Гигиеническая регламентация выделения вредных веществ - токсикология полимерных материалов

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Для предотвращения неблагоприятного влияния вредных химических, физических или биологических факторов на организм человека необходимы научно обоснованные законодательные мероприятия. В пашей стране эти мероприятия осуществляются в порядке проведения государственного санитарного надзора и регулируются официальными гигиеническими нормативами, инструкциями, санитарными правилами и т. д. Гигиеническая регламентация использования полимерных материалов и изделий из них определяется совокупностью профилактических мероприятий, имеющих разнообразное законодательное применение и базирующихся на оценке возможного воздействия полимерных материалов на здоровье человека.
Гигиеническая регламентация помимо токсикологического включает также социальные, культурные, экономические аспекты. Охрана здоровья при этом стоит на первом месте. Важным аспектом гигиенической регламентации является технологическая осуществимость и возможность достижения на практике установленного гигиенического регламента (норматива), а также стоимость его достижения. Основная задача гигиенической регламентации применения полимерных материалов — обеспечить безопасные уровни их воздействия, не представляющие риска для здоровья населения и не ухудшающие санитарные условия жизни.
Принципы гигиенической регламентации в разных странах имеют существенные отличия, что порождает нередко неоднозначные решения по одним и тем же вопросам.
За рубежом выпускают списки веществ, допущенных к введению в «пищевые» марки ПМ, и устанавливают допустимые пределы содержания их. Ответственность за соблюдение этих требований несет фирма-изготовитель.
По итальянскому законодательству для применения в контакте с пищевыми продуктами допускаются ПМ, масса сухого остатка вытяжек из которых превышает контроль не более чем на 0,06 мг с 1 см2 или 50 мг/л вытяжки при исследовании емкостей вместимостью более 250 мл. В ФРГ рассчитывается контаминация по массе сухого остатка вытяжек на уровне 0,2—0,3 % к массе изделия. В США допустимое среднее содержанием суммы веществ, мигрирующих в продукты питания из резин,— 1 мг/л, что соответствует требованиям, принятым в ФРГ.
В ГДР регламентируется содержание отдельных ингредиентов в каучуках и резинах, а также полициклических ароматических углеводородов, изоцианатов, формальдегида и других веществ в экстрактах из резин. В Италии для контакта с пищевыми продуктами разрешены только синтетические каучуки. В резинах регламентируется лишь количество первичных аминов до 0,05 %. Нормируется также в красителях для резин содержание тяжелых металлов и мышьяка (РЬ — 0,01%, As — 0,005 %, Cd — 0,2%, Ва —0,01 %).
За рубежом для окраски ПМ допускаются многие красители, в том числе бензидиновые, розанилиновые, толидиновые и другие, при условии отсутствия миграции, которая определяется обычной смываемостью красителей.

Рис. 5. Три подхода при гигиенической регламентации применения полимерных материалов

Приняты следующие принципы гигиенической регламентации применил ПМ в контакте с пищевыми продуктами: необходимо выяснить, какое вещество или вещества действительно мигрируют в пищевые продукты, установить количество мигрирующих веществ (в среднем и в экстремальном случае) в дневной порции пищи, получить токсикологическую характеристику каждого мигрирующего вещества. При этом делается ряд допущений: количество вещества, мигрирующего в пищевой продукт при нормальных условиях, аналогично тому, что переходит в опытах в модельные среды- все образцы ПМ, в которые входит данный компонент, на практике действительно его содержат- компонент входит в полимерных материалах в максимально разрешенном количестве- пищевой продукт всегда упакован (содержится) в тот же самый тип упаковки. Эти предположения способствуют определению содержания мигрирующих веществ в пищевых продуктах выше, чем это происходит на самом деле, что обеспечивает необходимый дополнительный запас к допустимому количеству миграции, установленному официально.
Американское управление по пищевым продуктам и лекарствам (FDA) на основании токсикологических исследований составляет списки разрешенных полимерных материалов, которые (списки) расширяются и дополняются по мере накопления данных. Требования FDA выше, чем в Европейских странах. Согласно им также необходимо при представлении полимерных материалов на исследование полное раскрытие его рецептуры, торговых и фирменных названий. При этом, если хоть один компонент ПМ не включен в список FDA, исследования не проводят, а вещество заменяется (или изучается).
В настоящее время можно выделить три подхода при гигиенической регламентации применения полимерных материалов с учетом их токсичности и опасности для здоровья человека (рис. 5).
Первый и исторически более ранний прием установления гигиенической оценки нового синтетического материала заключается в проведении токсикологических исследований каждой новой
марки пластмассы. При этом изучают токсичность газовоздушной смеси в целом, если речь идет о строительных полимерных материалов, или токсичность водных вытяжек из пластмасс, применяемых в водоснабжении или пищевой промышленности. Преимущество такого подхода — необязательность проведения санитарно-химических исследований, что особенно проявилось на первом этапе развития гигиены применения полимеров, когда возможности санитарной химии были ограничены отсутствием подходящих методов определения ингредиентов пластмасс. Такой подход к изучению новых пластмасс не позволял справиться с задачами санитарной экспертизы в условиях интенсивного развития промышленности ПМ, тормозил осуществление поисковых работ и скрининга наиболее приемлемых с гигиенической точки зрения материалов.
Существенным недостатком токсикологического изучения комплексов летучих веществ или вытяжек является невозможность переноса результатов на другие близкие по составу материалы, полученные по иной технологии или с незначительно измененной рецептурой. В этом случае стратегия исследований сводится к простому перебору вариантов, в то время как необходим эвристический подход, экономящий силы, средства и время исследователей. Однако все сказанное не означает, что сегодня отпала необходимость в токсикологическом изучении материалов. Такие исследования будут проводиться и впредь, но при наличии необходимых и достаточных предпосылок.
Прогресс, который наблюдается в области аналитической химии, в последние годы позволил в ряде случаев расшифровать сложный комплекс химических веществ, выделяющихся из полимерных материалов в воздушную среду или жидкие среды. Санитарная химия постепенно стала методом повседневного контроля гигиенических свойств пластмасс. Это обстоятельство и создало предпосылки возникновения второго подхода при гигиенической регламентации применения полимерных материалов. Речь идет о допустимых уровнях (или количествах) миграции. Имеющийся в нашей стране богатый опыт экспериментального изучения загрязнений промышленного и коммунальнобытового происхождения, ориентированный на установление безвредных (подпороговых) концентраций и уровней вредных веществ, создал предпосылки для научного обоснования новых гигиенических нормативов — ДУ и ДКМ вредных веществ из полимерных материалов в воздух, воду и пищевые продукты (табл. 20). Гигиеническое нормирование является крупнейшим достижением советской гигиенической науки.
Сущность данного подхода заключается в том, что гигиенист-экспериментатор помещает новый материал (или изделие из него) в модельные условия, соответствующие таковым при его дальнейшей эксплуатации.
Таблица 20. Гигиенические регламенты миграции компонентов полимерных материалов

Продолжение табл. 20

Продолжение табл. 20

Примечание, н/к — не контролируется- н/о — не должно обнаруживаться.

В этих условиях (при необходимом повторении опытов) получают данные, характеризующие миграцию (в воздух или жидкие среды), которые можно сравнить с допустимыми (т. е. безопасными для здоровья) уровнями.
Преимущества второго подхода по сравнению с первым заключаются в выигрыше времени и, следовательно, возможности оценить большее количество новых материалов. С помощью санитарной химии можно вести скрининг и поиск новых полимерных материалов. Инструментальные методы анализа постоянно расширяют возможности гигиены и сегодня уже целому ряду ПМ можно дать полную санитарно-химическую характеристику.
Тем не менее решение вопроса о том, достаточно ли результатов химических исследований для положительной гигиенической оценки ПМ, всегда сложно и под силу только опытным гигиенистам, имеющим возможность сравнивать данные изучения десятков близких по составу композиций на основе одного и того же материала.
В законодательствах ряда стран в настоящее время регламентируется содержание компонентов в готовом ПМ, что якобы гарантирует безвредность последнего в случае контакта с водой или пищевыми продуктами. Такой подход к исследованию освобождает санитарную службу от последующего контроля качества пластмассы, если при ее производстве соблюдены соответствующие гигиенические рекомендации. Однако, по нашему мнению, для реализации подобного подхода сегодня очень мало возможностей, поскольку такая рекомендация нуждается в строгом экспериментальном обосновании, чтобы, с одной стороны, не нанести вред здоровью населения, а с другой — не выдвигать перед промышленностью неоправданно высокие требования. Не следует также забывать, что гигиеническая стандартизация предусматривает использование не загрязненного токсичными примесями сырья.
Третий подход к решению проблемы гигиенической регламентации применения полимерных материалов был предложен около 20 лет тому назад и имел целью осуществить гигиеническую стандартизацию ПМ, в частности, создание «пищевых» (для контакта с пищевыми продуктами) марок пластмасс. При этом имелось в виду ограничение содержания некоторых компонентов в рецептуре пластмасс, а также контроль за этими ограничениями путем их внесения в ГОСТ, МРТУ, ТУ и другие документы.
Гигиеническая стандартизация ПМ в настоящее время является высшей формой внедрения в практику санитарных нормативов и требований на стадии изготовления продукции с целью обеспечения охраны здоровья населения и безопасности труда работающих. С. Л. Данишевский (1966) считал разработку оснований для гигиенической стандартизации важной задачей токико-гигиенических исследований пластмасс. Автор указывает на необходимость дополнения стандартов или технических условий, содержащих технико-экономические показатели, требованиями, ограничивающими или исключающими наличие в полимерных материалах незаполимеризовавшихся мономеров и других низкомолекулярных токсичных примесей, способных мигрировать из полимерных материалов в окружающую среду. Гигиеническая стандартизация должна касаться не только химических веществ, определяющих токсичность ПМ, но и любых неядовитых компонентов, которые могут придать контактирующим средам необычный запах, вкус, цвет.
Как отмечают Б. Ю. Калинин и соавторы (1980), использование в гигиене применения полимерных материалов гигиенических нормативов (ДУ и ДКМ) не только не исключает потребности в гигиенической стандартизации полимерных материалов, а наоборот, подчеркивает необходимость всемерного расширения исследований в этом направлении. Большое значение имеет стандартизация добавок, ограниченное введение
которых в строго определенном количестве не приводит к миграции их в окружающую среду в значимых для здоровья количествах.
С целью гигиенической стандартизации полимерных материалов в раздел «Технические требования» ТУ и ОСТ вносятся сведения о наличии вредных компонентов в полимерных материалах и их максимальное содержание. При этом следует выяснить возможность присутствия вредных компонентов, которые не имеют технологического значения и поэтому могут не указываться в ТУ и ОСТ на ПМ (присутствие незаполимеризовавшихся мономеров и низкомолекулярных добавок).
Важным условием гарантии высоких гигиенических свойств новых полимерных материалов является введение контроля за этими материалами (методами санитарной химии) непосредственно на заводах-изготовителях. Для последних разработан специальный ГОСТ 22648— 77 «Пластмассы. Методы определения гигиенических показателей» и введены соответствующие разделы по определению гигиенических показателей в ряд других ГОСТов.
Разработанный и принятый в нашей стране порядок осуществления токсиколого-гигиенической оценки новых полимерных материалов основывается на следующих положениях:

1. Компоненты ПМ, которые не мигрируют в окружающую среду, не представляют потенциальной опасности для здоровья.
2. Необходимо стремиться установить, какие компоненты мигрируют из полимерных материалов — продукты разложения, взаимодействия или неизмененное вещество (компонент).
3. Выделяющиеся из полимерных материалов химические вещества представляют опасность лишь тогда, когда это подтверждено результатами токсикологического исследования или эпидемиологическими наблюдениями. Если токсичность вещества не доказана, его следует считать неопасным.
4. Моделирование условий санитарно-химических и токсикологических исследований полимерных материалов должно быть ориентировано на наиболее жесткие условия эксплуатации.
5. Предполагается, что миграция компонентов полимерных материалов, обнаруженная в моделированных условиях, соответствует реальной миграции из полимерных материалов в условиях эксплуатации изделий.
6. Объем санитарно-токсикологических исследований должен быть пропорционален масштабам и длительности производства ПМ, размерам возможного загрязнения им среды обитания человека, степени биологической активности.

Важным критерием допустимости использования полимерных материалов и изделий из них является изменение органолептических свойств контактирующих с ними сред. Известно, что некоторые химические вещества, выделяющиеся из полимерных материалов, могут изменять органолептические свойства воздуха, воды и пищевых продуктов и вызвать несвойственные для них ощущения вкуса и запаха.
Органолептические и санитарно-химические исследования полимерных материалов
должны проводиться в моделируемых условиях в соответствии с методическими указаниями и инструкциями, утвержденными МЗ СССР. Ответственность за выполнение гигиенических требований и регламентов, предъявляемых к ПМ и изделиям из них, возлагается на предприятия, выпускающие эти материалы.
Для решения вопроса о возможности использования полимерных материалов по назначению необходимо регламентировать выделение из него мономеров и добавок. Этим целям служат гигиенические нормативы — ДУ и ДКМ, являющиеся количественными критериями для осуществления предупредительного сан-надзора использованием ПМ и изделий из них.
При осуществлении токсико-гигиенической регламентации новых химических веществ, в том числе компонентов полимерных материалов, первоочередной задачей является установление параметров токсичности в острых, подострых и хронических опытах, а также механизма токсического действия и метаболизма. После этого изучаются отдаленные последствия, включая влияние на репродуктивную функцию, канцерогенез, аллергенные свойства химических веществ. ДУ и ДКМ определяют, как правило, в результате проведения хронического опыта, в котором выявляется пороговая или подпороговая доза.
Гигиенические регламенты, по мнению Ю. С. Кагана (1981), должны устанавливаться в три этапа:

1. й         этап — обоснование расчетных ПДК (ДУ или ДКМ) на основании физических и химических констант веществ, результатов кратковременных опытов, имеющихся гигиенических нормативов в разных средах;
2. й         этап — выполнение исследований по полной схеме с установлением порогов хронического действия и изучением отдаленных эффектов;
3. й          этап — изучение реальных уровней загрязнения среды (миграции компонентов полимерных материалов), проведение клинико-гигиенических параллелей с корректировкой гигиенических нормативов.

Исследование общетоксического действия является обязательным для гигиенической регламентации применения веществ и материалов. Другие, указанные выше, эффекты исследуют выборочно, при наличии достаточного научного обоснования. Поэтому важен квалифицированный тщательный отбор препаратов для последующих углубленных исследований.
Общие принципы токсикометрии используются также при токсико-гигиенической регламентации применения полимерных материалов и их компонентов.
Как отмечалось выше, хронические эксперименты в токсикологии полимерных материалов применяются для оценки токсичности комплекса летучих веществ, выделяющихся из строительных полимерных материалов, и вытяжек из полимерных материалов, используемых в водоснабжении или в контакте с продуктами
питания. С помощью хронических экспериментов устанавливают гигиенические нормативы — допустимые уровни или количества миграции вредных веществ из полимерных материалов. ДУ и ДКМ, как правило, определяют путем деления пороговых или подпороговых доз или концентраций, установленных в хроническом опыте, на коэффициент запаса (когда токсичность является лимитирующим признаком). В. О. Шефтель и Ю. С. Каган (1986) разработали этапную схему экспериментальных токсикологических исследований по гигиеническому нормированию химических загрязнителей окружающей среды, построенную с, учетом принципа комплексного нормирования.
При невозможности полной расшифровки всего комплекса веществ, мигрирующих из полимерных материалов в жидкие среды, изучается токсичность вытяжек. В. В. Станкевич и соавторы (1980) считают необходимым токсичность вытяжек исследовать при разработке новых типов полимерных материалов, недостаточно полно изученных в токсикологическом отношении- введении новых ингредиентов в ранее разрешенные полимерные материалы- изменении технологии получения полимерных материалов- образовании в процессе синтеза и переработки ПМ новых химических соединений.
В соответствии с принципом этапности токсикологическому исследованию подвергаются вытяжки из полимерных материалов, которые не изменяют органолептические свойства контактирующих с ними жидких сред и не выделяют в них ингредиенты своей структуры в концентрациях, превышающих установленные ДУ или ДКМ (В. О. Шефтель, 1976). В противном случае такие ПМ получили бы отрицательную гигиеническую оценку и не подвергались бы токсикологическому изучению.
Токсичность вытяжек из полимерных материалов, применяемых в контакте с пищевыми продуктами, изучается в хроническом опыте длительностью 10—12 мес, если до окончания этого срока у подопытных животных не появятся признаки интоксикации. В последнем случае эксперимент прекращают ввиду досрочного решения вопроса о токсичности изучаемого материала.
В задачи хронического эксперимента, предпринятого для обоснованиях ДУ или ДКМ, входит исследование зависимости доза — эффект, установление пороговой дозы и выяснение механизма действия вещества.
Как считает Г. Н. Красовский (1981), в области гигиены воды при создании схем ускоренного гигиенического регламентирования необходимо ориентироваться не на ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия), а на разработку методов, которые в более сжатые сроки позволяют получить обоснованные регламенты для включения в водно-санитарное законодательство. Решение этого вопроса применительно к совершенствованию методической схемы установления допустимых уровней миграции химических веществ из пластмасс в воду заключается в сочетании
ускоренных методов прогнозирования параметров токсичности с традиционным экспериментальным обоснованием пороговых доз по органолептическому показателю вредности.
В практике государственного санитарного надзора для оценки опасности загрязнения воды или воздуха мигрирующими из полимерных материалов химическими веществами, для которых не установлены ДУ, обычно используют утвержденные ПДК в атмосферном воздухе или воде водоемов. Что касается ПМ, используемых в водоснабжении, то такой подход в ряде случаев предполагает применение заведомо заниженных нормативов (поскольку ДУ не всегда равен ПДК), что сопряжено с неоправданными экономическими потерями. При обосновании ДУ влияние вещества на санитарный режим водоемов не учитывается. Например, ПДК цинка в воде водных объектов установлена по действию на санитарный режим водоемов на уровне 1 мг/л, а ДУ миграции и ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая» ориентированы на величину 5 мг/л (санитарнотоксикологический показатель вредности).
С помощью санитарно-химических исследований полимерных материалов, применяемых в водоснабжении, установлено, что миграция вредных веществ из них в воду происходит в убывающем режиме, т. е. интенсивность миграции со временем уменьшается, и в значительном числе случаев примерно через полгода, а иногда значительно раньше, обусловленное ПМ загрязнение воды практически не наблюдается. При длительной миграции (более 6 мес), что бывает редко и устанавливается еще на стадии санитарно-химических исследований, ПМ не допускаются для использования в контакте с питьевой водой.
Таким образом, при обосновании ДУ миграции необходимо учитывать кратковременность вредного действия, не сравнимого по продолжительности с практически постоянным загрязнением окружающей среды промышленностью, для оценки которого созданы ПДК. Проблема оценки убывающего во времени по интенсивности загрязнения среды касается не только применения полимерных материалов, но и других разделов гигиены окружающей среды, когда наблюдаются эпизодические случаи загрязнения (если последующие загрязнения маловероятны или повторяются через весьма продолжительные отрезки времени).
Методическая схема научного обоснования ДУ миграции вредных веществ из полимерных материалов в воду имеет следующие отличия от методической схемы обоснования ПДК.

Рис. 6. Методическая схема этапною обоснования ДУ миграции химических веществ из полимерных материалов в воду:
ПК — пороговая концентрация по влиянию на органолептические свойства воды- н/к— миграция не контролируется- ПД — пороговая доза- ОДУ — ориентировочный допустимый уровень воздействия

При обосновании ДУ миграции используют только два показателя вредности — органолептический и санитарно-токсикологический, учитывают кратковременный период миграции компонентов полимерных материалов в воду, а также масштабы использования полимерных материалов, из которого мигрирует тот или иной компонент. ДУ миграции не устанавливают, если величина реальной миграции значительно (не менее чем на два порядка) ниже возможного уровня неблагоприятного действия вещества на качество воды (в этом случае миграция вещества не контролируется) или если по технико-экономическим соображениям невыгодно добиваться безопасного уровня миграции химического вещества из полимерных материалов в воду. В этом случае вещество запрещают для использования при изготовлении изделий, контактирующих с питьевой водой.
Согласно методической схеме с учетом степени опасности (Г. Н. Красовский и соавт., 1978), обоснование ДУ миграции проводится в три последовательных взаимосвязанных этапа (В. О. Шефтель, А. В. Крат, 1984- рис. 6). На первом этапе исследований определяются пороговые концентрации вещества по влиянию на органолептические свойства воды и ставится острый опыт для определения ЛД50 и ЕТ50 с последующим расчетом показателей, позволяющих установить класс опасности вещества. Одновременно на основании анализа структуры вещества и литературных данных о веществе и его аналогах оценивают вероятность возникновения отдаленных эффектов. Для веществ, относящихся к 4 классу опасности и не имеющих структурных аналогов, обладающих отдаленными эффектами, исследования могут быть закончены на этом этапе обоснованием ДУ миграции по результатам острого опыта с помощью комплекса апробированных расчетных методов.
Полученный на данном этапе норматив может быть предложен в качестве ориентировочного допустимого уровня воздействия, если вещество имеет достаточно широкие перспективы применения. В то же время для некоторых ингредиентов полимерных материалов, относящихся к 1—3-му классам опасности, но имеющих более узкую сферу применения, уже на первом этапе может быть обоснован ОДУ с помощью расчетных методов. В остальных случаях на втором этапе определяют пороговые и подпороговые дозы по общетоксическому действию в трехмесячном эксперименте, а также при необходимости изучают кожно-резорбтивное действие и отдаленные эффекты. Кожно-резорбтивное, эмбриотоксическое, гонадотоксическое, тератогенное и аллергенное действие исследуют в полном объеме. Мутагенные и канцерогенные эффекты изучают с помощью экспресс-методов. При отрицательных результатах изучения мутагенной и канцерогенной активности вещества ДУ миграции на. втором этапе должен быть обоснован с учетом величин подпороговых доз по наиболее чувствительному показателю. При получении положительных данных на третьем этапе изучают мутагенное и канцерогенное действие в полном объеме с целью установления пороговых доз указанных эффектов.
При выявлении пороговых доз на таких низких уровнях, соблюдение которых в практике эксплуатации изделий из полимерных материалов является труднодостижимым или экономически невыгодным, использование вещества в рецептуре пластмассы не допускается. Такое решение может быть принято на втором или третьем этапе исследования.
Принципы и методы токсиколого-гигиенической регламентации строительных полимерных материалов базируются на опыте коммунальной токсикологии, в частности токсикологического изучения и гигиенического нормирования атмосферных загрязнителей. Первый подход предусматривает изучение токсичности газовоздушной среды — комплекса летучих веществ, выделяющихся из строительных полимерных материалов, и научное обоснование возможности использования их в строительстве жилых и общественных зданий с учетом полученных данных.
Для исследования токсичности летучих веществ используют специальную установку, разработанную А. Н. Боковым (1968). Она состоит из камеры-генератора, куда помещается изучаемый образец ПМ, системы, обеспечивающей подачу газовоздушной смеси из камеры-генератора в затравочную камеру, где находятся экспериментальные животные.
При постановке эксперимента соблюдаются условия моделирования, отражающие реальные условия эксплуатации полимерных материалов. Как правило, производится однократный воздухообмен в камере-генераторе, предусматривается определенная насыщенность строительного ПМ с учетом его проектно-конструкторского назначения, учитывается максимальный темпе