Проведение исследований по изучению эффектов сочетанного действия химических веществ с физическими факторами (шум, вибрация, повышенная температура) с целью гигиенической оценки производственной среды. Методические рекомендации
(утв. Минздравом СССР 03.04.1985 № 3242-85)
3 апреля 1985 г. № 3242-85
ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ЭФФЕКТОВ СОЧЕТАННОГО ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ФИЗИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ (ШУМ, ВИБРАЦИЯ, ПОВЫШЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА) С ЦЕЛЬЮ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ
Организации-исполнители: НИИГТиПЗ АМН СССР, г. Москва; ВНИИ железнодорожной гигиены Главсанупра МПС, г. Москва; Свердловский НИИГТиПЗ Минздрава РСФСР; Киевский НИИГТиПЗ Минздрава УССР; Уфимский НИИГиПЗ Минздрава РСФСР; Азербайджанский НИИГТиПЗ Минздрава Азерб. ССР; ВНИИГИНТОКС, г. Киев; Азербайджанский медицинский институт; Воронежский медицинский институт; Днепропетровский медицинский институт.
I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для научно-исследовательских институтов, гигиенических кафедр медицинских институтов, лабораторий санитарно-эпидемиологических станций и лабораторий других ведомств, занимающихся изучением сочетанного действия химических веществ и физических факторов на здоровье работающих.
Методические рекомендации разработаны в дополнение к существующим «Методическим указаниям к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны» № 2163-80, М., 1980.
Поскольку в реальных производственных условиях наиболее часто встречающимся является совместное действие на организм работающих токсических веществ и таких физических факторов, как шум, вибрация и повышенная температура воздуха, настоящие Рекомендации распространяются на эти виды сочетаний, однако они могут быть полезны и при изучении сочетанных воздействий химических веществ с другими факторами.
1.2. Цель настоящих Рекомендаций — получение сопоставимых гигиенических, клинико-физиологических и экспериментальных материалов для дальнейшей разработки единых подходов к гигиеническому регламентированию сочетанных воздействий химических веществ с шумом, вибрацией или повышенной температурой окружающей среды. Основными задачами при этом являются изучение типов и закономерностей сочетанного действия, определение безопасных уровней факторов при их совместном воздействии, а также разработка соответствующих профилактических мероприятий.
II. РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор конкретных сочетаний химических веществ и физических факторов определяется наличием их в реальных производственных условиях. Не менее важным является исследование сочетания хорошо изученных представителей отдельных классов химических веществ с шумом, вибрацией или повышенной температурой воздуха для выявления общих закономерностей их совместного действия.
2.2. Наиболее распространенной и апробированной экспериментальной моделью при изучении сочетанного действия на организм токсических веществ с шумом, вибрацией или повышенной температурой является крыса, для которой в каждом конкретном случае должны быть учтены видовые особенности реагирования на изучаемые факторы. В зависимости от задач исследований могут быть использованы и другие биологические модели.
2.3. Способ введения химического вещества в организм должен соответствовать реальным условиям его поступления на производстве; как правило, это ингаляционный и кожный пути поступления.
2.4. Требования к качеству лабораторных животных, их содержанию, затравочной технике и контролю концентраций отражены в «Методических указаниях к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны» № 2163-80. Контроль за уровнем шума и вибрации вибростенда осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 23941-79 (СТ СЭВ 541-77) и ГОСТ 12.1.034-81 (СТ СЭВ 1931-79). Уровни шума оцениваются в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.003-83. Показатели микроклимата оцениваются по ГОСТ 12.1.005-76.
2.5. Рекомендуется одновременное воздействие химических веществ с шумом, вибрацией или повышенной температурой.
Одновременное воздействие шума и токсических веществ осуществляется в камерах динамического режима, в потолок которых вмонтированы динамики, воспроизводящие шум необходимого частотного спектра и уровня звукового давления от генератора шума.
Одновременное воздействие общей вибрации и токсических веществ осуществляется в ингаляционных камерах жесткой конструкции с ячейками для каждого животного, установленных на вибростенде.
Сочетанное действие химических веществ и повышенной температуры воздуха также моделируется в ингаляционных камерах, в которых создается нагревающий микроклимат.
2.6. Планирование эксперимента целесообразно осуществлять по типу дисперсионного комплекса, при организации которого необходимо соблюдать следующие условия:
-
случайное распределение животных по группам (под группой подразумевается совокупность животных, подвергающихся одному и тому же воздействию);
-
количество животных в группах должно быть не менее 10, желательно, чтобы оно было одинаковым во всех группах (равномерный комплекс);
-
все группы должны подвергаться одновременному воздействию изучаемых факторов и обследованию в одни и те же сроки с учетом сезонных и суточных биоритмов, характерных для выбранного вида животных;
-
уровни одного фактора должны быть одинаковыми при разных уровнях других факторов.
2.7. Комплекс может быть многофакторным и иметь несколько уровней каждого из факторов, но как минимум он содержит сочетание двух факторов — химического (A) и физического (B) при двух уровнях каждого из них (минимальный комплекс), согласно схеме (табл. 1).
| A 1 | A 2 | ||
| B 1 | B 2 | B 1 | B 2 |
| A B — 1 1 контрольная группа | A B — группа 1 2 изолир. воздейст. физич. фактора | A B — группа 2 1 изолир. воздейст. химич. фактора | A B — группа 2 2 совместного действия физ. и хим. факторов |
2.8. Рекомендуемые уровни воздействия факторов для построения минимального комплекса в подостром и хроническом экспериментах представлены в табл. 2.
| Наименование факторов | Подострый эксперимент | Хронический экспер. | ||
| 1 | 2 | 1 | 2 | |
| Химический | A = 0 | A = 10 Lim chr | A = 0 | A = 1 — 3 |
| (A) | 1 | 2 | 1 | 2 Lim chr |
| Шум, | B — контроль- | B — на 10 дБ | B — контр. | B = ПДУ <*> |
| вибрация (B) | 1 ный уровень | 2 выше ПДУ | 1 уровень | 2 |
| Температура | B — контроль- | B — 34 +/- 2 °C | B — контр. | B = 28 — 30 °C |
| воздуха (B) | 1 ный уровень | 2 при относ. влажности 30 — 60% | 1 уровень | 2 при относ. влажности 30 — 60% |
<*> Принятые в настоящее время предельно допустимые уровни шума и вибрации являются биологически эффективными для экспериментальных животных.
Рекомендуется начинать исследования с подострого эксперимента продолжительностью 1,5 месяца с экспозицией 5 дней в неделю по 4 часа в день и обследованием животных через 1, 2, 4 и 6 недель от начала воздействия и через 2 недели по его окончании. Основная цель подострого эксперимента заключается в получении информации о показателях, изменяющихся при изолированном и сочетанном действии факторов, которая является основой для определения характера взаимодействия изучаемых факторов (раздел 4).
Проведение хронического эксперимента при более низких уровнях химического и физического факторов (табл. 2) рекомендуется в том случае, когда в подостром эксперименте обнаружено усиление эффектов при сочетанном действии факторов по сравнению с изолированным. При этом набор показателей (см. 2.9) можно ограничить теми, по которым наблюдался эффект в подостром эксперименте. Продолжительность хронического эксперимента 4 месяца с экспозицией 5 дней в неделю по 4 часа в день и обследованием животных через 1, 2, 4 недели и далее ежемесячно от начала воздействия, а также через 1 месяц восстановительного периода. Если в задачу исследования входит оценка отдаленных последствий, то дополнительные сроки обследования могут быть взяты из соответствующих методических рекомендаций (см. 2.10). Главной целью хронического эксперимента является поиск таких сочетаний уровней факторов, при которых отсутствует эффект усиления.
2.9. Методический комплекс для выявления эффектов сочетанного действия включает использование интегральных и специфических показателей, адекватных действию исследуемого химического вещества и физического фактора. Особое внимание следует обращать на состояние центральной нервной, нейро-эндокринной и сердечно-сосудистой систем, как наиболее чувствительных к действию большинства химических и физических факторов. Целесообразно использовать при этом следующие методические рекомендации: «Принципы и методы оценки действия вредных веществ на сердечно-сосудистую систему с целью гигиенического нормирования» № 1969-79, М., 1979; «Использование поведенческих реакций в токсикологических исследованиях для целей гигиенического нормирования» № 2166-80, Киев, 1980. Рекомендуется широкое использование функциональных и экстремальных нагрузок на различные системы организма.
2.10. Целесообразно оценивать отдаленные эффекты сочетанного действия (генетические, бластомогенные, ускоренное старение, нарушение генеративной функции и др.) лишь в том случае, если имеются сведения о развитии их при изолированном действии любого из изучаемых факторов. При этом могут быть использованы следующие методические рекомендации и указания: «Методические рекомендации по экспериментальному обоснованию химических бластомогенов» и «Методические рекомендации по оценке отдаленных последствий влияния химических соединений на сердечно-сосудистую систему в эксперименте с целью гигиенического нормирования» (Проблемы промышленной токсикологии. СЭВ, Москва, 1982); «Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования» № 1744-77, М., 1977.
2.11. В случае необходимости изучения сочетанного действия физического фактора и нового (неизученного) химического соединения, последнее должно быть предварительно исследовано по полной токсикологической схеме на основе «Методических указаний к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны», № 2163-80, М., 1980.
III. РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОВЕДЕНИЮ ГИГИЕНИЧЕСКИХ И КЛИНИКО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Для проведения исследований следует выбирать промышленные объекты, на которых:
- исследуемые химические и физические факторы действуют на организм как совместно, так и изолированно;
- имеются различные градации факторов — на уровнях ПДК и ПДУ, а также превышающих нормативные величины;
- имеются различные уровни одного из изучаемых факторов (например, различные концентрации токсического вещества) при близости уровней физического фактора и наоборот.
3.2. При планировании гигиенических и клинико-физиологических исследований следует стремиться к организации информационных комплексов по типу дисперсионных схем. При минимальном комплексе должны быть следующие группы:
- группа лиц, которая подвергается преимущественному воздействию физического фактора;
- группа лиц, которая подвергается преимущественному воздействию химического фактора;
- группа лиц, которая подвергается сочетанному воздействию физического и химического факторов;
- контрольная группа, подвергающаяся действию фоновых уровней факторов (уровень, не превышающий гигиенических стандартов).
Указанные группы могут быть подобраны на одном или разных предприятиях с обязательной стандартизацией по полу, возрасту, стажу и характеру работы. Важно, чтобы уровни действующего фактора в группах с изолированным и сочетанным действием были максимально близки.
Возможно использование и более тонких моделей дисперсионного анализа (модели со случайными эффектами и группировкой).
3.3. Гигиенические исследования включают оценку параметров производственной среды.
Определение концентраций токсических веществ проводится в соответствии с «Методическими указаниями на определение вредных веществ в воздухе», М., Выпуски I — XVIII.
Измерение уровня вибрации и шума осуществляется в соответствии с нормативными документами: ГОСТ 12.1.034-81 (СТ СЭВ 1931-79) и ГОСТ 20445-75.
Контроль производственного микроклимата осуществляется по ГОСТ 12.1.005-76.
Рекомендуется проводить анализ ретроспективных данных по характеристике условий труда за длительный период, предшествующий исследованиям.
3.4. Оценка влияния факторов среды на организм работающих включает анализ профессиональной заболеваемости, заболеваемости с временной утратой трудоспособности, проведение углубленных медицинских осмотров, физиологических и психофизиологических исследований, а также анализ трудового процесса и оценку тяжести и напряженности труда. Анализ заболеваемости с временной утратой трудоспособности приводится в соответствии с «Методическими рекомендациями по углубленному изучению заболеваемости с временной утратой трудоспособности», М., 1981, № 2484-81, «Методическими рекомендациями по изучению заболеваемости с временной утратой трудоспособности с использованием разработанной автоматизированной информационной системы и ЭВМ», Киев, 1977, № 17, а также методическими рекомендациями «Изучение комплексного влияния производственно-профессиональных и социально-бытовых факторов на временную нетрудоспособность на основе многомерной статистики», М., 1977.
При проведении физиологических исследований с учетом тяжести и напряженности труда следует руководствоваться «Методическими рекомендациями по разработке дифференцированных норм шума с учетом напряженности и тяжести труда», М., 1978, № 1958-78, а также методическими рекомендациями «Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде», М., Экономика, 1976, «Физиологические нормы напряжения организма при физическом труде», М., 1980, № 2189-80.
IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ СОЧЕТАННОГО ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
4.1. Адекватная обработка результатов исследований сочетанного действия химических и физических факторов, представляющих собой информационный комплекс, состоящий из множества показателей, регистрируемых в нескольких временных точках, предполагает использование методов многомерного статистического анализа, которые сложны и в большинстве случаев реализуются с помощью ЭВМ.
4.2. Для упорядочения описания экспериментального материала, его анализа и обоснования соответствующих регламентов возможно также использование элементов регрессионного и дисперсионного анализа. Ниже приводится простейшая схема анализа эффектов сочетанного действия, основанная на том, что анализируемый информационный комплекс построен по типу дисперсионного (см. раздел 2).
4.3. Общая линейная модель дисперсионного анализа (ДА) с перекрестной классификацией и фиксированными эффектами <*> (как в табл. 1 и 2) выражает произвольные значения исследуемого показателя в виде:
yijk = y... + ai + bj + (ab) ij + lijk, (I)
- yijk — относится к k-му животному, взятому из группы, подвергшейся воздействию сочетания i-го уровня фактора A и j-ого уровня фактора B;
- y... — средняя для всего комплекса величина показателя; точки вместо индексов означают усреднение, а именно: первая — по всем градациям фактора A (i = 1, 2..I), вторая — по всем градациям фактора B (j = 1, 2..J), третья — по всем животным данной (ij) группы (k = 1, 2..K);
- ai, bj — главные дифференциальные эффекты факторов A и B, взятых на уровнях i и j соответственно (ai = yi.. — y...; bj = y.j. — y....);
- (ab) ij — эффекты взаимодействия факторов A и B на уровнях i и j;
- (ab) ij = yij. — y.. — y.j + y...;
2 1 I J K 2 сигма = --------------- x SUM SUM SUM (yijk - yij.) . (k - 1) x I x J i=1 j=1 k=1
--------------------------------
<*> Здесь и далее для простоты рассматриваются только двухфакторные планы, хотя метод может быть распространен на любое число факторов.
В рамках ДА с помощью F-критерия Фишера проверяются гипотезы H : все 0 ai = 0, все bj = 0, все (ab) ij = 0;
2
K J SUM a i
F = ----------------, A 2
(I - 1) x сигма
2
K I SUM bj
F = ----------------, B 2
(J - 1) x сигма
2
K SUM SUM (ab) ij F = --------------------------. (II) AB 2
(I - 1) x (J - 1) x сигма
Величины F , F , F сравниваются с критическим значением F (V , V ) A B AB 2 1 2 при заданном уровне значимости альфа (альфа = 0,05; 0,01) и степенях свободы - V = (K - I) и V = (I - I) для фактора A, V = (J - I) для 2 1 1 фактора B и V = (I - I) x (J - I) для (AB) - взаимодействия. Если F , F 1 A B или F превышает F (V , V ), то для соответствующего фактора нулевая AB альфа 1 2 гипотеза отвергается (вклад фактора в изменение показателя считается достоверным) и по таблице групповых средних находится "причина" этого - те
средние, различие которых (контраст) является значимым.
Однако, если F и F < F , а F > F , то это не означает A B альфа AB альфа отсутствия контрастов в средних, подтверждающих влияние факторов A и B, и
этот случай требует дополнительного анализа.
Кроме того, в токсикологическом эксперименте, в первую очередь, важно выяснить вопрос о наличии значимых контрастов по отношению к контрольной
группе, а не по отношению к среднему для всего комплекса.
В связи с этим, для упрощения и большей наглядности может быть использована следующая модификация общей линейной модели (I):
yij. = y + ai* + bi* + (ab)ji*,
11.
где y — среднее значение показателя в контрольной группе при i = j = 11
= I, а ai*, bj* и (ab)*ij - эффекты факторов и их взаимодействий, определенные по отношению к контролю. В такой модели влияние различных источников дисперсии - A, B, (AB) проверяется по формулам, аналогичным
(II), в которых ai, bj и (ab) ij заменены на ai*, bj* и (ab)*ij, причем:
ai* = ai + ДЕЛЬТА; bj* = bj + ДЕЛЬТА; (ab)*ij = (ab) ij - ДЕЛЬТА, где ДЕЛЬТА = y... - y .
11
Если под биологическим эффектом (Эij) понимать Эij = yij. — y , то
11.
общий для всех эффектов доверительный интервал (ДИ) при уровне значимости альфа дается выражением:
_
/2
/ -
ДИ = +/- t - альфа / g (V ) x сигма x \/ k, 1 2 где t - критическая величина критерия Стьюдента, соответствующая числу
альфа
степеней свободы (k — 1) x I x J и уровню значимости -----; g = I x J — 1. g
При таком определении величина приобретает смысл среднего по всем факторам эффекта и указывает величину и направление суммарного сдвига
показателя.
Взаимодействия (ab) и (ab)* плохо отражают взаимное влияние факторов при их совместном действии на показатель, поэтому взаимодействие
__
целесообразно характеризовать величиной фиij = Эij — (Э j + Эi ), где черта
1 1
сверху означает усреднение по всем градациям факторов A и B
__ 1 __
(например, фиij = ----- SUM SUM фиij). I x J i j
__
фиij = ДЕЛЬТА — (Э + Э ) = ДЕЛЬТА — (a * + b *) <*>
1. .1 1 1
Э , Э - средний эффект изолирвоанного действия первого и второго .1 1.
факторов соответственно. -------------------------------- __
<*> соотношение фиij = ДЕЛЬТА - (a * + b *) справедливо только для 1 1
двухфакторного плана.
__ __ Если фиij = 0, то отношение факторов аддитивное, если фиij > 0 -
__
сверхаддитивное и если фиij < 0 - субаддитивное. В последнем случае возможны два варианта: ДЕЛЬТА <= Э x Э - антагоническое отношение,
1. .1
когда не требуется корректировки допустимых уровней воздействия, и Э или
1.
Э < ДЕЛЬТА < Э + Э - вариант, когда, несмотря на субаддитивность, .1 1. .1
такая корректировка необходима.
Рассмотрим применение описанной выше схемы ДА на примере анализа изменения суммационно-порогового показателя (СПП) при изолированном и совместном действии яда (фактор A) и шума (фактор B), причем каждый фактор изменяется на двух уровнях (1 и 2) - отсутствие и наличие фактора, так что A B представляет собой фоновую группу, A B - группу, подвергавшуюся 1 1 2 1 изолированному действию яда, A B - изолированному действию шума и A B - 1 2 2 2
совместному действию обоих факторов.
Исходные данные представлены в таблице 4.1, наряду со средне-групповыми yij. и их ошибками m.
| Группа | Показатель СПП | yij. | m | K |
|---|---|---|---|---|
| A B | 7 8 7 9 7 9 8 9 7 9 | 8 | 0,3 | 10 |
| 1 1 | ||||
| A B | 11 12 13 12 11 13 11 13 11 13 | 12 | 0,3 | 10 |
| 2 1 | ||||
| A B | 12 13 13 11 12 11 11 13 11 13 | 12 | 0,3 | 10 |
| 1 2 | ||||
| A B | 9 7 7 8 9 7 9 8 7 9 | 8 | 0,3 | 10 |
| 2 2 |
Итак, имеем по 10 животных в группе (K = 10) и по 2 уровня факторов A и B (I = J = 2). Перепишем таблицу средних yij. в виде:
| \ \ | B | \ | ||
| \ | 1 | 2 | yi.. | |
| A | 1 | 8 | 12 | 10 |
| 2 | 12 | 8 | 10 | |
| \ | y.j. | 10 | 10 | \ |
Из таблиц видно, что общая средняя для всего комплекса y... = 10; 2 оценка дисперсии сигма = 0,9 и ДЕЛЬТА = y... — y = 2. 11
Находим: ai* = yi.. - y = ДЕЛЬТА = 2; bj* = y.j. - у = ДЕЛЬТА = 2. 11 11.
Для всех i, j
(ab)* = y - y - y + y... - ДЕЛЬТА = 0 12 12. i.. .2. (ab)* = y - y - y + y... - ДЕЛЬТА = 0 21 21. 2.. .1. (ab)* = (ab)* = y - y - y + y... - ДЕЛЬТА = -4 11 22 22 2.. .2.
2
k x I x J x ДЕЛЬТА k SUM (ab)*2ij F - отношения: F = F = ------------------- = 178; F -------------- A B 2 AB 2 сигма сигма
= 356 против F0,001 (1,36) = 13.
Таким образом, влияние факторов A и B и их взаимодействий доказано. Э = Э = 0, Э = Э = 4; общий доверительный интервал для всех 11 22 12 21
эффектов (альфа = 0,05).
_
(36) x сигма. \/2 ___
ДИ = +/- t ------------- x --- = 2,4 — 0,9 — /0,2 = 1. 1 — 005 / 3 10
__
Усредненный тип отношения факторов субаддитивный (фиij = -2 < 0) и близок к антагонизму (ДЕЛЬТА = 2 = Э = Э ). Если же рассматривать .1 1.
__
неусредненный эффект, то фи = Э - (Э - Э ) = -8 и антагонистический
22 22 12 21
характер отношения факторов A и B в этом случае выступает еще более
отчетливо.
Таким образом, общая оценка отношения факторов в рассмотренном примере, которая получена с помощью предложенной схемы ДА (пригодной, и это самое главное, и в более сложных случаях — при большем числе факторов и их градаций) совпадает с оценкой, полученной непосредственно из табл. 4.2, чего нельзя сказать об оценке по результатам ДА при обычной схеме анализа, которая подтверждает лишь существенность взаимодействия факторов.
4.4. Частотный анализ взаимодействия по всем исследованным показателям и срокам обследования дает представление о доминирующих их типах и, тем самым, о ведущих механизмах взаимодействия. При этом целесообразна группировка типов по уровням и длительности воздействия, а также по совокупности показателей, характеризующих определенную систему (нейро-эндокринную, сердечно-сосудистую, репродуктивную и др.).
4.5. Основанием для снижения гигиенических регламентов при совместном действии изучаемых факторов служат результаты клинико-гигиенических наблюдений, свидетельствующие об отягощающем действии суммы факторов на нормативных уровнях по сравнению с изолированным действием, а также результаты хронического эксперимента на пороговых или подпороговых уровнях, если эффект усиления обнаружен как в процессе воздействия, так и по истечении периода восстановления. При этом снижение нормативных уровней проводится до таких величин («рабочие уровни»), при которых эффект сочетанного действия отсутствует.