развития большинства организмов необходимы все элементы, но только в определенных концентрациях и формах присутствия в различных частях биосферы. Однако многие химические элементы при повышении их концентрации (уже в организме) становятся токсичными. С другой стороны, очень низкое содержание определенных элементов лимитирует рост и развитие живых организмов. Например, недостаток йода вызывает заболевания щитовидной железы у человека со всеми вытекающими последствиями для работы сердца и головного мозга.

В настоящее время доказано, что для следующих перечисленных элементов существенное антропогенное увеличение может негативно сказаться на развитии большинства живых организмов. Это Ag, Bi, F, W, Be, Au, Br, Zn. Следовательно, при определении нормируемых показателей для каждого химического элемента надо учитывать максимальную и минимальную их концентрации в окружающей среде, а также эффективную концентрацию в самом организме.

В последнее время все большую роль начинают играть химические соединения техногенной природы, не имеющие природных аналогов. Токсичность и время ее проявление для большинства из этих соединений не установлена.

Это, как правило, истинные ксенобиотики, их количество в той или иной степени поддается учету. Практически не изучен метаболизм этих соединений в разных условиях как природной, так и урбанизированной среды.

Классический пример в этом отношении - изучение появления в биосфере фреона и продуктов его разложения, влияющих на озоновый слой. Мощность озонового слоя определяет интенсивность ультрафиолетового излучения Солнца, крайне губительного для всего живого в биосфере. Появление этих соединений на рынке значительно опережает установление для них величин ПДК.

Система ПДК учитывает токсичность химических соединений по отношению к человеку. При этом не придается никакого значения их воздействию на живые организмы, хотя, как правило, они определяются на четырех группах живых организмов: кроликах, лабораторных мышах, крысах и морских свинках. Соотношение величин ПДК никак не увязано с токсическим действием этих соединений на растения, микроорганизмы, а тем более на сообщества этих организмов. Можно теоретически предполагать, что при правильном установлении значений ПДК по отношению к человеку, они (ПДК) гарантируют безвредность химических веществ в первое время. Но может оказаться, что при тех же самых безвредных концентрациях этих веществ будут наблюдаться гибель, возникновение мутаций или злокачественного роста у других видов живых организмов. Далее это может определять развитие губительного процесса по экологической цепи. Выделение каких-либо ПДК веществ в настоящее время бессмысленно. Вот почему, не отвергая пока действующую систему ПДК, человечество ведет поиск более адекватных экологических критериев. Таким критерием может оказаться экологический риск.

В этой главе рассмотрены санитарно-гигиенические и экологические нормативы, касающиеся вредных факторов воздействия - ядовитых химических веществ, ионизирующей радиации, шума и вибрации, электромагнитных излучений радиочастотного диапазона. В качестве основной формы защиты населения и экосистем от пагубного действия химических, физических и биологических факторов разработаны системы ПДК, ПДУ, ПДВ и ПДН. В течение почти всего XX в. эта система исправно работала, защищая людей и природа от вредного воздействия. Однако в последние десятилетия из-за значительного усиления комплексной антропогенной нагрузки на человека, а также появления новых научных данных о механизмах действия вредных веществ и электромагнитного излучения все больше ощущалась некоторая упрощенность системы регулирования взаимоотношений человека и природы. Аргументировать это можно следующими причинами:

• доказана беспороговость действия ионизирующей радиации; можно предполагать, что по такому же принципу на все живое действуют химические вещества и радиоволны;

• воздействие на человека и природа стало комплексным, комбинированным и сочетанным, что уже ограничивает применение системы ПДК и ПДУ, так как нет единого принципа сравнения действия этих факторов в рамках применяемой методологии;

• установлено, что при совместном действии различных факторов среды обитания, наряду с аддитивными эффектами их действия, возможны синергизм или антагонизм, если судить по конечному биологическому эффекту.

Перечень причин ограничения старой системы нормирования можно продолжать, но пока только разрабатываются новые технологии опенки вредного воздействия. Одной из самых жизнеспособных и интенсивно развиваемой является система рисков, т.е. вероятностных оценок не для характеристики вредного действия на отдельные особи или человека, а на популяцию или когорты людей в целом. В следующих главах описана концепция оценки рисков, даны элементарные представления и понятия разных видов риска, рассмотрена американская методология оценки риска, наиболее разработанная на сегодняшний день.

Глава 3