Опасность наноматериала УСВР для здоровья человека

Расчет потенциальной опасности наноматериала УСВР для здоровья человека методом математического моделирования согласно МР 1.2.2522-09 Роспотребнадзора

Расчёты выполнены методом математического моделирования согласно документу "Методические рекомендации по выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. МР 1.2.2522-09. М. ФЦ гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 01.07.2009" - vik-nik-2009.narod.ru/VK_July.pdf, журнал Водоснабжение и канализация, №7, 2009.

Алгоритм этого метода, позволяющий определить наноматериалы, представляющие опасность для здоровья человека, с наибольшей степенью достоверности, описан применительно к техническим, биологическим и экологическим объектам в руководствах "Гмошинский В.Г., Практика прогнозирования, М.: Знание, 1972" и "Гмошинский В.Г. Инженерная экология, М.: Знание, 1977".

Сущность данного метода и последовательность пользования им ясно изложена в МР 1.2.2522-09 (содержит опечатки!). Это методическое руководство предоставляет для моделирования в табличной форме почти все необходимые исходные данные, кроме, естественно, показателей разнообразных свойств УСВР. В то же время, оно позволяет использовать в качестве последних в простейшем случае данные из анализа литературных источников, а именно обзорных статей, мета-исследований и нормативно-методических документов, обобщающих большой объём исследований по оценке относительной значимости признаков для выявления опасности наноматериала.

Снижение субъективизма оценки в методе математического моделирования достигается за счёт использования подхода, основанного на построении «генеральной определительной таблицы» (ГОТ) данных для выявления потенциальной опасности здоровью человека наноматериала. Под генеральной определительной таблицей понимается упорядоченное перечисление признаков исследуемого объекта с указанием их возможных градаций (состояний) и степени значимости (веса).

В качестве примера в МР 1.2.2522-09 разработана ГОТ применительно к однослойным углеродным нанотрубкам. Это значительно облегчает математическое моделирование порошковых материалов с многослойными углеродными нанотрубками. Их разновидность есть в УСВР, они насыщают его, я назвал их ещё 09.11.2007 "нанорулоны" на форуме "Мера" mera.com.ru/2006/04/25/nanotehnologii.... [1]. Нанорулоны - это трубки, в которые сворачиваются “листы” графита в результате деструкции "холодным" взрывом (с помощью веществ, специально пропитывающими графит). Их принципиальной особенностью являются открытые концы и, по моей оценке, повышенная поглотительная ёмкость к различным веществам по этой причине (в сравнении с "запаянными" однослойными трубками), а также ввиду наличия зазора между витками нанорулона. Поэтому в ГОТ УСВР "Адсорбционная ёмкость" представлена как "Высокая" (вместо "Неизвестно"). Кроме того, согласно "А.Д. Зимон. Что такое адгезия. Изд-во Наука, М. 1983" [2], а также наличию в нанорулоне наружной продольной щели, повышающей интенсивность явления адсорбции перед фактом адгезии (прилипания), принята "Адгезия к поверхности" (нанорулонов) также "Высокая" (вместо "Неизвестно" для обычных нанотрубок). А исходя из намеченных целей широкого охвата водопотребителей доочисткой питьевой воды, взят более высокий показатель - "Население в масштабе страны". Повышение оценки этих трёх признаков - явно не в пользу УСВР. Тогда обоснованно понизим в запас, т.е. в пользу УСВР, самый первый признак "Минимальный размер частицы в одном из измерений". Дело в том, что он не определён количественно. Но известны согласно Сертификату от 19.07.00 пылепухообразная структура УСВР и содержание в нём до 20% наноструктур. На этом основании принимаем (в пользу УСВР) преобладающий размер частиц как можно крупнее, а именно: более 100 нм. Тем самым понижаем оценку первого показателя с 4 до 1. Оценки показателей "Острая токсичность" и "Хроническая токсичность" оставляем в ГОТ на самом высоком уровне 4, вытекающими также из найденных в предыдущем разделе 3.1 [3] высоких коэффициентов токсичности фильтрата и условий их возникновения. Остальные оценки взяты из ГОТ МР 1.2.2522-09 [4] и тщательно проверены на соответствие материалам Интернета. "Данные о накоплении в организмах" и "Данные о накоплении в объектах внешней среды (почвы, грунтовые воды, донные отложения)" хотя и отмечены в ГОТ УСВР как "Неизвестно", но (для взрывного УСВР, с рваными краями его наночастиц) им лучше подходят оценки наивысшей пробы 4. Таким образом, и данное занижение оценок принято в пользу УСВР.

ГОТ исходных данных по УСВР

k/n

Признаки

Ранг

f i

Оценка

R i

Rmax

Ист-к

 

1 Блок. Геометрические характеристики.

 

 

Частная опасность D1.

 

 

 

1/1

Минимальный размер частицы в одном из измерений

1

2

Содержит 20% наноструктур. Принимаем в пользу УСВР преобладающий размер частиц более 100 нм

1

4

[1]

1/2

Формфактор (отношение максимального размера к минимальному)

1

2

Частицы крайне несферичны (формфактор>100)

4

4

[1]

 

2 Блок. Физико-химические свойства.

 

 

Частная опасность D2.

 

 

 

2/1

Растворимость в воде

1

2

Нерастворимы

4

4

[1]

2/2

Растворимость в биологических жидкостях

2

1

Малорастворимы

2

4

[4]

2/3

Заряд

1

2

Положительный

4

4

[4]

2/4

Адсорбционная ёмкость

3

0,75

Высокая

4

4

[1]

2/5

Устойчивость к агрегации

3

0,75

Высокая

4

4

[1]

2/6

Гидрофобность

4

0,5

Гидрофобны

4

4

[1]

2/7

Адгезия к поверхностям

5

0,3125

Высокая

4

4

[2]

2/8

Способность генерировать свободные радикалы

2

1

Выявлена

4

4

[4]

 

3 Блок. Молекулярно-биологические свойства.

 

 

Частная опасность D3.

 

 

 

3/1

Взаимодействие с ДНК

1

2

Выявлено

4

4

[4]

3/2

Взаимодействие с белками

3

0,75

Неизвестно

2,5

4

[4]

3/3

Взаимодействие с мембранами

2

1

Выявлено

4

4

[4]

 

4 Блок .Цитологические свойства.

 

 

Частная опасность D4.

 

 

 

4/1

Способность к накоплению в клетках

2

1

Накапливается только в органеллах

3

4

[4]

4/2

Трансформирующая активность

1

2

Неизвестно

2

4

[4]

4/3

Влияние на протеомный и(или) метаболомный профиль

3

0,75

Выявлена

4

4

[4]

4/4

Токсичность для клеток

1

2

Вызывает летальные изменения в нормальных клетках

4

4

[4]

 

5 Блок. Физиологические свойства.

 

 

Частная опасность D5.

 

 

 

5/1

Проникновение через барьеры организма

4

0,5

Выявлено

4

4

[4]

5/2

Накопление в органах и тканях

2

1

Накапливается в отдельных органах и тканях

3

4

[4]

5/3

Усиление проницаемости барьеров организма для посторонних токсикантов

3

0,75

Неизвестно

3

4

[4]

5/4

Острая токсичность

1

2

1 класс (чрезвычайно опасно) и 2 класс (высоко опасно)

4

4

[4,3]

5/5

Хроническая токсичность

1

2

Токсично для человека и теплокровных животных

4

4

[4,3]

5/6

Специфические и отдалённые эффекты токсичности (канцерогенный, мутагенный, тератогенный, гонадотоксический,
эмбриотоксический, иммунотоксический. аллергенный )

1

2

Неизвестно

2,5

4

[4]

 

6 Блок. Экологическая характеристика.

 

 

Частная опасность D6.

 

 

 

6/1

Массовость производства в мире

1

2

Массово выпускаемый продукт (1-1000 т)

3

4

[1]

6/2

Возможность экспонирования людей (категории населения)

1

2

Население в масштабе страны

4

4

[1]

6/3

Данные о накоплении в организмах

2

1

Неизвестно

2

4

[4]

6/4

Данные о накоплении в объектах внешней среды (почвы, грунтовые воды, донные отложения)

3

0,75

Неизвестно

3

4

[4]

Частные опасности УСВР по блокам 1-6 принимают значения

Блок k. Dk= (R1 x f1 + ... + Ri x fi + ... + Rn x fn) / (Rmax x f1 + ... + Rmax x fi + ... + Rmax x fn):

Блок 1. D1=(1х2+4х2)/(4х2+4х2)=0,625 (допустимо не меньше 0,25 [4]);

Блок 2. D2=(4х2+2х1+4х2+4х0,75+4х0,75+4х0,5+4х0,3125+4х1)/

(4х(2+1+2+0,75+0,75+0,5+0,3125+1))=0,940 (допустимо не меньше 0,21429 [4]);

Блок 3. D3=(4х2+2,5х0,75+4х1)/(4х(2+0,75+1))=0,925 (допустимо не меньше 0,25 [4]);

Блок 4. D4=(3х1+2х2+4х0,75+4х2)/(4х(1+2+0,75+2))=0,783 (допустимо не меньше 0,043478 [4]);

Блок 5. D5=(4х0,5+3х1+3х0,75+4х2+4х2+2,5х2)/(4х(0,5+1+0,75+2+2+2))=0,856 (допустимо не меньше 0,136363 [4]);

Блок 6. D6=(3х2+4х2+2х1+3х0,75)/(4х(2+2+1+0,75))=0,815 (допустимо не меньше 0,065217 [4]).

Значение опасности УСВР составляет

D=(D1^2 + D2^2 + D3^2 + D4^2 + D5^2 + D6^2)^0,5:

D=(0,625^2+0,940^2+0,925^2+0,783^2+0,856^2+0,815^2)^0,5=2,035 -

лежит в диапазоне высокой степени потенциальной опасности 1,780 - 2,449 [4].

При определении коэффициента неполноты оценки опасности УСВР учитываем неопределенность ответов по признаку 2 в блоках 3 и 4, признакам 3 и 6 - в блоке 5, признакам 3 и 4 - в блоке 6.

Соответственно коэффициент неполноты оценки опасности УСВР

U = (U1 x f1 + ... + Ui x fi + ... + Un x fn) / (f1 + ... + fi + ... + fn),

где Ui принимает значение «1», если i-тый признак признаётся неопределенным и «0» - при любой другой его оценке; fi – величина «взвешивающей функции» для данного признака:

U=(0,75+2+0,75+2+1+0,75)/

/(2+2+2+1+2+0,75+0,75+0,5+0,3125+1+2+0,75+1+1+2+0,75+2+0,5+1+0,75+2+2+2+2+2+1+0,75)=0,202 -

лежит в диапазоне 0 - 0,250, что соответствует характеристике "Оценка достоверна. Имеющихся данных достаточно для выявления степени опасности наноматериала" [4].

ВЫВОД. На основе вычисленных значений D и U заключаем, что УСВР обладает высокой степенью опасности и данная оценка опасности достоверна.

Ищенко Ю. А.