CC BY
42МЕДИЦИНА ТРУДА 5
И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ 2010
ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
УДК 57.083.12/.13.001.33
Н.И. Шеина, Н.Г. Иванов
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИГИЕНИЧЕСКОМ КЛАССИФИКАЦИИ ОПАСНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БИОТЕХНОЛОГИЯХ
ГОУ ВПО Российский государственный медицинский университет Росздрава, Москва
На основе изучения характера действия (патогенность, общетоксическое, иммунотропное и дисбиотическое действие) 28 биотехнологических штаммов, относящихся к различным систематическим группам (грамположительные и грамотрицательные бактерии, нокардиоформные актиномицеты и собственно актиномицеты, плесневые и дрожжеподобные грибы), и данных литературы предложена гигиеническая классификация микроорганизмов по степени опасности воздействия на организм и унифицирована с рекомендациями международных организаций (ЕФБ,
ВОЗ, OECD).
Ключевые слова: биотехнологические штаммы, гигиеническая классификация микроорганизмов, патогенность, иммунотропность.
N.I. Sheina, N.G. Ivanov. Scientific basis for hygienic classification of jeopardy caused by microorganisms applied in biotechnologies. Based on studies of action characteristics (pathogeneity, general toxicity, immunotropic and dysbiotic effects) of 28 biotechnologic strains assigned to various taxonomy groups (Gram-negative and Gram-positive bacteria, nocardial actinobacteria and actinobacteria, mold fungi and yeast-like fungi) and literature data, the authors suggested hygienic classification of microorganisms according to their jeopardy effects in the body and adjusted this classification to recommendations of international organizations (WHO, OECD).
Key words: biotechnologic strains, hygienic classification of microorganisms, pathogeneity, immunotropic.
Биотехнология играет все возрастающую роль в различных отраслях промышленности (медицинской, пищевой, химической, сельском хозяйстве и др.). Пока не исключается возможность поступления биологических выбросов техногенного происхождения в окружающую среду и вероятность активного воздействия биологического загрязнения, в том числе промышленных микроорганизмов на состояние здоровья работающих и населения. Это обусловливает необходимость решения вопросов совершенствования теоретических и методологических основ гигиенического регламентирования, в частности обоснования гигиенической классификации микроорганизмов, широко используемых в биотехнологической промышленности.
В 1980—2000 гг. на основе экспериментального материала по оценке характера действия промышленных микроорганизмов и микробных препаратов были предложены 2 классификации микроорганизмов по степени опасности их воздействия на организм, которые в настоящее время не удовлетворяют требованиям медицины труда и гигиены [2].
Первая классификация (1983) была создана на относительно небольшом экспериментальном материале по аналогии классификации опасности химических веществ, включая оценку сенсибилизирующего эффекта после однократных и хронических (4 мес) воздействий. Вторая классификация (2004) промышленных микро-
Москва
© Медицина труда и промышленная экология, 2010
организмов содержала всего 2 параметра: порог хронического действия (1 мес), установленный по сенсибилизирующему или антимикробному эффекту, и предельно допустимую концентрацию (ПДК) в воздухе рабочей зоны, величина производная от порога с учетом коэффициента запаса.
Предложенные классификации не учитывали соотношения всех вредных эффектов промышленных микроорганизмов и содержали лишь ограниченное количество показателей, определяющих характер их неблагоприятного действия на организм.
Целью работы явилось научное обоснование современной гигиенической классификации микроорганизмов и унификация ее с требованиями международных организаций.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Основой разработки гигиенической классификации микроорганизмов служили собственные результаты исследований по оценке характера действия штаммов на организм.
В эксперименте изучена патогенность (вирулентность, токсигенность, пороговая доза, диссеминация в крови и внутренних органах) при однократном введении высоких доз микроорганизмов [1].
Общетоксическое действие (динамика массы тела, анализ состава периферической крови, показатели функционального состояния нервной системы, почек, печени), иммунотропные свойства (показатели клеточного звена иммунной системы, антигенность, иммуномодулирующий и сенсибилизирующий эффекты) и дисбиоти-ческий эффект (количественная и качественная характеристика аутофлоры кишечника) были исследованы при повторной (1 мес) ингаляции и энтеральном введении 28 производственных штаммов, принадлежащих к различным таксономическим группам: грамположительные и грамотрицательные бактерии, собственно акти-номицеты и нокардиоформные актиномицеты, плесневые и дрожжеподобные грибы [4, 8].
Также были проанализированы материалы по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест. В настоящее время существует около 200 законодательно утвержденных гигиенических нормативов (ПДК) штаммов-продуцентов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест [3]. Обоснование гигиенической классификации микроорганизмов проводилось с учетом рекомендаций международных организаций (ЕФБ, ВОЗ, OECD) [10].
Р е з у л ь т а т ы и и х о б с у ж д е н и е.
Как показали проведенные исследования, основными неблагоприятными эффектами промышленных микроорганизмов являются иммунотропный, включая сенсибилизирующий эффект и оценку клеточного звена иммунной системы, а также изменение микроэкологии кишечника. Проявление этих эффектов зависит от таксономической характеристики штамма. Выраженность наблюдаемых эффектов зависит от воздействующей концентрации и пути поступления в организм (интраназальный, энтеральный) [5 — 7, 9].
Так, грамположительные бактерии, относящиеся к родам Lactobacillus, Micrococcus, Propionibacterium, Brevibacterium, и нокардио-формные актиномицеты (Rhodococcus) не обладают иммунотропными и дисбиотическими свойствами при воздействии даже высоких концентраций (106-8 кл/м3). Другие микроорганизмы, относящиеся к грамположителым бактериям (Bacillus) и актиномецетам (Streptomyces), оказывают слабое воздействие на организм. Наиболее выраженными иммунотропными и дисбио-тическими свойствами обладают грамнегативные бактерии и плесневые и дрожжеподобные грибы. Минимальные изменения иммунного статуса и микроэкологии кишечника наблюдаются при интраназальном воздействии их в концентрации 103 и 104 кл/м3.
При гигиенической регламентации промышленных микроорганизмов, как правило, лимитирующим критерием вредного действия является сенсибилизирующий эффект. Сравнительный анализ собственных результатов и банка данных по гигиенической регламентации около 100 биотехнологических микроорганизмов показал, что подавляющая часть штаммов (около 80 %) обладала сенсибилизирующими свойствами и была нормирована по этому признаку. С учетом
Структура массива промышленных микроорганизмов в зависимости от таксономического положения и лимитирующего показателя вредного действия. А — микроорганизмы, нормированные по аллергенному эффекту
таксономического положения изученных микроорганизмов также имело место это утверждение — среди бактерий аллергенными свойствами обладали 75 %, среди актиномицетов — 67 %, среди микромицетов — 80 % (рисунок.).
Указанные выше основные положения и выводы о характере биологического действия микроорганизмов на организм позволили разработать и научно обосновать классификацию микроорганизмов по степени их опасности воздействия на организм (табл. 1).
Согласно представленной классификации все микроорганизмы, имеющие контакт с человеком, разделены на 4 класса. Признаки патоген-ности при однократном введении больших доз микроорганизмов положены в основу деления микроорганизмов на 2 группы. На основании учета этих признаков 1-й класс (особо опасные инфекции) и 2-й класс (опасные микроорганизмы) являются патогенными и не должны быть рекомендованы к использованию в биотехнологической промышленности.
Определено, что наиболее значимые интегральные показатели патогенности: пороговая
доза, характеризующая скорость проникновения штаммов, и минимальная доза высевания из крови и внутренних органов должны быть более 107 кл/жив. для промышленных штаммов. Далее для непатогенных штаммов присуще только кратковременное пребывание (персистирование) в организме теплокровных животных, а не размножение и диссеминация, что характерно для патогенных микроорганизмов [1].
Собственные исследования по изучению патогенных свойств показали, что биотехнологические штаммы не проявляли вирулентных, токсичных и токсигенных свойств в отношении теплокровных животных (табл. 2). Микроорганизмы, не обладающие патогенными свойствами, отнесены к 3-му (умеренно опасные) и 4-му (мало опасные) классу опасности.
Однако длительный контакт с производственными штаммами может приводить к неблагоприятному воздействию на здоровье человека, поэтому они требуют обоснования безопасных уровней воздействия и оценки риска воздействия на организм в условиях производства. В связи с этим в основу деления биотехнологических
Т а б л и ц а 1
Гигиеническая классификация микроорганизмов по степени опасности воздействия на организм
Показатель 1-й класс | 2-й класс 3-й класс 1 4-й класс
Показатель патогенности — пороговая доза, кл/жив. < 107 > 107
— минимальная доза высевания, кл/жив. < 107 > 107
— диссеминация в кровь и органы, дни Диссеминация 1—30 дней Персистирование 1—15 дней
ПДКр.з., кл/м3 Не рекомендуются к использованию в биотехнологической промышленности < 5 х 103 >5 х 103
ПДКа.в., кл/м3 < 5 х 102 >5 х 102
Lim , кл/м3 ch sens ' < 5 х 104 > 5 х 104
Lim . . , кл/м3 ch imm ' < 5 х 104 > 5 х 104
Lim ,■ , кл/м3 ch dis ' < 5 х 105 > 5 х 105
Промышленные микроорганизмы кл/жив «Пороговая» доза, кл/жив Диссеминация
Сроки высева сут. Min доза, кл/жив Орган-мишень
Микромицеты Aspergillus, Penicillium, Tolypocladium, Candida > 109-12 109-10 2 109-11 Кровь, почки, селезенка
Грамположительные бактерии (Bacillus), нокардиоформные актиномицеты (Rhodococcus) > 1010-12 109-11 2 109-11 Кровь, почки, селезенка, печень
Грамотрицательные бактерии Alcaligenes, Pseudomonas, E.coli 1010-12 108-9 2,5 108-10 Кровь, почки, селезенка
1-й класс — особо опасные инфекции.
2-й класс — опасные микроорганизмы, возбудители других инфекционных заболеваний.
3-й класс — умеренно опасные микроорганизмы.
4-й класс — мало опасные микроорганизмы.
Т а б л и ц а 2
Показатели патогенности биотехнологических штаммов микроорганизмов при однократном внутрибрюшинном введении
штаммов на 3-й и 4-й классы положены количественные показатели, определяющие соотношение основных вредных эффектов микроорганизмов, — величина ПДК в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе, порог хронического действия по сенсибилизирующему эффекту (Limh ), пороги хронического действия иммунотропного (Lim . . ) и дисбиотического действия (Lim , ).
4 _ch imm _ 4 ch dis7
По таксономической структуре к 3-му классу опасности (умеренно опасные микроорганизмы) относятся грамотрицательные бактерии (Pseudomonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Azotobacter и др.), актиномицеты (Actinomyces, Streptomyces), микромицеты (Aspergillus, Penicillium, Tricho-derma, Tolypocladium) и дрожжеподобные грибы рода Candida. На их долю приходится 70 % всех используемых в промышленности микроорганизмов, что свидетельствует об актуальности и необходимости проведения исследований по оценке опасности микроорганизмов, регламентированию и оценке их риска для здоровья работающих.
Среди штаммов, относящихся к 3-му классу опасности, можно выделить группу микроорганизмов (несколько видов дрожжеподобных грибов Candida, отдельные виды Pseudomonas, A.terreus, всего 11 %), которые обладают выраженным неблагоприятным действием на организм и имеют низкий норматив на уровне 102 кл/м3. Принимая во внимание клинико-гигиенические данные о выраженном действии этих штаммов, биотехноло-
гические производства отказываются от использования микроорганизмов с высоким аллергенным потенциалом (например, дрожжеподобные грибы рода Candida) и перепрофилируются в сторону менее опасных штаммов в плане развития аллергических заболеваний.
Меньшая часть штаммов (30 %) относится к 4-му классу опасности (малоопасные). Основу этой группы составляют B.subtilis, B.licheniformis, а также представители родов Rhodococcus, Lactobacillus, Micrococcus, Propionibacterium, Brevi-bacterium, Corynebacterium. При этом неблагоприятное действие микроорганизмов этих родов на экспериментальных животных проявляется на значительно более высоких, чем 105 кл/м3 уровнях воздействия.
Вопросы соответствия и гармонизации методических подходов отечественных исследований с рекомендациями международных организаций являются важными для объективизации экспериментальных и клинико-гигиенических данных и координации дальнейшей деятельности, направленной на обеспечение безопасности условий труда и гармонизации трудового процесса на биотехнологических предприятиях.
В качестве основы безопасности процессов биотехнологии рабочей группой Европейской федерации биотехнологов (ЕФБ) была разработана классификация микроорганизмов по степени риска их использования и определена
Т а б л и ц а 3
Взаимоотношения классификации микроорганизмов по степени риска с правилами безопасности ЕФБ (Европейская федерация по биотехнлолгии)-ОЕСD (Organization of economical cooperation & development)
ЕФБ-класс Требования безопасности
1. Безвредные микроорганизмы Включает микроорганизмы, которые никогда не идентифицировались как этиологические агенты заболеваний у человека и не представляют угрозу для окружающей среды. 2. Малоопасные микроорганизмы Включает малоопасные микроорганизмы, которые могут вызывать заболевания у человека и поэтому могут представить опасность для лабораторных работников. Выделение в окружающую среду маловероятно. Профилактика доступна, лечение эффективно. 3. Умеренно опасные микроорганизмы Включает микроорганизмы, которые представляют определенную опасность для лабораторных работников, но сравнительно мало опасны для населения в целом. Профилактика доступна, лечение эффективно. 4. Высокоопасные микроорганизмы Включает микроорганизмы, которые вызывают тяжелые заболевания у человека и представляют серьезную опасность для лабораторных работников и населения в целом. Как правило, эффективная профилактика недоступна и эффективное лечение неизвестно, весьма маловероятно, что микроорганизмы этого класса будут когда-либо использоваться в крупномасштабных биотехнологических процессах. 5. Микроорганизмы, опасные для окружающей среды (Группа Е) Эта группа содержит микроорганизмы, которые в большей степени опасны для окружающей среды, чем для человека. Категория ограничения 1 Категория ограничения 2 Категория ограничения 3
взаимосвязь классов опасности микроорганизмов и требованиями безопасности к ним, категории ограничения OECD, применяемыми как в лабораториях, так и на биотехнологических производствах (табл. 3).
Сопоставление классификаций выявляет их соответствие по классам опасности, однако отечественная классификация определяет таксономическую структуру используемых штаммов-продуцентов и содержит количественные показатели оценки патогенности и опасности новых штаммов, что свидетельствует о большей детализации и ее достоинстве. За отсутствием конкретных данных в отечественной классификации не выделена группа микроорганизмов, более опасных для окружающей среды, чем для человека.
Таким образом, на основе собственных результатов исследования и анализа данных информационного банка предложена классификация микроорганизмов по степени опасности воздействия на организм, адаптированная для целей гигиенического нормирования и унифицированная с международными рекомендациями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пивоваров Ю.П., Мялина Л.И., Королик В.В. Критерии оценки патогенных свойств штаммов-продуцентов, предлагаемых для использования в промышленности микробиологического синтеза: Методические рекомендации. М., 1992.
2. Постановка исследований для обоснования предельно допустимых концентраций производственных штаммов микроорганизмов и на их основе готовых форм препаратов в воздухе рабочей зоны: Методические указания. М.: МЗ
СССР, 1983. № 2955—83.
3. Предельно допустимые концентрации (ПДК) микроорганизмов-продуцентов, бактериальных препаратов и их компонентов в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны: Сб. гиг. нормативов с участием Н.Г. Иванова, М.В. Далина, Н.П. Сергеюк, Н.И. Шеиной и др. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2007.
4. Скрябина Э.Г., Шеина Н.И. // Russian J. of Immunology. 2004. Vol. 9. Suppl. Объединенный иммунологический форум. P. 123.
5. Шеина Н.И. // Материалы IV Всероссийского конгресса «Профессия и здоровье». М., 25—27 октября
2005. С. 164—165.
6. Шеина Н.И. // Вестн. Российского гос. мед. университета. 2007. № 3 (56). С. 66—71.
7. Шеина Н.И. // Мед. труда. 2007. № 11. С. 21—26.
8. Шеина Н.И., Буданова Е.В. // Токсикол. вестн.
2005. № 5. С. 23—27.
9. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Иванов Н.Г. // Там же. 2005. № 3. С. 12—15.
10. Environmental health criteria program. Agreed terms on health effects evolution, risk and hazard assessment of environmental agents. Preliminary draft. Brussels: WHO, 1994.
Поступила 11.12.08
УДК 612.017.1-056.43:636.5/.6-057
И.Д. Рыбаков, А.Б. Бакиров, Л.М. Масягутова
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ У РАБОТНИЦ СОВРЕМЕННЫХ ПТИЦЕФАБРИК
ФГУ науки Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, г. Уфа
Представлены результаты изучения иммунологических показателей у работниц современных птицефабрик. Показано, что под воздействием профессиональных факторов страдают все звенья иммунитета. Предложен коэффициент для диагностики латентной сенсибилизации.
Ключевые слова: промышленное птицеводство, факторы аллергизации организма работниц, иммунный статус.
I.D. Rybakov, A.B. Bakirov, L.M. Masyagutova. Immunologic aspects of allergic conditions formation in female workers of contemporary poultry factories. The article presents results of studies covering immune parameters in female workers of contemporary poultry factories. Occupational factors were proved to affect all immunity divisions. The authors suggested coefficient for latent sensitization diagnosis.
Key words: poultry farming industry, sensitizing factors of female workers, immune state.
