Закономерности формирования и гигиеническое регламентирование многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых орбитальных станций (ОС) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.00.32, доктор медицинских наук Мухамедиева, Лана Низамовна

• Мухамедиева, Лана Низамовна
• доктор медицинских наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор медицинских наук Мухамедиева, Лана Низамовна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.,.

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Гигиенические аспекты формирования химического состава воздушной среды пилотируемых космических аппаратов.

1.2. Принципы и критерии гигиенического регламентирования химических примесей в воздушной среде пилотируемых космических аппаратов.

РАЗДЕЛ 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Организация и проведение исследований с участием человека.

2.2. Исследования на животных.

2.3. Методы отбора и анализа проб воздуха.

2.4. Статистическая обработка данных.

РАЗДЕЛ 3. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКОГО

СОСТАВА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ, ФОРМИРУЮЩИХ

ВОЗДУШНУЮ СРЕДУ ПИЛОТИРУЕМЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ.

3.1. Гигиеническая оценка количественного и качественного состава химических примесей.

3.2. Чота превышения ПДКпка индентифицнрованных химичих вещв

3.3. Трансформация химических веществ.

3.4. Приоритетный перечень химических веществ-маркеров качества воздушной среды.

3.5. Суммарная загрязненность воздушной среды.

3.6. Резюме. Динамика характерных загрязнений воздушной среды в ходе длительной эксплуатации ОС "Мир" (1986-1999 гг.).

РАЗДЕЛ 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ

СРЕДЫ ОС ПО СОСТАВУ ХИМИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ.

4.1. Токсиколого-гигиеническая характеристика уровней загрязнения воздушной среды ОС.

4.2. Формирование и гигиеническая характеристика химического состава постоянного "химического фона" - бионейтрального уровня загрязнения воздушной среды.

4.3. Формирование воздушной среды сообщающихся модулей ОС.

4.4. Влияние смешения объемов воздуха стыкующихся модулей на формирование воздушной среды ОС.

4.5. Резюме. Закономерности формирования и обоснование концепции гигиенической оценки многокомпонентного химического загрязнения воздушной среды пилотируемых ОС.

РАЗДЕЛ 5. ГИГИЕНИЧЕСКОЕ РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПИЛОТИРУЕМЫХ ОС.

5.1. Гигиеническое регламентирование интермиттирующего воздействия химических примесей.

5.2. Экспериментальное обоснование величины интегрального показателя качества воздушной среды.

5.3. Резюме. Гигиенические показатели, регламентирующие многокомпонентное загрязнение воздушной среды пилотируемых ОС.

РАЗДЕЛ 6. КЛАССИФИКАЦИЯ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПИЛОТИРУЕМЫХ ОС.

РАЗДЕЛ 7. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРИ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ И МЕРОПРИЯТИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКИПАЖА.

7.1. Гигиеническая характеристика загрязнения воздушной среды химическими соединениями при разгерметизации служебных систем.

7.2. Гигиеническая характеристика загрязнения воздушной среды химическими соединениями, используемыми в качестве реагентов при проведении научных медико-биологических и технических экспериментов.

7.3. Гигиеническая характеристика загрязнения воздушной среды продуктами термоокислительной деструкции неметаллических материалов и горения.

7.4. Резюме. Гигиенические мероприятия обеспечения безопасности экипажа при нештатных ситуациях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности формирования и гигиеническое регламентирование многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых орбитальных станций (ОС)»

Актуальность проблемы

Загрязнение воздушной среды пилотируемых космических аппаратов вредными химическими соединениями является неблагоприятным фактором среды обитания. Поддержание уровней загрязняющих примесей, соответствующих требованиям гигиенических регламентов, является технически трудно решаемой проблемой из-за весовых и энергетических ограничений, характерных для космических кораблей и достигается профилактическими мерами на этапах наземной подготовки изделий, а в полете системами очистки и регенерации воздушной среды. Для нештатных ситуаций требуется превентивная разработка гигиенических мероприятий, обеспечивающих безопасность космонавтов.

Решение поставленных практических задач возможно при установлении закономерностей формирования загрязнения и экспериментального обоснования критериев гигиенической оценки качества воздушной среды при многокомпонентном загрязнении как научной базы для разработки медико-санитарного обеспечения безопасности экипажей, при осуществлении длительных космических полетов включая, автономные полеты межпланетных экспедиций. Современное представление о количественном и качественном составе химических микропримесей, загрязняющих воздушную среду герметичных помещений, формировалось исследованиями ученых нашей страны (В.В.Кустов, Л.А.'Гиунов, 1968, 1969, 1971; Ю.Г.Нефедов и соавт., 1966, 1967, 1969; В.П. Савина и соавт , 1979, 1980; Г.И.Соломин и соавт., 1979, 1980, 2001) и за рубежом (Р.К.Уандс, 1975; Андерсон и соавт., 1967; A.Y.Chiantella et al., 1966; У.Дж. Рипстайн с соавт., 1982; Marble et al, 1983). Авторами показано, что в пилотируемых космических аппаратах (ПКА) и их наземных аналогах формируется сложная по химическому составу воздушная среда, специфической особенностью которой является совокупность токсичных веществ характерных для жилых и производственных помещений, и подводных лодок (М.Т.Дмитриев и соавт., 1982; Э.Ю.Безуглая, 1986; Губернский Ю.Д. и соавт., 2001; J.H.Schulte, 1961; R.A. Saunders, 1967; Э.Джонсон, 1967; Р.К.Уандс и соавт., 1987; А.Е.Аврущенко с соавт., 2002).

Формирование многокомпонентного загрязнения воздушной среды обусловливает одновременное ингаляционное поступление в организм человека суммы веществ, сопровождающееся, как правило, изменением их биологической активности по сравнению с изолированным действием.

Однако до настоящего времени токсиколого-гигиеническая оценка качества воздушной среды пилотируемых орбитальных станций основывается на стандартах изолированного действия химических веществ с различными сроками осреднения по времени, что затрудняет объективную ее оценку. Следовательно, для адекватной оценки качества воздушной среды орбитальных станций необходимо обоснование концепции гигиенической оценки суммарной химической нагрузки на организм человека. Для решения данной проблемы необходимо изучение динамики характерных загрязнений воздушной среды в процессе многолетней эксплуатации пилотируемых ОС и оценка интегральной токсичности загрязняющих веществ.

Актуальность изучения динамики химического состава загрязняющих микропримесей при длительной эксплуатации космических объектов обусловлена и необходимостью рационального выбора веществ - маркеров качества среды с установлением реальных концентраций при воздействии их в смеси.

Орбитальные станции (ОС) по формированию воздушной среды - это уникальный гермообъект, завершение строительства которого происходит на орбите с присоединением модулей, транспортных и грузовых кораблей, периодическим увеличением численности экипажа, проведением ремонтно-восстановительных работ, нештатными ситуациями, что оказывает влияние на уровень загрязненности воздушной среды, количественный и качественный состав химических микропримесей. В связи с этим очевидна необходимость тщательного анализа и гигиенической оценки влияния этих факторов на формирование загрязнения воздушной среды и процессы формирования единой атмосферы сообщающихся модулей пилотируемых орбитальных станций.

Гигиеническое сопровождение нештатных ситуаций - одно из важных направлений медицинского обеспечения безопасности экипажа. В связи с этим представляется необходимым анализ нештатных ситуаций, которые наблюдались в длительно функционирующих пилотируемых ОС, и превентивная разработка мероприятий гигиенического обеспечения безопасности экипажа.

Цель исследований

Целью исследований являлось установление закономерностей формирования, обоснование концепции гигиенической оценки и на этой основе регламентирование многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых орбитальных станций.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

- анализ динамики химического состава и токсиколого-гигиеническая оценка загрязняющих химических соединений в процессе длительной эксплуатации пилотируемых ОС;

- токсиколого-гигиеническая характеристика уровней загрязнения воздушной среды ОС по их влиянию на функциональное состояние организма человека;

- токсикологическая оценка интермитгирующего и комбинированного действия химических веществ - маркеров загрязнения воздушной среды ОС;

- гигиеническая оценка динамики загрязнения химическими соединениями с различными физико-химическими свойствами при нештатных ситуациях и разработка гигиенических мероприятий обеспечения безопасности экипажа.

Научная новизна

По результатам исследований химического состава загрязняющих примесей в наземных макетных испытаниях ОС и в пилотируемых ОС "Салют-7", ОС "МИР" обосновано что:

- в герметичных помещениях при штатном функционировании систем очистки и исключении дополнительных источников загрязнения антропогенного и техногенного генеза формируется многокомпонентная воздушная среда с содержанием химических соединений на порядок ниже ПДКпка и в следовых количествах с превалированием продуктов метаболизма человека;

- в пилотируемых ОС формируется многокомпонентная по химическому составу воздушная среда с превалированием техногенного загрязнения, характерными особенностями которой являются динамичность количественного и качественного состава химических соединений с периодическим резким изменением концентраций загрязняющих веществ ("всплески"), обусловленных привнесением загрязнений с воздушной средой стыкующихся модулей, грузовых и транспортных кораблей, газовыделений из доставляемых грузов, увеличением численности экипажа, трансформация химических соединений с образованием вторичных более токсичных веществ вследствие термоокислительны/ реакций в системах очистки и регенерации воздуха, деструктирующей активности космофизических факторов (солнечная активность).

Экспериментально обосновано разделение общего химического фона формируемого в воздушной среде ОС по токсиколого-гигиенической характеристике на три функциональных уровня: бионейтральный (постоянный химический фон), пороговый уровень, допустимый уровень (уровень допустимого риска). Показано, что гигиеническому регламентированию подлежат пороговый и допустимый уровни.

Обоснована и сформулирована концепция гигиенической оценки многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых ОС, предусматривающая интегральную оценку суммарной химической нагрузки на организм человека, регламентирование биоэффекта интермиттирующего воздействия ксенобиотиков, интенсивность образования вторичных токсичных соединений вследствие трансформации химических веществ.

Анализ и обобщение результатов санитарно-химических исследований проведенных в пилотируемых ОС позволили разделить нештатные ситуации на три основные группы:

- разгерметизация магистралей служебных систем, содержащих химические соединения в качестве рабочих тел, сопровождающаяся пролонгированным загрязнением воздушной среды;

- утечка химических соединений, которые используются как реагенты в биомедицинской и технической научной аппаратуре, сопровождающаяся загрязнением среды определенным количеством известных веществ, что позволяет прогнозировать уровень загрязнения и токсическую опасность;

- выброс в воздушную среду продуктов термоокислительной деструкции и горения неметаллических материалов, сопровождающийся единовременным, массивным выбросом высокотоксичных соединений

Теоретическая значимость работы

Установлены закономерности формирования воздушной среды при многолетней эксплуатации пилотируемых космических объектов.

Разработана концепция гигиенической оценки многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых орбитальных станций

Представлена классификация уровней загрязнения воздушной среды при нештатных ситуациях и критерии их оценки.

Показана возможность трансформации химических соединений с образованием вторичных более токсичных веществ под влиянием космофизических факторов (солнечная активность) и в системах очистки воздуха.

Разработаны и внедрены в практику интегральный показатель уровня загрязненности воздушной среды и нормативы, регламентирующие интермиттирующее воздействие ксенобиотиков.

Проанализированы нештатные ситуации характерные для длительно действующих пилотируемых космических объектов, внедрены и апробированы в реальных условиях мероприятия по обеспечению безопасности экипажа, включая установление временных характеристик выравнивания концентраций загрязняющих веществ в смежных модулях и расчетный метод определения концентрации веществ в каждом модуле при нештатных ситуациях.

Разработаны и внедрены в практику пилотируемой космонавтики отраслевые нормативы, инструкции и методические указания, определяющие требования и мероприятия санитарно-гигиенического обеспечения космических полетов:

1. ГОСТ Р 50804-95. Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Общие медико-технические требования (Разделы 6.2.3 - 6.2.10) Москва. Издательство стандартов, 1995 г.

2. Методические указания, определяющие перечень и объем допо гантельных мероприятий, обеспечивающих санитарно-химическую и токсикологическую безопасность экипажей ПКА. Москва. 1996 г.

3. Инструкция по проведению санитарно-гигиенической экспертизы (СГЭ) составных элементов (модулей) интегрированного р оссийского сегмента (ИРС) МКС и грузопотока, доставляемого на ИРС МКС. П 34772-082. 1999 г.

Для реализации на Международной космической станции разработаны и утверждены:

1. International Space Station Medical Operation Requirement Documents (ISS MORD), may 2000, (part 5.3).

2. ISS Joint Medical Operation Implementation Plan (JMOIP), may 2000 SSP 50480 (2.6 1.3 air quality, 2.6.1.1.4. Toxicology, Environmental monitoring part 3.10).

3. Flight Rules (part B13.2.2-1, B13.2.2-3, B13.2.2-4, part B17.2.1-5). NSTS-12820. Общие полетные правила по операциям на МКС. Управление полетных операций, 1999 -2002 гг.

4. Основные положения по токсичности среды обитания МКС. Международная космическая станция. Интегрированный российский сегмент. Часть 5. Нештатные ситуации, 2001 г.

5. Программа Российского медицинского контроля на Международной космической станции, 2001 г. (часть - Качество воздуха).

6. Basic provision on crew action in the event of a toxic release on the International Space Station Program (part 4, 5,6, 7, appendices). January, 2003.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Из многочисленных постоянных источников, формирующих многокомпонентное загрязнение воздушной среды пилотируемых орбитальных станций, преобладающее значение имеют техногенные, которые определяют: динамику количественного и качественного состава примесей, периодическое резкое увеличение ("всплески") концентрации химических веществ. В формировании уровня загрязненности среды важное значение принадлежит трансформации химических веществ с образованием вторичных более токсичных соединений, вследствие деструктирующей активности космофизических факторов (солнечная активность), окисления в системах очистки и регенерации.

2. По токсиколого-гигиенической характеристике общий химический фон воздушной среды пилотируемых орбитальных станций разделяется на три нкциональных уровня, подлежащих гигиенической оценке и регламентированию:

- бионейтральный или "постоянный" химический фон представленный веществами суммарный эффект которых ниже порога чувствительности рецепторных систем организма;

- пороговый уровень, характеризующийся наличием биологического эффекта на уровне порогового действия веществ при комбинированном воздействии;

- допустимый уровень (уровень допустимого риска), характеризующийся прогнозируемой частотой возникновения бж^ффекта в пределах гомеостатической адаптации.

3. Гигиеническая оценка многокомпонентного загрязнения воздушной среды пилотируемых орбитальных станций основывается на интегральной оценке суммарной химической нагрузки на организм человека с учетом характера комбинированного действия веществ в смеси и регламентировании интермиттирующего воздействия ксенобиотиков, формирующих периодические "всплески" их концентраций.

4. Химическое загрязнение воздушной среды пилотируемых орбитальных станций разделяется на уровни: безопасный, допустимый, опасный.

Безопасный и допустимый уровни, характеризуют воздушную среду при штатном функционировании систем очистки и регенерации. Опасный уровень загрязнения, подразделяется на нештатную, аварийную и критическую ситуации по величине превышения гигиенических (ПКДпкл) и аварийных (МДКпка) нормативов. Стратегия обеспечения безопасности экипажа определяется резервным временем средств индивидуальной защиты, основанного на отношении реальных или расчетных концентраций токсикантов к нормативам, возможностью локализации загрязнения и эффективностью средств очистки.

5. Гигиенические мероприятия по обеспечению безопасности экипажа при выбросе токсических веществ в воздушную среду включают этапы: формирование исходных данных с оценкой характера выброса веществ (залповый или пролонгированный), расчет времени выравнивания концентрации в модуле, в котором произошел выброс, прогнозирование концентраций веществ для каждого модуля; токсикологическую характеристику ситуации с определением экспозиционной концентрации веществ, токсического эффекта для каждого члена экипажа и оценкой возможных отсроченных реакций организма человека на воздействие; профилактические мероприятия, включающие выбор эффективных средств индивидуальной защиты и оценку резервного времени защиты экипажа.

Апробация работы и публикации

Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: IX Гагаринских чтениях (1979), I Всесоюзной конференции по токсикологии (1980, Москва); VIII Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах (1984, Николаев); VII, VIII, IX, X, XI, XII международных конференциях по космической биологии и авиакосмической медицине (1982, 1986, 1990, 1994, 1998, 2002, Калуга, Москва); Всесоюзной конференции "Проблемы оценки функциональных возможностей человека и прогнозирование здоровья (1985, Москва); III Всесоюзной конференции "Биоантиоксидант" (1989, Москва); Всесоюзной конференции "Экстремальная физиология, гигиена и индивидуальная защита человека" (1990, Москва); Научно-практической конференции "Актуальные вопросы общей и корабельной токсикологии" (1994, Санкт-Петербург); XXVI, XXVIII, XXX Международных конференциях по системам жизнеобеспечения (1996, 1998, 2000, США, Франция), I Съезде токсикологов России (1998, Москва); Всесоюзной конференции "Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях (2000, Москва); VIII Съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (2001, Казань), Российской конференции "Проблемы обитаемости в гермообъектах (2001, Москва).

Экспериментальные исследования выполнялись в рамках плановых НИР ГНЦ Института медико-биологических проблем РАН, 3 ГУ Минздрава РФ, Федеральной целевой программы фундаментальных и поисковых исследований Министерства науки и технологий, Федеральной и целевой программы фундаментальных и поисковых исследований Миннауки России, Российского авиационно-космического агентства, по программе "Мир-NASA".

По материалам диссертации опубликовано 33 работы в открытой печати Диссертация апробирована на расширенном заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ ИМБП РАН.

Заключение диссертации по теме «Авиационная, космическая и морская медицина», Мухамедиева, Лана Низамовна

ВЫВОДЫ

1. Многочисленность постоянных источников определяет многокомпонентность химического состава воздушной среды пилотируемых ОС с превалированием техногенного загрязнения закономерностями формирования которой являются: динамичность количественного и качественного состава ксенобиотиков, периодическое возникновение "всплесков" концентраций веществ-маркеров качества воздушной среды, трансформация химических веществ.

2. Трансформация химических соединений является постоянно протекающим процессом с образованием вторичных преимущественно более токсичных веществ. Трансформация химических соединений обусловлена: деструктирующей активностью космофизических факторов (солнечная активность), каталитическим окислением в системах очистки и регенерации воздушной среды и метаболическими превращениями в организме человека.

3. Суммарная загрязненность воздушной среды пилотируемых ОС, динамичность количественного и качественного состава и формирование "всплесков" концентраций химических соединений определяются: интенсивностью газовыделений доставляемых грузов; смешением воздушной среды ОС с атмосферой стыкующихся модулей, грузовых и транспортных кораблей насыщенных неметаллическими материалами и техническими средствами; увеличением численности экипажа. Практически полное смешение воздушной среды ОС и стыкующихся модулей большого объёма наблюдается за 4 часа, модулей малого объёма происходит примерно за 0,5 часа За это время не успевает проявиться эффект очистки от микропримесей, что сопровождается формированием "всплесков" концентраций токсикантов.

4. Общий химический фон воздушной среды, пилотируемых ОС по токсиколого-гигиенической характеристике разделяется на три функциональных уровня: бионейтральный (постоянный химический фон), пороговый уровень и допустимый уровень (уровень допустимого риска). Бионейтральный ("постоянный" химический фон) формируется химическими соединениями в концентрациях на порядок ниже ПДКпка и в следовых количествах. Суммарный биоэффект химических соединений данного уровня ниже порога чувствительности рецепторных систем организма не сопровождается

T7T wmwmmm <7 ' mr

190 аддитивным эффектом и может не учитываться при оценке комбинированного действия веществ в смеси. Гигиеническому регламентированию подлежат химические соединения, формирующие пороговый уровень с определением характера комбинированного действия веществ и допустимый уровень с экспериментальным обоснованием интермиттирующего воздействия ксенобиотиков.

5. Сформулированная концепция гигиенической оценки многокомпонентного химического загрязнения воздушной среды пилотируемых ОС, показала необходимость обоснования и разработки комплекса гигиенических показателей, характеризующих качество воздушной среды включающих: интегральный показатель уровня загрязненности воздушной среды и систему нормативов регламентирующих интермитгарующее воздействие химических соединений: ПДКпка - определяющая чистоту воздуха, ПДКрдз -регламентирующая допустимый уровень превышения ПДКпка (коэффициент превышения 10-15) и Рдоп - регламентирующая суммарную длительность воздействия ПДКраз и составляющая 5 %.

Интегральный показатель степени загрязнения воздушной среды применительно к штатным условиям эксплуатации ОС базируется на комплексном показателе "Р" и характеризует: чистый воздух - Р<1,0; безопасный Р=1,1-3,0; допустимый Р=3,1-5,0.

6 Нештатные ситуации, связанные с загрязнением воздушной среды разделяются на три основные группы.

- загрязнение химическими соединениями при разгерметизации служебных систем, сопровождающееся пролонгированным загрязнением воздушной среды;

- загрязнение химическими соединениями, которые используются как реагенты в биомедицинской и технической научной аппаратуре, сопровождается загрязнением определенными химическими соединениями, позволяющими с большой степенью вероятности прогнозировать уровень загрязнения и токсикологическую опасность ситуации,

- загрязнение воздушной среды продуктами термоокислительной деструкции неметаллических материалов и продуктами горения, которое сопровождается единовременным массивным выбросом смеси высокотоксичных соединений требующих оперативного химического анализа и адекватных гигиенических мероприятий.

7. Основными критериями классификации опасных уровней загрязнения воздушной среды ОС при нештатных ситуациях являются: резервное время средств индивидуальной защиты, определяемое соотношением концентрации ксенобиотика и аварийных регламентов, возможностью локализации загрязнения и эффективности систем очистки.

8. При нештатных ситуациях прогнозирование уровней загрязненности воздушной среды легколетучими соединениями целесообразно проводить с использованием экспериментально обоснованного расчетного метода, показавшего удовлетворительное совпадение расчетных и реальных концентраций веществ, обнаруженных в пробах воздуха отобранных в ОС "Мир" при нештатной ситуации связанной с термоокислительной деструкцией неметаллических материалов. Установлены вещества-маркеры (пропилен, метилметакрилат), реагирующие на начальные проявления термоокислительной деструкции неметаллических материалов и термической десорбции из них летучих компонентов рецептуры.

9. Выравнивание концентраций химических соединений по модулям при нештатных ситуациях проходит в два этапа: быстрое, в течение 1 часа, равномерное распоеделение по объему модуля, в котором произошла нештатная ситуация до практически полного (в течение 3 часов) выравнивания концентраций по смежным модулям, и последующее медленное (за счет очистки) выведение веществ из воздушной среды ОС.

10. Алгоритм гигиенического обеспечения безопасности экипажа при нештатных ситуациях включает: формирование исходных данных, токсикологическую характеристику ситуации, включая оценку возможных отдаленных последствий на здоровье экипажа, воздействующих концентраций с учетом длительности пребывания в загрязненном модуле, профилактические мероприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из многочисленных постоянных источников газовыделениЙ, формирующих многокомпонентное загрязнение воздушной среды ОС, преобладающее значение имеют техногенные (газовыделения из неметаллических материалов; смешение с воздушной средой стык>ющихся модулей, грузовых и транспортных кораблей, газовыделения доставляемых грузов, привнесение загрязнения на скафандрах при внекорабельной деятельности космонавтов, газовыделения из средств личной гигиены и дезинфицирующих средств), которые определяют динамику количественного и качественного состава химических веществ и периодическое формирование "всплесков" их концентраций. В процессе исследований формирования воздушной среды ОС установлен дополнительный фактор, влияющий на динамику количественного и качественного состава загрязнения -трансформация химических веществ с образованием вторичных, чаще более токсичных соединений, которая обусловлена деструктирующей активностью космофизических факторов (солнечная активность), окислением в системах очистки и регенерации воздушной среды.

Снижение суммарной загрязненности воздушной среды по мере увеличения длительности эксплуатации ОС определялось существенным снижением концентрации веществ приоритетного перечня (бензол, метилэтилкетон, метанол) и было обусловлено совершенствованием систем очистки и профилактическими мероприятиями по отбору и предполетной выдержке на газовыделение неметаллических материалов. Однако многолетний мониторинг качества воздушной среды показал, что каждый модуль, транспортный и грузовой корабли насыщенные неметаллическими материалами и техническими средствами, увеличивают суммарную загрязненность воздушной среды и нагрузку на систему ее очистки, являясь одним из постоянных источников формирования "всплесков" концентраций химических микропримесей, наряду с аналогичным эффектом при увеличении численности экипажа и неполной герметичности сборников отходов.

Отсюда следует необходимость тщательного подхода к проведению предупредительного контроля источников загрязнения воздушной среды ОС. Основное внимание должно быть сосредоточено на токсиколого-гигиенической наземной подготовке модулей, транспортных и грузовых кораблей, целесообразности применения токсичных веществ при изготовлении средств личной гигиены и дезинфицирующих средств.

Объектами контроля должны быть не только неметаллические материалы и изделия, насыщающие космические аппараты, но и технологические операции его изготовления связанные с применением летучих растворителей.

Изучение динамики характерных загрязнений воздушной среды в процессе длительной эксплуатации ОС и интегральной токсичности примесей позволило установить закономерности формирования воздушной среды (рис. 8.1.)- динамичность количественного и качественного состава загрязняющих микропримесей; формирование "всплесков" концентраций ряда нормируемых компонентов, превышающих на порядок и более соответствующие ПДКпка; трансформация химических веществ.

Прослеженная закономерность позволила систематизировать полученные данные по токсиколого-гигиенической характеристике и разделить общий химический фон воздушной среды пилотируемых ОС на три функциональных уровня: бионейтральный, пороговый и допустимый и экспериментально обосновать, что гигиеническому регламентированию подлежат химичесьие соединения, формирующие пороговый и допустимый уровни.

Установление закономерностей формирования воздушной среды герметичных помещений (стендовые испытания) и длительно функционирующих космических станций позволили обосновать концепцию гигиенической оценки многокомпонентного загрязнения, основными положениями которой являются: оценка суммарной химической нагрузки на организм человека, основанная на изучении характера комбинированного действия веществ и биоэффекта интермиттирующего воздействия ксенобиотиков, формирующих "всплески" их концентраций, интенсивность образования вторичных токсических веществ вследствие трансформации химических соединений (рис. 8.1.).

Экспериментальное обоснование формирования "постоянного" химического фона и отсутствие аддитивного эффекта веществ в концентрациях на порядок ниже ПДКпка и в следовых количествах позволило значительно (до 80%) сократить число химических соединений, которое необходимо учитывать при изучении суммарной химической нагрузки и разработки интегрального показателя качества воздушной среды.

Рис. 8.1. Схема закономерностей формирования и гигиенического регламентирования химического загрязнения воздушной среды пилотируемых ОС

Методом ранжирования по относительным концентрациям химических соединений формирующих пороговый и допустимый уровни (подлежащие гигиеническому регламентированию) установлен приоритетный перечень веществ, определяющих качество воздушной среды (ацетон, ацетальдегид, этанол, метанол, аммиак, метилэтилкетон), вклад которых в загрязнении среды составляет от 85 до 95%. При установлении приоритетности веществ, наряду с вкладом в суммарное загрязнение учитывались класс опасности вещества, кумулятивные свойства, частота превышения ПДКпка, максимальные концентрации и предрасположенность к трансформации с образованием более токсичных соединений.

Экспериментально обоснованы гигиенические регламенты многокомпонентного загрязнения воздушной среды ОС, включающие интегральный показатель уровня загрязненности среды пилотируемых ОС и нормативы, регламентирующие интермиттирующее воздействие ксенобиотиков (рис. 8.1).

Анализ нештатных ситуаций, наблюдавшихся на ОС "Салют-7" и ОС "Мир" позволил разделить их на три основные группы: разгерметизация магистралей служебных систем, сопровождающиеся пролонгированным загрязнением воздушной среды; загрязнение воздушной среды химическими соединениями, которые используются как реагенты при проведении биомедицинских и технических экспериментов; выброс в воздушную среду продуктов термоокислительной деструкции неметаллических материалов и продуктов горения.

Первые две группы нештатных ситуаций сопровождаются загрязнением воздушной среды ОС известным количеством определенных химических соединений, позволяющими с большей степенью вероятности прогнозировать уровень загрязнения и токсикологическую опасность. Третья группа нештатных ситуаций связана с единовременным, массивным выбросом в воздушную среду смеси высокотоксичных соединений, требующих оперативного химического анализа и принятия адекватных гигиенических мероприятий, обеспечивающих безопасность экипажа.

I игиеническое сопровождение нештатных ситуаций, связанных с разгерметизацией НИА, позволило сформулировать гигиенические требования к научной аппаратуре, в которой используются химические соединения: размещение НИА в модулях, обеспечивающих изоляцию от других обитаемых помещений ОС, критический анализ используемых химических соединений, исключение высокотоксичных веществ и замена их на менее токсичные, ограничения по количеству применяемых соединений, учет г

188 эффективности систем очистки и обеспечение экипажа адекватными средствами индивидуальной защиты и оперативного аналитического контроля.

Изучение динамики концентраций легколетучих химических соединений при нештатных ситуациях (выброс фреона-218 и возгорание ТИК) позволило установить важные временные характеристики выравнивания загрязнения легколетучими соединениями по смежным модулям: быстрое в течение 1 часа выравнивание концентрации в модуле, где произошла нештатная ситуация до практически полного смешения и равномерного его распределения в модулях в течение последующих 3 часов. Установить вещества-маркеры пропилен и метилметакрилат, реагирующие на начальные периоды проявления нештатных ситуаций связанных с термодекструкцией неметаллических материалов. Из токсикологически значимых продуктов выделены нитрилы карбоновых кислот. Удовлетворительное совпадение концентраций идентифицированных веществ полученных расчетным методом и при анализе проб воздуха доставленных с ОС в период нештатной ситуации, связанной с возгоранием показало возможным использование метода, основанного на расчете коэффициента скорости выведения вещества из объема системами очистки и соотношения равновесной и начальной концентрации вещества для прогнозирования уровней загрязнения модулей и превентивной разработки профилактических мероприятий.

При планировании мероприятий по обеспечению безопасности экипажа целесообразно придерживаться разработанного алгоритма, устанавливающего характер выброса токсичных веществ, включающего формирование исходных данных, токсикологическую характеристику ситуации, профилактические мероприятия.

Представленные материалы и классификацию уровней загрязнения воздушной среды рекомендуется использовать при разработке стратегии гигиенического обеспечения безопасности экипажа при нештатных ситуациях, моделировании процессов загрязнения и очистки воздушной среды, обосновании токсиколого-гигиенических регламентов, требований к используемым в ПКА неметаллическим материалам и индивидуальным средствам защиты

Проведенные исследования показали перспективность дальнейшего изучения влияния космофизических факторов на химические процессы и биологическую активность воздушной среды применительно к длительно функционирующим пилотируемым космическим объектам. Актуальность исследований влияния биотехнических систем (оранжереи, фрагменты биологических систем жизнеобеспечения) подчеркивается реальной возможностью расширения использования их на космических объектах при осуществлении длительных космических полетов, включая межпланетные.

Список литературы диссертационного исследования доктор медицинских наук Мухамедиева, Лана Низамовна, 2003 год

1. Абрамзон А.А., Зайченко Л.П., Файнгольд С.И. Поверхностно-активные вещества. // Л., Химия. 1988. с. 185-187.

2. Авалиани С.Л., Андрианов М.И., Вотяков А.В. Оценка распределения экспериментальных животных с различным статусом организма при воздействии комплекса химических факторов окружающей среды. // Гигиена и санитария. 1992. №9-10, с. 21-27.

3. Аверьянов А.Г. К вопросу об оценке воздушной среды в производственных помещениях при наличии в воздухе нескольких вредных компонентов. // Гигиена и санитария. 1957. № 8, с. 64-67.

4. Агеев В.А. Ультраструктурные изменения в гепатоцитах морских свинок при острой аммиачной интоксикации. // Труды III научной конференции ЦНИЛ. Воронеж. 1972. с. 7-8.

5. Аксель-Рубинштейн В.З., Нелюбов С.К., Быстрое И.В., Плохов Ю.М., Мусакин Г.А. Методы прогнозирования загрязнения газовой среды вредными химическими веществами применительно к российскому модулю Международной Космической Станции. С.-Пб. 1998. 160 с.

6. Аксель-Рубинштейн В.З., Быстрое И.В. Кинетика газовыделений из лакокрасочных покрытий. // Вопросы санитарной химии и токсикологии воздушной среды гермообъектов различного назначения. ИБФ. НИИГМТ, М.-Л., 1989. Вып. 6, с. 252-261.

7. Аксель-Рубинштейн В.З., Тиунов Л.А. О прогнозировании токсического эффекта при воздействии химических веществ в воздухе. // Гигиена и санитария. 1974. № 9, с. 85-87.

8. Алпатов И.М. Экспериментальное обоснование ПДК аммиака в воздухе гермокабин. // Материалы научной конференции Института гигиены труда и проф. забол. АМН СССР. М., 1962. с 200-203.

9. Андерсон Дж. Л., Снайдерс Р.А. Эволюция веществ в замкнутой атмосфере (пер. с англ.). // В кн.: "Человек под водой и в космосе". М., "Воениздат". 1967. с. 35-46.

10. Бабиков Ю.М., Рассказов Д.С. Органические и кремнийорганические теплоносители. // М., "Энергия". 1975. 272 с.

11. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. // Л., "Гидрометеоиздат" 1986. 200 с.

12. Березовая Т.Т. (под редакцией) Количественное определение общего холестерина сыворотки крови (по Блюру). // В кн.: Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. М., 1976. с. 165-166.

13. Боков А.Н. Динамика выделения вредных веществ в зависимости от времени после изготовления материала. // В кн : "Гигиена и токсикология высокомолекулярных соединений". Л., Химия. 1975. с. 24-27.

14. Большаков A.M., Крутько В.Н., Пуцилло Е.В. Оценка и управление рисками влияния окружающей среды на здоровье населения. М., Изд-во: "Эдиториал УРСС", 1999. с. 251.

15. Бонито Л А. О динамической оценке степени загрязнения атмосферы. // Гигиена и санитария. 1987. № 9, с. 56-57

16. Бройтман А.Я. К оценке комбинированного действия. // В. сб.: "Вопросы общей и частной промышленной токсикологии". Л., 1964. с 9-16.194

17. Буштуева К.А. Руководство по гигиене атмосферного воздуха. / Под ред. К.А. Буштуевой/ М., 1976. 84 с.

18. Буштуева K.A. К дискуссии о совершенствовании системы нормативов чистоты воздушного бассейна населённых мест. // Гигиена и санитария. 1982. № 7, с. 62-63.

19. Бэкк Т.А. Токсичность атмосферы космических кабин, (пер. с англ.) / В кн.: "Человек под водой и в космосе". М., "Воениздат". 1967. с. 168-173.

20. Ватуля Н.М., Найдина В.П. Исследование содержания жирных кислот в плазме крови с помощью газожидкостной хроматографии. // Актуальные проблемы космической биологии и медицины. М., 1980. с. 98-99.

21. Вебер Т.В. Контроль за атмосферой в имитаторах космических кабин. // В кн.: "Человек под водой и в космосе". М., "Воениздат". 1967. с. 267-301.

22. Величковский Б.Т., Кацнельсон Б.А. Этиология и патология силикоза. // М., Медицина. 1964. 179 с.

23. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. // М., Медицина. 1972. 72 с.

24. Временные методические указания по обоснованию предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., ГСЭУ МЗСССР. 1989. 110 с.

25. Временные указания по определению фоновых концентраций для нормирования выбросов. Минздрав СССР. 1981. 17 с.

26. Вязицкий П.О., Довгуша В.В., Кудрин И.Д. Очерки военной экологии. //Л., ЦВМУМО. 1989.388 с.

27. Газенко О.Г., Генин A.M. Человек под водой и в космосе. // В сб.: "Материалы симпозиума по проблемам токсикологии в замкнутых экологических системах". М., "Воениздат". 1967. 390 с.

28. Гамбицкий Е.В., Богданов А.Б., Сафронов В.А. Острые и хронические профессиональные отравления азотной кислотой и окислами азота. // JL, Медицина. 1974. 159 с.

29. Генин A.M. Некоторые принципы формирования искусственной среды обитания в кабинах космических кораблей. // Проблемы космической биологии. М., Наука. 1964. Т.З, с. 59-65.

30. Генин A.M., Шепелев Е.Я. Некоторые проблемы и принципы формирования обитаемой среды на основе круговорота веществ. // 15-й Международный астронавтический конгресс. М. Наука. 1964. с. 3-11.

31. Голиков С.Н. Неотложная помощь при острых отравлениях. // Справочник токсикологии. М., Медицина. 1978. с. 258-302.

32. Грасси Н. Химия процессов деструкции полимеров. // "ИЛ" М., 1959. 256 с.

33. Григорьев А.И., Газенко О.Г. Основные направления и результаты научных исследований Института медико-биологических проблем в период с 1963 по 1998 год. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1998. Т. 32, № 5, с. 4-17.

34. Губернский Ю.Д., Дмитриев М.Т. Гигиеническое нормирование плотности застройки селитебнойчасти городов. // Вестник АМН СССР. 1977. № 2, с. 50-56.

35. Губернский Ю.Д., Калинина Н.В. Гигиеническая характеристика химических факторов риска в условиях жилой среды. // Гигиена и санитария. 2001. № 4, с. 21-24.

36. Гуляева Л.Ф., Грижанова А.Ю., Громова О.А. и др. Микросомальная моноксическая система живых организмов и биомониторинг окружающей среды. // Новосибирск. 1994. с. 86-93.

37. Дмитриев Т.М. Загрязнение воздушной среды обитаемых помещений табачным дымом. // Там же, с. 76-79.

38. Дмитриев М.Т., Иванова Л.Ю., Чон-Би-де. Гигиеническое прогнозирование образования фотохимического смога в городах. // Гигиена и санитария. 1973. № 2, с. 8-13.

39. Дмитриев М.Т., Карташова А.В., Карташов B.C. Гигиеническая оценка трансформации альдегидов в атмосферном воздухе. // Гигиена и санитария. М., 1991. № 5, с. 8-11.

40. Дончев Н.А., Петрова С.Т. Патоморфологические изменения в печени крыс при комбинированном воздействии пестицида додик и нитрита. // Хигиена и Здравлеопазв., 1982. № 25, вып. 6, с. 553-564.

41. Жаворонков Ю.М. О совершенствовании системы нормативов чистоты воздушного бассейна населенных мест. // Гигиена и санитария. 1982. № 7, с. 58-61.

42. Жаворонков Ю.М. О законе распределения концентраций примесей в атмосферном воздухе и некоторых его приложениях. // Гигиена и санитария. 1980. № 2, с. 77-80.

43. Жаворонков Ю.М., Буштуева К.А. К построению комплексного показателя загрязненности атмосферного воздуха. // Гигиена и санитария. 1983. № 6, с. 7-9.

44. Журавлев В.В. Метод исследования вентиляторной функции легких с помощью прибора "Спиролит-2". // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1984. Т. 18. №6, с. 76-77.

45. Закон Российской Федерации "Об охране атмосферного воздуха". М., 1982.

46. Залогуев С.Н., Савина В.П., Мухамедиева Л.Н. и др. Санитарно-гигиеническая характеристика среды обитания орбитальной станции "Салют-7". // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1984. № 2, с. 40-43.

47. Зайцев Е.М., Гузенберг А.С. Разработка программ проведения математической обработки и анализа результатов обработки показателей качества газовой среды в обитаемых гермоотсеках КС. // РКК "Энергия" (отчет). 1993. 220 с.

48. Иванов Ю.И., Погорелюк О.Н. Статистическая обработка результатов медико-биологических исследований на микрокалькуляторах по программам. М., Медицина. 1990. с. 70-78.

49. Иванова С.М., Лабецкая О.И., Ярлыкова Ю.В. и др. Влияние АНОГ на метаболизм эритроцитов и функциональное состояние их мембран у женщин. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1997. № 1, с. 8-62.

50. Иванова С.М., Ярлыкова Ю.В., Лабецкая О.И. и др. Метаболические и структурные аспекты клеточного гомеостаза при длительной изоляции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1997. № 5, с. 39-45.

51. Иванова С.М., Поляков В.В., Шишканова З.Г. и др. Исследование системы красной крови у космонавтов в условиях длительных космических полетов. // Проблемы гематологии и переливания крови. 2002. № 1, с. 32.

52. Измеров Н.Ф., Саноцкий И.В Актуальные проблемы ограничения содержания вредных веществ в объектах окружающей среды. // Сборник научных трудов "Принципы и методы установления ПДК вредных веществ". М., 1983. с. 6-12.

53. Измеров Н.Ф. (ред.) Ацетон. // Научные обзоры по токсичности и опасности химических веществ. Центр международных проектов ГКНТ. 1986. 45 с.

54. Измеров Н.Ф. (ред.) Ацетальдегид. // Научные обзоры по токсичности и опасности химических веществ. Центр международных проектов ГКНТ. 1989. 63 с.

55. Иличкин B.C. Фукалова А.А. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. // Обзорная информация. М., ГИЦ. 1987. 68 с.

56. Иличкин B.C. Токсичность продуктов горенья полимерных материалов. // Принципы и методы определения. М., Химия. С.-Пб. 1993. 76 с.

57. Каган Ю.С. Способ количественной оценки комбинированного и комплексного действия на организм химических и физических факторов внешней среды. // Гигиена и санитария. 1973. № 12. с. 83-91.

58. Каган Ю.С., Штабский Б.М. Проблема изучения и оценки комбинированного действия ксенобиотиков. // Токсикологический вестник. 1996. № 5. с. 2-9.

59. Карлов В.Н., Баландина Т.Н. О новых методологических подходах в оценке приспособительных реакций организма в системе врачебно-лётной экспертизы. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1995 № 2, с. 28-31.

60. Карпенко В.Н., Диденко М.Н., Ташкер И.Д. и др. Комбинированное действие фосфорорганического пестицида ДДВФ и этанола. // Гигиена и санитария. 1993. № 1, с. 6466.

61. Кацнельсон Б.А. Проблема комбинированного действия токсических веществ при лих нормировании в воздухе рабочей зоны. // Токсикологический вестник. 1993. №2, с. 15-20.198

62. Кельцев Н.В. Основы сорбционной техники. М., Химия. 1976.126 с.

63. Кожевников Ю.Н. О перекисном окислении липидов в норме и патологии. // Вопросы мед. химии. 1985. Т. 31. вып. 5, с. 2-7.

64. Козлов Н.В. Аммиак, его обмен и роль в патологии. М., Медицина. 1971.125 с.

65. Козловская J1.B., Николаев А.Ю. Учебное пособие по клиническим лабораторным методам исследования. М., 1984. с. 22-72.

66. Костерина Е.И., Газиев В.А. Ускоренный метод санитарно-химической оценки газовыделений некоторых лакокрасочных покрытий. // Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. М., Медицина. 1972. с .50-60.

67. Константинова И.В., Антропова Е.Н., Зажирей В.М., Легеньков В.И. Изучение реактивности лимфоидных клеток у членов экипажей космических кораблей "Союз-Ь", "Союз-7", "Союз-8" до и после полета. // Космическая биология и медицина. 1973. №6, с. 35-40.

68. Константинова И.В., Антропова Е.Н. Влияние на систему иммунитета искусственной атмосферы обитаемых гермообъемов. // Проблемы космической биологии. М., Наука. 1980. Т. 42, с. 191-212.

69. Коробейникова Э.Н. Модификация определения продуктов перекисного окисления липидов в реакции с тиобарбитуровой кислотой. // Лабораторное дело. 1989. № 7, с. 8-9.

70. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. и др. Метод определения активности каталазы. // Лабораторное дело. 1988. № 1, с. 16-19.

71. Коротаев М.М., Кустов В.В., Мелешко Г.И., Михайлов В.И., Шепелев Е.Я. Токсические газообразные вещества выделяемые хлореллой. // Проблемы космической биологии. М., Наука. 1964. Т. 3, с. 204-209.

72. Коултрон .Ф.Д. Удаление следовых концентраций вредных примесей (пер. с англ.). // Человек под водой и в космосе. М., Воениздат. 1967. с 316-333.

73. Красников М.М. Обоснование методики прогнозирования характера комбинированного действия химических веществ при их гигиеническом регламентировании в атмосферном воздухе. // Автореферат дисс. канд. мед. наук. М., 1983. 23 с.

74. Красовицкая М.Л., Дмитриев М.Т., Кулеш Т.А. и др. Химические и фотохимические превращения производственных выбросов в атмосфере. // Гигиена и санитария. М., 1984. № 9, с. 9-11.t