Оценка возможности применения спектрально-динамического экспресс-анализа для биомониторинга и контроля химического загрязнения окружающей среды

Закономерности функционирования природных и антропогенных трансформированных экосистем: Материалы Всерос. науч.-практ. конф. (г.Киров, 22-23 апреля 2014 г.). – Киров: Изд-во ООО «ВЕСИ», 2014. – С. 333-335.

 

В.В. Петраш1, М.П. Литаева2

1Научно-исследовательский институт промышленной и морской медицины Федерального медико-биологического агентства, Санкт-Петербург, spbism@mail.ru

2ООО «Сенсормед», Санкт-Петербург, sensor-med@mail.ru

До последнего времени санитарный контроль содержания вредных химических веществ в средах, взаимодействующих с организмом человека, применительно к производственным условиям проводится на основе химического мониторинга (определение ПДК, ориентировочного безопасного уровня воздействия вещества и др.). Наиболее распространенные измерения концентрации химических веществ в воде, почве и воздушной среде промышленной зоны не дает исчерпывающего представления о количестве токсического агента, фактически поглощенного организмом, поскольку поступление токсиканта происходит различными путями: ингаляционным, через кожу и желудочно-кишечный тракт. На современном этапе наиболее эффективным подходом оценки опасности химического воздействия на производстве считается применение методов биомониторинга. Материалом для биомониторинга могут служить различные среды организма: моча, выдыхаемый воздух, слюна, кровь, волосы и др. Эти методы особенно широко применяются в США, Германии, Франции. В список Biological exposure index (CША) 2005 года включены 42 наиболее распространенных химических соединений. Как правило, применение биомониторинга проводится в совокупности с химическим мониторингом окружающей среды (1,2).

Задачи биологического и химического мониторинга в настоящее время решаются с помощью современных анализаторов: хроматографы, масспектрометры, атомно-абсорбционные спектрометры и др. Однако осуществление такого рода исследований достаточно трудоемко, требует наличия специализированных и хорошо оснащенных лабораторий и квалифицированного персонала. При всем этом химический и биологический мониторинг не может охватить весь спектр возможных соединений и их синергизма по воздействию на организм. Для оценки интегральной токсичности среды и риска интоксикации в настоящее время принято проводить биотестирование воздуха, воды и почвы с помощью тест-объектов (микроорганизмы, гидробионты, водоросли и др.). Однако в этом случае ставится вопрос о правомерности трансляции результатов биотестирования на человека.

Совершенно очевидна необходимость разработки и внедрения новых современных методов биомониторинга как инструмента доказательной медицины для диагностики профессиональной интоксикации (2).

В этом аспекте инновационным подходом к проблеме биомониторинга может служить использование спектрально-динамического экспресс-анализа техногенного химического загрязнения организма человека и окружающей среды. Построенные на этом принципе современные медицинские диагностические аппаратно-программные системы (АПС), например, «Комплекс медицинский экспертный (КМЭ)» фирмы CME SWISS AG (Швейцария, Словакия), позволяют хранить в базе данных спектральные маркеры химических элементов и их соединений, маркеры нормы и патологии тканей, органов и функциональных систем организма, симбиотов и лекарственных форм (3,4).

Строение (форма) любого атома, молекулы, химического соединения и вещества в целом определяет его устойчивость существования и специфические функциональные свойства во взаимодействии с другими атомами, молекулами и веществами, например, спектры излучения и поглощения энергии (акустической и электромагнитной). Измерение шумового излучения, возникающего в результате теплового движения (вибраций, колебаний) атомов и молекул внутренних структур изучаемого объекта, может дать информацию о происходящих в этих структурах процессах (5). Каждая многоатомная молекула – есть набор связанных гармонических, либо ангармонических атомарных осцилляторов, интегрированных в единый молекулярный осциллятор, имеющий свой характерный спектральный набор – персональный «спектральный маркер». Под спектральным маркером следует понимать некий спектральный «портрет», характерный для структуры химического вещества и его соединений, ткани, органа и т.д.

В АПС «КМЭ» сходимость характеристик спектрально-динамических маркеров из базы данных и реальных спектральных характеристик организма обследуемого человека определяется методом wavelet-преобразований (3,4). Следует отметить, что спектрально-динамический метод не требует специальных условий и может осуществляться при проведении плановых профилактических осмотров работников предприятий. Время тестирования составляет не более 1 минуты.

В связи с тем, что АПС «КМЭ» разрабатывался как экспертный диагностический медицинский прибор, его программное обеспечение построено на базе анализа физиологических, метаболических и патофизиологических взаимосвязей организма человека. Тем не менее, на наш взгляд представляло интерес оценить возможности применения АПС «КМЭ» не по его прямому назначению, а для проведения химического мониторинга состояния окружающей среды (пробы воды, почвы).

С помощью АПС «КМЭ» была проведена оценка содержания радиоактивных веществ и радионуклидов в пробах смешанных образцов почв, отобранных в зоне влияния Кирово-Чепецкого химического комбината непосредственно около предприятий, в районе хвостохранилищ и шламонакопителей (табл.1). Отбор проб и их подготовка для исследования осуществлены сотрудниками лаборатории биомониторинга ВятГГУ под руководством профессора Т.Я. Ашихминой весной 2013 года. Смешанные образцы почв отбирались в прибрежной полосе реки Елховки с участков 904 и 907, на заболоченном участке в районе 3 и 4 секций шламонакопителя (участок 913), а также на пойменном лугу, находящемся между руслами рек Вятки и Елховки (участок 920). Участки 904, 907 и 920 затапливаются в половодье.

 

Таблица 1 – Результаты скрининга проб почвы

 

Номера участков отбора образцов почв Вид вещества Радиоактивные вещества и радионуклиды, присутствующие в пробе
904 Радиоактивные вещества
Радионуклиды Цезий
Стронций
Иттрий
907 Радиоактивные вещества
Радионуклиды Америций
Кобальт
Тритий
Стронций
Иттрий
913 Радиоактивные вещества Уран 238 азотнокислый
3,125 мг/мл
Радионуклиды Тритий
Стронций
Иттрий
Плутоний
920 Радиоактивные вещества Уран 238 азотнокислый
0,1953 мг/мл
Радионуклиды Кюрий
Америций

 

Полученные результаты спектрально-динамического экспресс-анализа следует рассматривать как ориентировочные, поскольку программное обеспечение АПС «КМЭ» выявляет значимые маркеры веществ применительно к системе гомеостаза организма человека. Тем не менее, это исследование подтвердило принципиальную возможность использования метода, заложенного в аппаратуру АПС «КМЭ» при соответствующей адаптации программного обеспечения и калибровки для биомониторинга в совокупности с оценкой химического загрязнения окружающей среды (воды, почвы, растительного покрова и др.)

 

Литература

  1. Сидорин Г.И., Фролова А.Д., Луковникова Л.В. Теоретические основы современного биомониторинга в трудах Н.В. Лазарева и его школы (к 110- летию со дня рождения) // Токсикологический вестник. Научно-практический журнал. 2006. №1. С. 2–6.
  2. Луковникова Л.В. Химический и биологический мониторинг – современный подход к оценке риска для здоровья работающих // Химическая безопасность России: медицинские и эколого-гигиенические аспекты. Тезисы юбилейной научн. конф., посвящ. 40-летию ФГУП НИИГТП ФМБА России. Волгоград, 2011. С. 56–59.
  3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.cmeswiss.com/ (дата обращения: 28.01.14).
  4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://sensor-med.ru/ (дата обращения: 28.01.14).
  5. Аносов А.А., Пасечник В.И. Одномерные обратные задачи акустотермографии и СВЧ-радиометрии // Акустический журнал. 1994. Т.40, № 5. С. 743-748.

 

Новости