Мониторинг химических канцерогенных агентов в окружающей среде - общая онкология

Вопросы мониторинга химических канцерогенных агентов в окружающей среде и канцерогенной нагрузки на людей

Вопросы мониторинга химических канцерогенных веществ и канцерогенной нагрузки на людей являются важными элементами в системе гигиенической регламентации химических канцерогенов и использования ее для профилактики онкологических заболеваний у населения. В этих вопросах особенно отчетливо видна разница между химическими канцерогенными агентами и ионизирующим излучением как онкогенными факторами. Если оценка радиационной нагрузки на людей в тех или иных условиях их обитания или трудовой деятельности является делом относительно простым, то этого нельзя сказать об аналогичной задаче в отношении химических канцерогенных агентов. Несопоставимы по степени трудности также и задачи мониторинга химических канцерогенов и ионизирующей радиации. Все это указывает на то, что приемы и методы регламентирования канцерогенной опасности, применяемые в радиационной гигиене, далеко не просто перенести на нормирование химических канцерогенных агентов.
Под мониторингом вредных агентов, в широкой трактовке этого термина, следует понимать постоянный надзор за состоянием загрязненности окружающей среды соответствующими агентами и их источниками, а также контроль за соблюдением существующих нормативов.
Как в Советском Союзе, так и за рубежом уже давно поднимается вопрос о назревшей необходимости налаживания мониторинга химических канцерогенных веществ. В той или иной форме и объеме в ряде стран он уже производится.
Данные, получаемые в процессе наблюдения за степенью загрязненности окружающей среды химическими канцерогенными веществами, могут составить основу для определения канцерогенной нагрузки в соответствующих группах населения, т. е. для вычисления общего поступления в организм человека химических канцерогенных веществ из всех сред и источников. Эго особенно важно в отношении тех классов канцерогенных веществ, которые могут поступить в организм человека из различных сред и из разных источников, например для ПАУ, НС. Для БП в СССР уже делаются практические попытки произвести оценку его поступления в организм людей, проживающих в некоторых местностях.
Предполагается, что на основе изучения канцерогенных нагрузок на население и тенденций в их динамике можно будет прогнозировать сдвиги в онкологической заболеваемости и оказывать влияние на их направленность. По этому поводу следует отметить, что возможность установления канцерогенной нагрузки (понимая под этим суммарное поступление в организм канцерогена) является лишь вопросом техники и объема трудовых и материальных затрат. Каких-либо особых сложностей принципиального характера в этом деле не имеется, хотя практические трудности могут поставить под сомнение саму возможность учета канцерогенной нагрузки в объеме, достаточном для прогнозирования онкологической заболеваемости. Что же касается перехода от определения канцерогенной нагрузки к количественному прогнозированию уровня онкологической заболеваемости, то в этом вопросе имеется немало и принципиальных трудностей, которые хорошо видны из изложенного выше в этой и других главах. Можно лишь отметить, что в настоящее время еще невозможно ответить однозначно, преодолимы ли эти трудности вообще, т.е. возможно ли, исходя из суммарного количества канцерогена (или канцерогенов), поступившего в организм из разных источников, определить количественно бластомогенный эффект, учитывая влияние на него всех модифицирующих факторов.
При определении полной канцерогенной нагрузки, т. е. общей дозы канцерогенов, действующих на человека в данной местности, необходимо считаться с тем, что, во-первых, для человека могут представлять канцерогенную опасность как один и тот же канцероген из разных источников, так и разные канцерогены, поступающие в организм. Во-вторых, может представить опасность и канцероген, содержащийся в многочисленных продуктах в малых дозах, трудно поддающихся определению. Например, БП может содержаться почти во всех видах пищевых продуктов растительного и животного происхождения и в напитках. В некоторых случаях его даже трудно обнаружить аналитически. Еще труднее обстоит дело с НС, которые поступают в организм в значительной степени в виде их предшественников. Можно учесть, сколько поступает в организм предшественников, но невозможно предсказать, сколько из них синтезируется самих НС. Таким образом, при подсчете полной канцерогенной нагрузки, по-видимому, основная сложность проблемы связана с большой трудоемкостью задачи, хотя дело и не только в этом.
Для прогнозирования уровня онкологической заболеваемости необходимо учесть не только количество канцерогенов, поступающих в организм, но и их относительную канцерогенную активность, имея в виду то, что одна и га же доза канцерогена, поступающая из разных источников, может оказать различный онкогенный эффект (в силу разного характера комплекса веществ, поступающего вместе с ним). Кроме того, сам организм в зависимости от его состояния тоже может по-разному реагировать на одни и те же дозы.
По-видимому, будет правомерным сделать вывод, что в настоящее время проблема оценки канцерогенной нагрузки и прогнозирования по ней тенденций в онкологической заболеваемости еще требует дальнейшей теоретической и практической разработки.
В то же время мониторинг на определенной территории позволяет осуществлять надзор за источниками выброса канцерогенов. Это дает возможность определить мощность источников и оценить вклад каждого из них в общую загрязненность среды в данной местности. Такие наблюдения выявляют отклонения от существующих нормативов и являются основанием для разработки и внедрения в практику мероприятий по снижению выброса канцерогенов конкретными их источниками.
Таким образом, мониторинг является практическим средством профилактики загрязнения среды канцерогенными агентами. Если на канцерогены, подвергающиеся мониторингу, имеются и нормативы, то это придает и юридическую основу профилактическим мероприятиям. Выше упоминалось, что в СССР ведутся работы по мониторингу канцерогенных веществ, однако, по сути дела, одного только БП, рассматриваемого в качестве индикаторного соединения для всего класса ПАУ.
В связи с изложенным возникает вопрос о значимости мониторинга для одного лишь БП. По-видимому, для ответа на него уместно обратиться к истории.
Первоначально, в 40 —50-х годах текущего столетия, определение канцерогенных ПАУ в объектах окружающей среды производили как в нашей стране, так и в других странах с помощью флюоресцентно-спектрального анализа. В силу главным образом благоприятных для такого анализа спектральных свойств БП ограничивались определением только этого соединения. В дальнейшем определение ПАУ в объектах окружающей среды в западных странах стали производить с помощью абсорбционного спектрального анализа, при котором без существенного усложнения методики и без заметного увеличения трудоемкости можно было определять, наряду с БП, и многие другие ПАУ. По мере усовершенствования аналитической техники количество ПАУ, которые удавалось обнаруживать в объектах окружающей среды, все время увеличивалось.
В СССР в онкогигиенических исследованиях продолжали пользоваться флюоресцентно-спектральным анализом, который постоянно совершенствовался, сначала за счет использования квазилинейчатых спектров флюоресценции, а позже благодаря применению спектрофлюориметров с монохроматическим возбуждением люминесценции. Этот метод дает возможность определять не только БП, но и многие другие ПАУ. В ряде работ, перед которыми ставились соответствующие задачи, в сопоставимых продуктах с помощью флюоресцентно-спектрального анализа обнаруживали приблизительно такой же набор ПАУ, который, по литературным данным, находят в лабораториях западных стран с помощью применяемых там методов. Спектрально-флюоресцентные методы, применяемые в СССР, неоднократно успешно сопоставлялись с методами зарубежных лабораторий в международных кооперативных исследованиях.
Таким образом, применяемые в СССР флюоресцентно-спектральные методы в принципе дают возможность определять не только БП, но и другие ПАУ, однако трудоемкость такого анализа существенно возрастает, а сам анализ заметно усложняется по сравнению с определением одного лишь БП.
В Советском Союзе онкогигиенические исследования, в которых определяется БП, имеют ярко выраженную профилактическую направленность. В таких работах приобретают особую ценность методы, позволяющие в короткий срок производить анализы большого числа образцов. Поэтому в них, как правило, отдается предпочтение тем методикам, с помощью которых можно определять лишь один БП, производя при этом в короткий срок большое число анализов.
Правомочность такой постановки работы обосновывалась уже в монографии Л. М. Шабада и П. П. Дикуна (1959). В этой работе подытожен опыт практически первого не только в нашей стране, но и вообще в мире мониторинга БП в атмосферном воздухе населенных мест. В монографии изложены результаты изучения загрязненности атмосферы (по снеговым пробам) 20 городов и населенных мест Советского Союза. Изученные города и населенные пункты были разбросаны по всей территории страны — от Ленинграда и Макеевки до Иркутска и Ангарска. Они различались численностью населения, насыщенностью крупными и мелкими источниками выброса ПАУ. В работе, которая целиком основана на определениях одного лишь БП, были установлены и изучены многие закономерности, которые сохраняют силу и сейчас. Уже эти материалы являются свидетельством большого значения методов, в которых определяется только БП, в онкологических исследованиях.
Впоследствии к вопросу о значимости определений только БП возвращались неоднократно в разных работах. Особенно много обсуждался вопрос о возможности рассматривать БП в качестве индикаторного соединения для всей группы ПАУ [Ильницкий А. П., 1985]. По-видимому, следует признать правомерным существенное расхождение мнений по этому вопросу. Вероятно, в настоящее время строго обоснованного однозначного ответа на него не имеется. Для получения его следовало бы произвести подробные качественные и количественные анализы фракий ПАУ из продуктов самого различного происхождения (например, продукты сжигания разных видов топлива при разных режимах сгорания, продуктов пиролиза различных материалов при разных режимах и т. д.). Даже убедившись в том, что их состав полностью идентичен, еще нельзя было бы дать утвердительный ответ. Для этого еще потребовалось бы убедиться, что фракции ПАУ, содержащиеся во вторичных источниках, например в пищевых продуктах, в почве и т. д., куда они поступают из первичных источников, также имеют идентичный состав. Исчерпывающих данных таких исследований не имеется. Более того, существуют данные, хотя и не имеющие исчерпывающей доказательной силы, согласно которым состав фракции ПАУ, количественные соотношения между отдельными входящими в нее компонентами, зависят от характера источника, из которого происходит продукт. Были даже попытки по составу фракций ПАУ загрязнений атмосферы определять источник, из которого они происходят.
Таким образом, весьма вероятно, что БП нельзя считать индикаторным соединением в том смысле, что его содержание в данном продукте полностью характеризует качественный и количественный состав фракции ПАУ этого продукта. Тем более невозможно ожидать, что два продукта разного происхождения, имеющие одинаковое содержание БП, будут одинаковыми по качественному и количественному составу содержащихся в них фракций ПАУ. Особенно справедливо это для случая, когда сравниваемые продукты содержат ПАУ, поступившие в них из внешнего, пусть даже из одного и того же, источника.
Тем не менее, определение содержания даже одного БП имеет огромную теоретическую и особенно практическую значимость.
В мониторинге канцерогенов в окружающей человека среде, особенно в атмосферном воздухе, значение определения БП состоит прежде всего в том, что оно дает возможность установить количественную взаимосвязь между интегральной загрязненностью ПАУ в данной местности и источниками, из которых она создается. Тем самым такой мониторинг способен вооружить органы санитарного надзора оперативным средством выявления наиболее опасных источников этих агентов и установить контроль за их деятельностью. Это особенно важно для крупных городов с большим числом источников выброса в атмосферу канцерогенных ПАУ. При этом возможные погрешности, связанные с вероятным различием состава фракции ПАУ в выбросах в атмосферу из разных источников, отступают на второй план. Возможность оперативно оценить разные источники даже ориентировочно в этом деле имеет решающее значение.
Однако особенно высокую значимость приобретает определение БП при разработке и испытании технологических профилактических мероприятий, когда речь идет о целенаправленном изменении опасной в канцерогенном отношении технологии, разработке и внедрении в практику новых или модифицированных, с учетом поставленной цели — снижения канцерогенной опасности, процессов и агрегатов. Решение таких задач невозможно без проведения в сжатые сроки огромного количества анализов как на стадии теоретического обоснования предлагаемого технического решения, так и при его реализации. Здесь сокращение сроков и трудоемкости анализов приобретает решающее значение. Если речь идет о технологии, связанной с выделением ПАУ, то естественно ограничиться определением только БП. Изложенное положение проиллюстрируем примерами из практики.
Доказательство факта появления БП в мясных и рыбных пищевых продуктах вследствие технологической обработки их древесным дымом (копчение) побудило технологов, особенно в нашей стране, к интенсивному изучению этой проблемы и поискам путей ее решения. Эти поиски пошли по нескольким направлениям. Одно из них, казавшееся самым естественным и прямым, исходило из существовавших в то время представлений о механизмах и условиях образования ПАУ, согласно которым эти канцерогенные агенты образуются при температурах свыше 500-600 °С, а при более низких они не возникают. Естественным выходом из положения представлялась разработка дымогенераторов, производящих коптильный дым при температуре ниже 500 °С, и производить копчение с его помощью. Такие дымогенераторы были построены, однако первоначальные предположения оправдались лишь частично. Полного исключения появления БП в продукции достигнуть не удалось. В продукции, приготовленной с помощью дымогенераторов некоторых типов, содержание БП было почти таким же, как и при копчении дымом от костра из дров. Другое направление пошло более сложным путем. Во-первых, был произведен своеобразный мониторинг БП в продукции, подвергавшейся технологической обработке коптильным дымом, т. е. изучалось содержание БП в рыбе и колбасных изделиях, приготовленных на различных предприятиях по разной технологии. Исследуемую продукцию готовили также в лабораторных условиях. Выясняли взаимосвязь между содержанием БП в готовой продукции и характеристиками исходного сырья, готовой продукции и технологических факторов. Было установлено, что из числа технологических факторов решающую роль играют размеры кусков древесины, подаваемой в зону горения. Так, меньше всего БП содержалось в коптильном дыме и приготовленной продукции при сжигании опилок, больше всего — при сжигании чурок. Оказалось, что дымогенераторы, использующие чурки, щепу, стружку, иногда бывают так же опасны в отношении загрязнения продукции БП, как и традиционный костер из дров. Во-вторых, было произведено лабораторное исследование содержания БП в продуктах пиролиза древесины в зависимости от сырьевых и режимных факторов. В этих работах было установлено, что, кроме высокотемпературного процесса образования ПАУ, существует еще и низкотемпературный процесс их возникновения, отличающийся от первого своим механизмом. Результаты всех работ по этой проблеме привели к выводу, что радикальным средством предотвращения появления канцерогенных ПАУ и НС в копченой продукции является применение коптильных жидкостей вместо дыма.
Другим примером аналогичного рода является проблема сушки зерна при контакте его с продуктами сгорания топлива. В проведенном широком обследовании зерносушильного парка страны было установлено, что возможность появления БП в зерне зависит не только от наличия его в сушильном агенте, но и от способа сушки. Показано, что наибольшая вероятность загрязнения зерна наблюдается при сушке его в плотном слое, наименьшая — при сушке во взвешенном состоянии.
Приведенные примеры показывают, что определение БП может быть полезно в тех случаях, когда речь идет о сравнительном изучении потенциальной канцерогенной опасности однотипных объектов. Однако по таким данным вряд ли можно оценить абсолютную величину канцерогенного риска того или иного объекта. В обоснование этого вывода приведем следующий пример.
В работе G. Grimmer и соавт. (1983) показано, что канцерогенная активность конденсата автомобильных выбросов приблизительно на 84 — 91% определяется действием содержащейся в них фракции ПАУ (которая составляет 3,5% от массы всего конденсата). Между тем присутствующий в ней БП определяет только 6 — 7,4% общей канцерогенности конденсата. Можно привести и другие экспериментальные примеры, в которых канцерогенная активность сложных продуктов значительно превосходила бластомогенный эффект входившего в его состав БП.
Вопрос о значимости определения БП недавно подвергся подробному анализу в работе А. П. Ильницкого. Трудно не согласиться с его заключением: «... нельзя необоснованно расширять истолкование информации, получаемой при определении БП, но в то же время не оправдан и отказ от преимуществ, которые она дает».
Вероятно, и в дальнейшем при мониторинге ПАУ в атмосферном воздухе населенных мест и производственных помещений следует считать допустимым ограничение определением только БП, особенно если эти исследования связаны с выполнением контрольных функций или проведением технологических профилактических мероприятий. В особых случаях при решении исследовательских задач целесообразно, естественно, проведение подробных анализов с определением максимального количества ПАУ.
С развитием системы мониторинга, вероятно, произойдет дифференцировка индикаторных показателей для различных сред и объектов. Для мониторинга канцерогенов в атмосферном воздухе в ближайшей перспективе, по-видимому, достаточно будет определений одного БП как представителя класса ПАУ. В городах и местностях, в которых располагаются некоторые специфические предприятия, кроме этого показателя, потребуется также определение летучих НС. Их определение, по-видимому, целесообразно производить также в атмосферном воздухе производственных помещений некоторых типов предприятий.
Для воды и почвы, по-видимому, недостаточно мониторинга только ПАУ (или БП). Для этих сред уже сейчас назрела необходимость разработки методов определения канцерогенных металлосоединений и нитрозирующих предшественников НС.
Кроме указанных сред, целесообразно также проведение мониторинга канцерогенов в отдельных видах и классах продуктов. Можно считать, что в известной мере, хотя и не систематически, уже производится мониторинг БП и НС в ряде видов пищевых продуктов. При этом в качестве индикаторного соединения для летучих НС, по мнению некоторых специалистов, целесообразно использовать НДМА. Имеются и другие группы объектов, в которых целесообразно производить мониторинг канцерогенов, причем не только из классов ПАУ или НС. Для удобрений, например, целесообразно контролировать и регламентировать канцерогенные металлосоединения и нитрозирующие предшественники НС.
Для развертывания мониторинга химических канцерогенных веществ в окружающей среде необходима организация постоянно действующей сети пунктов по отбору проб для определения в них канцерогенных агентов и системы лабораторий для их анализа, работающих по единой, унифицированной методике. Это требует больших трудовых и материальных затрат. Дело в том, что, во-первых, в настоящее время уже известно довольно много химических канцерогенных соединений, достаточно широко распространенных в окружающей среде, причем в разных ее сферах, в отношении которых желательно организовать систему мониторинга. Это возможно лишь при выполнении большого объема работы. Во-вторых, химические канцерогенные соединения присутствуют в объектах окружающей среды, как правило, лишь в виде примесей в незначительных концентрациях, не поддающихся определению обычными простыми химическими методами. Их определяют с помощью современных сложных методов, использующих, как правило, дорогостоящие, нередко уникальные приборы. Такими приборами располагают лишь немногие лаборатории научно-исследовательских учреждений. Для широкого мониторинга химических канцерогенов потребовалось бы создание новых лабораторий, оснащенных дорогостоящим оборудованием.
Следует также отметить, что и методы определения большинства химических канцерогенов длительны, трудоемки и могут применяться лишь специалистами высокой квалификации.