И.С. Захаров, А.В. Ивакина

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Современная практика расчета санитарно-гигиенических и экологических нормативов на базе данных токсикологических опытов включает следующие этапы [1] :

3. Нахождение медианных концентраций, условно соответствующих 50% летальности или подавлению эффекта LC50 или EC50 (для отслеживания динамики воздействия).

Практика расчета ПДК выявила следующие недостатки обработки данных:

Возможность вычисления нормативов, не поддающихся измерению аналитическим методами. См., например, [3];

Отсутствие учета химических особенностей растворимости вещества, его распада и ресинтеза;

Вычисление нормативов содержания химических элементов, которые сравнимы с физиологическими нормами микроэлементов для организмов.

Одним из видимых источников погрешностей расчета нормативов является простая линейная регрессионная модель, которая охватывает весь мыслимый диапазон концентраций, при этом не отражая важных качественных изменений при количественном уменьшении концентрации Ci. Сами концентрации определяются не путем измерений, а лишь путем подсчета объемов воды для разбавления. При этом неявно предполагается, что вещество бесконечно растворимо, что не соответствует химической природе любого вещества. При количественных изменениях Ci, если измерения проводятся в области сверхмалых Ci, должны изменяться методики подготовки сред, кормов, реактивов. Поэтому при расчетах реакция организмов может соотноситься с меньшими, чем физически действующими концентрациями, что приводит к занижению нормативов.

Пробит-методы позволяют строить график регрессии по малому числу точек внутри диапазона концентраций, так как при расчетах в качестве еще двух опорных точек используются преобразованные значения 0 и 100% (L,E). Простота метода обработки данных оборачивается ее неточностью, погрешность вычисления медианных значений достигает величин 1000-10 000% и более [4] , но погрешность вуалируется коэффициентами пропорционального уменьшения, составляющими величину 100 - 10 000 для различных типов нормативов. Вся информация о сложности воздействия веществ на элементы экосистем теряется, что приводит в дальнейшем к ошибкам в оценке нанесенного ущерба.

Эти недостатки жесткой модели линейной регрессии в свою очередь обуславливают технико - экономические проблемы при формировании природоохранной политики: завышение класса измерения и стоимости контролирующей аппаратуры, увеличиение удельных энергоресурсных затрат для очистки, завышение величины экономического ущерба.

Для обеспечения адекватности математической модели задаче обработки данных токсикологических опытов необходимо создание методов обработки данных, которые позволили бы учитывать комплексный характер задачи уже на стадии постановки опытов.

Наиболее адекватными математическими моделями задаче обработки токсикологических данных могут стать “мягкие” измерения [5] с введением контекстно-зависимой шкалы концентраций Ci.

Предлагаемая процедура обработки данных основывается на следующих принципах:

1. Шкала концентраций для вычисления зависимости доза-эффект разбивается на несколько контекстно-зависимых диапазонов;

2. При попадании концентраций в различные диапазоны меняются условия постановки опытов и обработки данных.

3. Выделяется диапазон рабочих концентраций и диапазон экстраполяции данных.

4. Устанавливается нижний предел экстраполяции результатов, соответствующий природному “фону” элементов и примесей;

5. Линейная регрессия рассчитывается с учетом функции растворимости вещества.

6. Указывается диапазон разброса медианных концентраций с учетом которого определяется допустимый диапазон для нормативов.

Для реализации данной процедуры необходимо создать программный пакет, включающий статистические регрессионные программы, взаимодействующие с несколькими банками данных:

1)фоновых концентраций элементов в природных водах,

2)примесных концентраций в особо чистых веществах,

3)примесных концентраций в кормах, элементах системы тестирования,

4)функций растворимости веществ при заданных температурах, кислотности и солености, сведений о неравномерности распределения веществ,

5) методик измерения концентраций со значениями погрешностей,

5) методик организации опытов в различных диапазонах концентраций.

Алгоритм процедуры включает введение биологом необходимых ему для опытов концентраций вещества и проверку их попадания в поддиапазоны общей шкалы, полученной с помощью j наложенных шкал (см. рис.1). Программа рассчитывает объемы сред для разбавления и получения необходимых концентраций, выдает рекомендации по подготовке всех элементов эксперимента в соответствии с диапазоном концентраций, рекомендации по методам измерения. Фиксируются разбросы медианных концентраций по каждому из видов лабораторных организмов для использования этих результатов для методик оценки ущерба

Рис.1 Пример наложения ряда шкал концентраций при изучении токсичности вещества X.

1 - шкала фона (Ф) и примесей (П);

2.-шкала растворимости (Л-линейная, Н/Л- нелинейная) с учетом температуры, кислотности, солености среды;

3. шкала методов контроля (М1-М3), Н/К - неконтролируемый диапазон;

4.- шкала рабочих концентраций (Р) и экстраполяции (Э);

5.- шкала разброса значений LC50 для вещества X при воздействии на вид организма Y;

6.- текущая шкала вводимых концентраций вещества X

Программа “мягких измерений” в токсикологии позволит не только более корректно планировать проведение сложных токсикологических экспериментов для расчета нормативов, обоснованно скорректировать нормы без ущерба для здоровья человека и сохранности флоры и фауны. С ее помощью можно осуществить перепроверку результатов по уже полученным данным, если сохранилась информация об условиях постановки опытов. Разработка подобного комплекса программ также принесет значительный педагогический эффект при обучении будущих токсикологов.

1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. ПДК химических веществ в окружающей среде М1988 г

2. Ашмарин И.П., Воробьев А.А. Статистические методы в микробиологических исследованиях, Л.1962

3. Виноградова И.В., Павлов А.Л., Особенности использования серийных ртутных газоанализаторов при экологическом контроле// Вопросы экологии и охраны природы, вып.4 Л,1994 г.

4. ПДК наиболее распространенных химических веществ в воде морских водоемов// Отчет ВНИРО N36, 1978 г

5. Прокопчина С.В., Аверкин А.Н. Краткая концепция мягких измерений/ С-Пб, 1997 г.