Лекция №12

Оценка риска НО

12.1 Общая концепция оценки, анализа и управления риском НО

Общая концепция выявления опасности, оценки, анализа и управления рисками, связанными с НТ деятельностью, примерно соответствует подходам, разработанным для тех же целей в области радиационной безопасности (НРБ-99). Логическая схема подхода приведена на рисунке 21. На начальном этапе определяются НТ источники опасности и характер вызываемых ими вредных эффектов. К настоящему времени известно, что использование НО может представлять опасность для здоровья человека и для благополучия других живых объектов окружающей среды.

Рисунок 21. Логическая схема этапов оценки и анализа риска, создаваемого НО для человека и ОС.

Текущие исследования касаются в основном первых двух этапов и лишь незначительно – третьего. Для анализа и оценки риска НО, и тем более управления этим риском, необходима гораздо более обширная база экспериментальных данных, чем имеется сейчас.

Для количественной оценки риска, создаваемого НО, необходимо охарактеризовать их источники, пути переноса, мишени для воздействий и выход неблагоприятных изменений в зависимости от уровня воздействия («дозы»). В первом приближении следует рассмотреть линейные зависимости доза-эффект, но возможны и другие формы зависимости, в том числе, и пороговые.

В качестве путей воздействия НО на человека необходимо принимать во внимание

• поступление через органы дыхания за счет вдыхания атмосферного воздуха, загрязненного НО, и, особый случай, при ингаляции медицинских препаратов, содержащих НО;

• через органы пищеварения за счет загрязнения поверхности принимаемой пищи, содержания НО внутри жидкостей и продуктов питания, а также при приеме внутрь медицинских препаратов, содержащих НО;

• через поверхность кожи после её загрязнения осевшими из атмосферного воздуха НО, или при использовании медицинских, гигиенических и косметических препаратов, содержащих НО.

В качестве приемлемого описания «дозы», как показывает целый ряд экспериментов, возможно применять общую поверхность НЧ в единице объема атмосферного воздуха (для ингаляции), в массе поступившей пищи или воды (для поступления через ЖКТ), на единицу поверхности кожи (для поступления через кожу). Однако следует учитывать влияние на биологическую эффективность особенностей строения НО (например, отличия фуллеренов от нанолуковиц).

Тогда по аналогии с коэффициентом качества ионизирующих излучений можно вводить коэффициент качества биологической опасности НО. Для предсказания уровня вредного воздействия в первом приближении можно использовать линейную зависимость «доза-эффект» с наклоном, определяемым коэффициентом качества.

Определение «эффекта» в настоящее время нельзя дать однозначно, поскольку наиболее очевидным эффектом разового воздействия НО является развитие локальных и общих воспалительных процессов в живом организме. Кроме того, образование свободных радикалов в присутствии НО и природных НЧ приводит к разрушению биомембран и нарушению метаболизма. Свободные радикалы и сами НО способны взаимодействовать и с генным (хромосомным) материалом, что может приводить к мутациям и нарушению регуляторных процессов в клетках. Объем доступных экспериментальных данных явно недостаточен, чтобы получить количественные оценки эффектов и, следовательно, риска для каждого вида воздействия.

Тем не менее, имеющиеся данные и анализ определяемых рисков позволяет уже сейчас приступить к выработке конкретных рекомендаций по обеспечению безопасного использования НТ и НО и подготовке соответствующих нормативных документов (регламентов). При этом следует учитывать не только риски разработки и применения НТ, но и риски, связанные с конечными стадиями НТ – утилизацией и/или захоронением НО. Таким образом, анализ и оценка риска должны быть выполнены для полного жизненного цикла (ПЖЦ) применения нанотехнологии. Поэтому следует безотлагательно приступить к разработке нормативных (регламентирующих) документов по утилизации НО после их использования, чтобы предотвратить их бесконтрольную миграцию и распространение в ОС, способные привести к негативным последствиям для природных организмов, их популяций и экосистем. Так же необходимо разработать рекомендации по мерам предотвращения аварийных (ненамеренных) выбросов и сбросов НО в ОС и ликвидации их последствий. Все эти задачи следует решать, основываясь на опыте управления рисками, связанных с производством, использованием и утилизацией/захоронением радиоактивных материалов.

12.2 Оценка риска НО для окружающей среды

К настоящему времени лишь очень ограниченное число экспериментальных работ могут быть отнесены к попыткам количественного исследования воздействия НО на объекты ОС. Эти работы затрагивают лишь воздействие НО на отдельные виды живых организмов, а не на популяции или экосистемы в целом (таблица).

Таблица 8

Экспериментальные данные об опасности НО

Например, работы, описанные выше, указывают, что при ингаляции НЧ более токсичны, чем такие же по массе идентичные по физико-химической форме микро и мезочастицы [36-39,53,55,61], и некоторые НО демонстрируют дополнительную токсичность, которая не может быть объяснена лишь различием в размерах [83-85,89]. Для культуры эпителиальных клеток также отмечена повышенная токсичность НЧ [74,75].

В исследовании воздействия НЧ алюминия на растения [88] показано, что НЧ аллюминия (13 нм) замедляют рост и развитие корней в беспочвенной среде. В качестве объектов исследования были выбраны виды, обычные в оценках экологического риска пестицидов: кукуруза, огурцы, соя, капуста, морковь. Более крупные частицы (200-300 нм) не замедляли рост.

Необходимо отметить, что эти исследования проводились в чашках Петри в отсутствии почвы, а потому результаты могут отличаться для реальной среды. Далее, для полученных результатов отмечена их некоторая ограниченность, поскольку увеличенная растворимость НЧ алюминия может привести к росту их действующей концентрации, которой вполне достаточно для объяснения увеличенной фитотоксичности даже без привлечения «особых» свойств НЧ (их «коэффициента качества»).

Вообще говоря, поскольку НО намеренно разрабатываются так, чтобы иметь специфические свойства, наиболее соответствующие решаемому с их помощью кругу задач, следует ожидать и проявления каких-либо специфических, дополнительных к описанным выше для всех НЧ, токсическим эффектам. Это ставит вопрос о необходимости предварительных эколого-медицинских испытаний всех производимых НО до начала их промышленного использования. Следует различать острое и хроническое воздействие НО. Неизбежно возникает и вопрос о риске сочетанного воздействия НЧ с радиоактивными и химическими веществами, а также изменение токсических свойств НО под действием факторов ОС. Такие исследования ещё только начинаются.

12.3 Оценка риска для человека

В настоящее время полноценные работы по оценке риска (индивидуального риска) для человека (лиц из населения или персонала) ещё только разворачиваются, но уже целый ряд исследований посвящен анализу текущих возможностей по оценке риска НО [36,37,46,48,56,60,65,66,67,72,77,78,98-103,115-138]. Авторы данных работ сходятся в том, что разработанные в радиационной гигиене, радиоэкологии, токсикологии и экотоксикологии подходы и методики по оценке соответствующих рисков могут быть успешно применены и для оценки риска НО для человека с учетом уже перечисленных выше оговорок по определению «дозы» и зависимости «доза-эффект». С учетом этого индивидуальный риск RI для человека может быть определен как

,

где А – коэффициент риска,W T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т, H Т – эквивалентная доза, учитывающая поступление НО по различным путям (ингаляция, прием с водой и пищей, через кожу) к рассматриваемому органу или ткани Т. Естественно, все ограничительные условия применения такого подхода, принятые в радиационной безопасности, должны относиться и к нанотоксическим воздействиям.

12.4 Оценка риска специфических применений НО

К числу специфических применений НО следует отнести для населения основанные на использовании НО процедуры:

• медицинские,

• косметические.

Для ОС в качестве специфического применения НО необходимо рассматривать:

• использование НТ для очистки и восстановления ОС без намеренного добавления НО в соответствующую природную среду;

• использование НТ для очистки и восстановления ОС с намеренным добавлением НО в природные среды.

К сожалению, имеющийся набор экспериментальных данных не позволяет на данном этапе оценить риски специфических применений НО.

12.5 Оценка риска от полного жизненного цикла (производство, эксплуатация, уничтожение) НО

Полный жизненный цикл НО неизбежно включает в себя ряд процессов и этапов [37] (рисунок 22):

1) производство сырья для НТ;

2) производство конечного продукта с применением НТ;

3) использование продукта потребителями;

4) завершающие стадии жизненного цикла.

Завершение жизненного цикла может происходить по следующим сценариям:

a) переработка, в том числе для повторного использования;

b) сжигание вместе с бытовыми отходами;

c) выброс на свалки вместе с бытовым мусором.

Рисунок 22. Полный жизненный цикл НО.

Риск для персонала, занятого в НТ производстве, возникает на этапах 1, 2, 4а и 4b, как за счет воздействия самих НО (основной риск, RA), так и за счет неспецифического риска этих производств от других источников (дополнительный риск, RB).

Риск для ОС и населения возникает в результате выбросов и сбросов НО (основной риск, RA) и сопутствующих загрязняющих веществ (дополнительный риск, RB) на этапах 1, 2, 4а и 4b. С определенным риском будет связано и потребление населением продукта НТ. Кроме этого, риск для ОС и населения создают НО, попадающие на свалки (4с).

Таким образом, общая оценка риска, создаваемая полным жизненным циклом НТ, состоит из суммы основного и дополнительного рисков для всех объектов-мишеней:

RХ = R ХA+R ХB,

где объект Х – Р для персонала, Е – для окружающей среды, С – для населения.

Для персонала:

R РA = R P1+R P2+R P4a+R P4b;

для населения:

R СA = R С1+R С2+R С3+R С4a+R С4b+R С4с;

для ОС:

RЕA = RЕ1+RЕ2+ RЕ4a+RЕ4b+RЕ4с.

Дополнительный риск для каждого конкретного производства может быть определён уже сейчас по разработанным методикам в соответствии со стандартными процедурами. Для определения основного риска в настоящее время недостаточно, как отмечалось выше, экспериментальных данных.