CC BY
23
УДК 613.633:628.511.132
РАЗРАБОТКА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ПЫЛИ
ЗЕРНО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
12 2 Шевляков В.В. , Эрм Г.И. , Чернышова Е.В.
1-УО «Минский инновационный университет», Минск, Республика Беларусь 2-РУП «Научно-практический центр гигиены», Минск, Республика Беларусь
Цель работы заключалась в экспериментальном обосновании групповой ПДК в воздухе рабочей зоны органической пыли зерно-растительного происхождения. Антигенные белоксодержащие субстанции мучной и перловой, ячневой, овсяной и гречневой крупяной пыли определяют их выраженную сенсибилизирующую способность. Установленные однотипные механизмы и выраженность иммуно-аллергических эффектов, идентичные величины надпороговых по критерию ведущего вредного аллергического действия на организм и недействующих концентраций по белку микст-экстрактов из однотипных образцов пыли аргументировали групповой гигиенический норматив содержания в воздухе рабочей зоны комбикормовой, мучной и крупяной пыли на уровне 0,2 мг/м3 по белку, 2 класс опасности с отметкой «Аллерген».
Ключевые слова: пыль зерно-растительного происхождения и экстракты из нее, биологическое действие на организм лабораторных животных, гигиенический норматив
DEVELOPMENT OF MAXIMUM PERMISSIBLE CONCENTRATION OF ORGANIC DUST FROM GRAIN-PHYTOGENESIS IN AIR OF WORKING ZONE Shevlaykov V.V.1, Erm G.I.2, Chernyshova E.V.2
1-EE «Minsk Innovative University», Minsk, Belarus
2-Republican Unitary Enterprise «Scientific Practical Centre of Hygiene», Minsk, Belarus
The aim of this work consisted in an experimental justification of the group of MPC of organic dust from grain-phytogenesis in air of working zone. The antigenic protein-containing substances of flour, barley, oat and buckwheat cereal dust determine their expressed sensitizing ability. The installed of the same types of mechanisms and expression of immuno-allergic effects, identical values of above-threshold by criterion of the leading harmful allergic effect on an organism and inactive concentration by protein of mixed-extracts from the same dust samples argued the group hygienic regulation of content of feed, flour, cereal dust at the level of 0,2 mg/m3 by a protein, 2nd class of danger with the mark «Allergen» in air of working zone.
Key words: dust from grain-phytogenesis and extracts from it, biological effect on an organism of laboratory animals, hygienic regulation
Гигиеническими исследованиями на предприятиях переработки разных видов пищевого зерна, производства мучной и крупяной продукции установлено, что наибольший вклад в классификационную оценку степени вредности условий труда работников вносит пылевой фактор (класс 3.1-3.2). Вместе с тем действовавшие ПДК в воздухе рабочей зоны (далее ПДКврз) разных видов органической пыли растительного происхождения, нормированные ранее на уровне 2-6 мг/м3 в зависимости от содержания диоксида кремния, не учитывали различную гетероантигенную белоксодержащую составляющую органической пыли и ее вредное иммунотропное действие на организм. Следовательно, эти ПДК не могут обеспечить безопасные условия труда и профилактику профзаболеваний и требуют пересмотра с учетом специфического характера действия на организм, что и являлось целью исследования.
Материалы и методы. Использованы методические подходы к изучению биологического действия и регламентированию в воздухе рабочей зоны органической пыли по белку, разработанные и апробированные при нормировании органической пыли животного (птицеводческого и животноводческого производств, кормовых дрожжей и белковых добавок) и смешанного (комбикормовая) происхождения [1]. Это позволило целенаправленно провести исследования по обоснованию ПДКврз мучной
/ W W \ w / w и и w\
(ржаной и пшеничной) и крупяной (перловой, ячневой, овсяной и гречневой) пыли (далее - МП и КП), типичные образцы которых отобраны на разных технологических этапах из фильтров очистки воздуха общей вытяжной вентиляции. Из образцов МП и КП оригинальным методом получены экстракты (далее - ЭМП и ЭКП) с максимальным содержанием растворимых веществ, стандартизованные по белку (от 1,57 до 5,3 мг/мл).
Условия обращения, проведения экспериментов и выведения лабораторных животных из опыта основывались на принципах биоэтики. Результаты исследования подвергались статистической обработке с использованием пакета статистической программы STATISTICA 10.
Результаты и обсуждение. Изученные образцы МП и КП характеризуются низким содержанием свободного диоксида кремния (от 0 до 0,08%), минеральных веществ (соответственно 0,61-0,70 и 3,25-15,9%) и липидов (1,95-6,61%), но достаточно высокой удельной массой растворимого белка (3,75-4,0 и 5,5-10,4%). Следовательно, существенное фиброгенное действие этой пыли при поступлении в организм через органы дыхания маловероятно. При этом высокая концентрация в МП и КП растворимых белоксодержащих субстанций определяет наиболее вероятно при поступлении в организм формирование гипериммунного ответа.
По параметрам острой внутрижелудочной и внутрибрюшинной токсичности образцы МП и КП и экстракты из них отнесены к малоопасным веществам (IV класс), не обладали раздражающим кожу и слизистые оболочки действием.
Образцы МП и КП проявляли дозозависимую слабую неспецифическую мембраноповреждающую активность, не вызывали альтернативной активации системы комплемента крови in vitro. Существенного лейкоцитотоксического действия экстрактов из них не установлено, но они оказывали однотипное неспецифическое слабовыраженное влияние на активацию кислородного метаболизма в гранулоцитах крови, вызывали существенную активацию дегрануляции тучных клеток in vitro, сопровождаемую умеренной гистаминолиберацией и значительным гистаминообразованием в тучных клетках, особенно выраженные на большие дозы по белку. Следовательно, поступление в организм растворимых белковых субстанций МП и КП в больших дозах может вызывать неиммуногенную активацию механизмов формирования «псевдоаллергической реакции».
Внутрикожное введение экстрактов из пшеничной и ржаной МП и разной КП в стандартных дозах по белку вызывало формирование у морских свинок сходного по выраженности гипериммунного ответа, в котором превалируют механизмы немедленного анафилактического и замедленного клеточноопосредованного типов аллергических реакций с менее выраженными реакциями комплементзависимого цитотоксического и иммунокомплексного типов. По критериям классификационной оценки производственных аллергенов [2] испытанные образцы МП и КП по их антигенной составляющей дифференцированы ко 2 классу аллергенной активности (выраженные аллергены). Причем перекрестным тестированием сенсибилизированных опытных животных соответствующими экстрактами из разных видов МП и КП у них установлено наличие общих антигенных иммунодетерминант, что обусловливает возможность формирования полисенсибилизации организма при их изолированном ингаляционном поступлении.
Для обоснования величины ориентировочной безопасного уровня воздействия (ОБУВ) МП и КП в воздухе рабочей зоны использовали методическую схему и принципы, в основе которых заложено сравнение результатов исследования сенсибилизирующей способности изучаемого вещества в стандартных условиях эксперимента с близким по химической структуре и составу уже нормированным по аллергическому эффекту веществом - референс-аллергеном [1]. В качестве референс-аллергена для МП и КП наиболее подходящим является комбикормовая пыль, которая также в основном является веществом растительного происхождения, сходна с ними по физико-химической характеристике, обладает выраженной аллергенной активностью 2 класса и нормирована в воздухе рабочей зоны по лимитирующему показателю аллергического эффекта на уровне 0,2 мг/м3 по белку [3].
В сравнительных экспериментах при внутрикожной сенсибилизации морских свинок в стандартных условиях воспроизведения и выявления сенсибилизации
установлена мало отличающаяся по частоте (менее 25 %) и выраженности (p>0,1) аллергенная активность экстрактов из нормированной комбикормовой пыли, МП и КП при однотипных по направленности и интенсивности сдвигов показателей аллергологических тест-реакций in vivo и in vitro, что определяет вероятную величину ОБУВ в воздухе рабочей зоны МП и КП на уровне ПДКврз комбикормовой пыли - 0,2 мг/м3 по белку.
Для подтверждения адекватности соотнесения ОБУВ и предполагаемой ПДКврз МП и КП выполнены ингаляционные эксперименты с месячной интраназальной затравкой морских свинок смешанным пулом экстрактов из разных видов МП (в расчетных концентрациях по белку на уровне 5,0, 1,0 и 0,2 мг/м3) и белых крыс микст-экстрактом из КП (на уровне 1,0 и 0,2 мг/м3).
Месячное ингаляционное воздействие ЭМП в большой концентрации (5 мг/м3 по белку - 1 оп. гр.) вызывало формирование у морских свинок высокого уровня аллергизации со смешанным механизмом аллергических реакций немедленного анафилактического, замедленного клеточноопосредованного,
антителообусловленного цитотоксического и иммунокомплексного типов, сопровождаемой развитием иммунодефицитного состояния, проявляющегося существенным угнетением функциональной активности фагоцитов, Т-лимфоцитов и Т-супрессоров на фоне значимой нейтропении, Т-клеточной и лимфоцитофилии. Общетоксическое действие характеризовалось нарушениями у опытных животных показателей обезвреживающей функции печени (достоверное возрастание в сыворотке крови содержания мочевины и креатинина соответственно на 66 и 16%) и клубочковой фильтрации почками продуктов азотистого обмена (снижение клиренса креатинина в 1,65 раз по сравнению с контролем, p<0,05), активацией показателей перекисного окисления липидов и белков: достоверное возрастание в сыворотке и гемолизате крови малонового диальдегида (на 62,3%), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (на 25,8%) и глутатионредуктазы (на 33,2%), снижение на 29,8% глутатиона восстановленного и на 36,3% эксимиризации пирена при возрастании на 91,9% флуоресценции битирозина и показателя антиоксидантной защиты супероксиддисмутазы на 42,5% по сравнению с контролем, гематотоксическими проявлениями.
Субхроническое ингаляционное поступление в организм морских свинок 2 оп. гр. ЭМП в концентрации 1,0 мг/м3 по белку сопровождалось индукцией более низкой частоты выявления и выраженности аллергических реакций при малоизменяемых по отношению к контролю количественно-функциональных показателях фагоцитарно-лимфоцитарного звеньев иммунитета. У опытных животных выявлены нарушения только некоторых изученных морфофункциональных показателей гепатобилиарной и мочевыделительной систем (нарастание в сыворотке крови на 19% и снижение в моче в 1,42 раза по отношению к контролю содержания креатинина, p<0,05, увеличение концентрации в моче мочевины на 63,3%, p<0,05), только тенденции к возрастанию в
гемолизатах крови активности ферментов ГФДГ (на 14,4%, p<0,1) и глутатионпероксидазы (на 11,1%, p<0,1).
На концентрацию ЭМП на уровне 0,2 мг/м3 по белку все изученные интегральные и морфофункциональные показатели органов и систем опытных морских свинок не имели значимых отличий от величин контрольной группы.
Следовательно, ингалируемая концентрация экстракта из мучной пыли на уровне 5 мг/м3 по белку является эффективной по аллергическому, общетоксическому, иммуно- и гематотоксическому действию, на уровне 1 мг/м3 по белку - надпороговой по аллергическому и пороговой по общетоксическому, на уровне 0,2 мг/м3 по белку -недействующая по лимитирующему показателю аллергического эффекта.
Ингаляционное воздействие ЭКП в концентрации на уровне 1,0 мг/м3 по белку вызывало индукцию у всех опытных белых крыс слабой кожной аллергической реакции анафилактического типа. В то же время у 80% опытных животных установлены положительные провокационные кожные реакции через 24 часа после внутрикожного тестирования, уровни которых превышали по абсолютному (в 1,7 раза, p<0,05) и относительному (в 2,6 раза, p<0,05) показателям внутрикожного теста опухания лапы контрольные величины, что указывает на формирование в организме животных достаточно высокого уровня гипериммунного ответа по замедленному типу гиперчувствительности.
У опытных животных установлен высокий уровень реакции специфического лейколизиса (на 38,1% выше контрольного, p<0,1), что с учетом более высокой, по сравнению с контролем, комплементарной активности сыворотки крови (на 39%, p<0,05) свидетельствует об активации в организме животных механизмов комплементзависимого цитотоксического типа аллергических реакций.
Значимое возрастание в сыворотке животных циркулирующих иммунных комплексов (на 26,1% выше по отношению к контролю, p<0,01) косвенно свидетельствует и о формировании у опытных животных механизмов Ш-го иммунокомплексного типа аллергического процесса.
Гиперчувствительность смешанного типа у животных на антигены КП подтверждают высокие величины возрастания к контролю уровня и индекса специфической стимуляции в гранулоцитах крови кислородного метаболизма при их инкубации с ЭКП (на 29%, p<0,001).
Антигенная нагрузка опытных животных вызывала существенную компенсаторную активацию показателей фагоцитарного звена иммунитета, что проявлялось возрастанием зимозанстимулированного уровня кислородного метаболизма в гранулоцитах (на 41,3%, p<0,05) и в особенности индекса стимуляции (на 32,1%, p<0,05) на фоне снижения уровня спонтанного НСТ-теста ^<0,1), отразившееся на значительном возрастании величины фагоцитарного резерва (в 2,24 раза по отношению к контролю, p<0,05). Значимых сдвигов изученных показателей
гуморальной иммунологической резистентности организма (активность лизоцима, бактерицидная активность сыворотки крови и др.) не установлено.
Со стороны гематологических показателей периферической крови у опытных животных выявлено только значимое снижение количества эритроцитов с тенденцией компенсаторного возрастания их среднего объема, снижение содержания в крови гемоглобина за счет существенного уменьшения средней концентрации гемоглобина в эритроцитах, что отразилось и на достоверном снижении показателя гематокрита.
На концентрацию ЭКП на уровне 0,2 мг/м3 по белку среднегрупповые величины изученных иммуноаллергологических и морфофункциональных показателей у опытных животных существенно не отличались от таковых в контроле.
Следовательно, концентрация ЭКП на уровне 1,0 мг/м3 по белку является надпороговой по ведущему вредному аллергическому эффекту, а на уровне 0,2 мг/м3 по белку - недействующей.
Критерием гигиенического нормирования в воздухе рабочей зоны аллергоопасных белоксодержащих аэрозолей является величина фактической максимально недействующей по аллергическому эффекту концентрации [1]. Исходя из определенной в экспериментах недействующей по аллергическому эффекту концентрации ЭМП и ЭКП по белку, которая совпадает с величиной ОБУВ, установленной в сравнении с нормированным референс-аллергеном -белоксодержащей комбикормовой пылью, обоснованы ПДК органической мучной и крупяной пыли в воздухе рабочей зоны на уровне 0,2 мг/м3 по белку, 2 класс опасности с отметкой «Аллерген».
С учетом подобных санитарно-химических характеристик, аналогичного неспецифического дозозависимого действия на клетки-мишени организма, схожих по частоте выявления, механизмам и выраженности аллергических эффектов, а также совпадения пороговых и недействующих концентраций по лимитирующему показателю аллергического эффекта и величин ПДКврз комбикормовой, мучной и крупяной пыли обоснован групповой гигиенический норматив содержания в воздухе рабочей зоны аэрозолей зерно-растительного происхождения на уровне 0,2 мг/м3 по белку, 2 класс опасности с отметкой «Аллерген». Норматив утвержден и введен в действие постановлением Министерства здравоохранения Республики Беларусь.
Выводы.
1. Изученные образцы мучной (ржаной и пшеничной) и крупяной (перловой, ячневой, овсяной и гречневой) пыли, отобранные на разных технологических этапах переработки разных видов пищевого зерна, производства мучной и крупяной продукции, характеризуются отсутствием или крайне низким (до 0,08%) содержанием свободного диоксида кремния, но высокой удельной массой растворимых белоксодержащих субстанций, тогда ПДК этих органических аэрозолей в воздухе рабочей зоны не отражают критерий ведущего вредного фиброгенного действия на организм и не могут обеспечивать безопасность для здоровья работников.
2. Гетероантигенные белоксодержащие субстанции разных видов мучной и крупяной пыли обладают выраженной сенсибилизирующей способностью (2 класс аллергенной опасности), при поступлении в организм индуцируют гипериммунный ответ с преимущественной активацией механизмов немедленного анафилактического и замедленного клеточноопосредованного типов аллергических реакций, а в больших дозах могут вызывать и неиммуногенную активацию механизмов формирования «псевдоаллергической реакции».
3. При субхроническом ингаляционном поступлении в организм лабораторных животных белоксодержащие субстанции мучной и крупяной пыли вызывают развитие дозозависимых по выраженности аллергических, иммуномодулирующих и общетоксических эффектов. Концентрация экстрактов из мучной и крупяной пыли на уровне 1,0 мг/м3 по белку является надпороговой по критерию ведущего вредного аллергического действия, а на уровне 0,2 мг/м3 по белку недействующей.
4. С учетом однотипных по механизмам и близких по выраженности иммуно-аллергических эффектов, сходных пороговых и недействующих концентраций по лимитирующему показателю аллергического эффекта и величин ПДКврз комбикормовой, мучной и крупяной пыли обоснован групповой гигиенический норматив содержания в воздухе рабочей зоны аэрозолей зерно-растительного происхождения на уровне 0,2 мг/м3 по белку, 2 класс опасности с отметкой «Аллерген».
Список литературы:
1. Требования к постановке токсиколого-аллергологических исследований при гигиеническом нормировании белоксодержащих аэрозолей в воздухе рабочей зоны: метод. указания № 11-11-10-2002 // Сборник официальных документов по медицине труда и производственной санитарии. - Минск, 2004. - Ч. XIV. - С. 4-49.
2. Классификация и перечень аллергоопасных для человека промышленных веществ, основные меры профилактики: руководство Р11-11-11 РБ 02 // Сборник официальных документов по медицине труда и производственной санитарии. -Минск: Бизнесофсет, 2003. - ЧЖ - С. 94-126.
3. Шевляков В. В. Гигиена труда работников комбикормового и кормоприготовительного производств / В. В. Шевляков, Е. В. Чернышова, В. П. Филонов. - Минск: РИВШ, 2009. - 112 с.
