©
Доброборский Б.С.
ТЕРМОДИНАМИКА
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Глава 4
Количественные оценки
воздействия на живые организмы
параметров внешней среды
4.1. Виды количественных оценок
Количественная оценка
воздействия на живые организмы параметров внешней среды является одной из
наиболее серьезных научных проблем. Основная трудность
заключается в том, что живые организмы и внешняя среда характеризуются
множеством различных параметров, имеющих различную природу и различные
единицы измерения. К настоящему времени
известны пять основных способов оценки воздействия на живые организмы
параметров внешней среды: бальная оценка, оценка по степени риска, оценка по
флуктуирующей асимметрии, оценка по анкетам и оценка по времени
восстановления функциональных сдвигов. Наиболее распространенными из них
являются бальные оценки при определении тяжести и напряженности труда, а
также оценка с помощью анкетных опросов, использующаяся при различных
психологических исследованиях. Рассмотрим указанные системы оценок более
подробно. 4.2.
Бальная оценка
Бальная
оценка представляет собой перечень всевозможных видов нагрузок,
воздействующих на организм, каждый из которых имеет определенный вес,
выраженный в баллах. В
зависимости от количества набранных баллов тот или иной вид трудовой
деятельности или характеристика внешней среды оценивается в соответствующих категориях. В
таблице 3.1 представлен пример классификации условий труда с помощью системы
баллов. Основные недостатки способа оценки с помощью баллов заключаются в том, что он метрологически необоснован, не отражает все возможные сочетания параметров окружающей среды, часто являющиеся потенцирующими и поэтому обеспечивает весьма приближенную оценку реальной ситуации. Таблица 3.1. Классы условий труда по показателю
температуры воздуха (0С, нижняя граница) для открытых территорий в
холодный период года и в холодных (не отапливаемых) помещениях
4.3. Оценка по степени риска
Оценка по степени риска представляет собой три вида процедур: a) идентификацию опасности, оценку воздействия, оценку зависимости "доза - ответ" и характеристику риска; б) научную
оценку источников (токсических свойств химического вещества или
свойств физических факторов) и условий их
воздействия на человека,
направленную на установление вероятности того, что экспонированные люди
окажутся пораженными, а также на характеристику природы тех эффектов, которые
у них могут возникнуть; в) оценку вида и степени выраженности опасности, создаваемой источником в результате существующего или возможного воздействия на определенную группу людей, а также существующий или потенциальный риск для здоровья, связанный с данным источником. Способ оценки по степени риска в большинстве случаев обеспечивает возможность прогнозирования влияния внешней среды на основании статистических данных. Однако этот способ не выявляет основные источники, определяющие степень риска в случаях комбинированного действия многих источников, а так же не дает конкретную количественную биологическую (физиологическую) оценку величины поражения людей. 4.4. Оценка методом биоиндикации
Биоиндикация - способ ориентировочной оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее разнообразных живых организмов и их сообществ, например угнетения или развития фитопланктона в водной среде. Из всего многообразия известных методов биоиндикационных исследований считается, что наиболее полно отвечает необходимым критериям метод анализа флуктуирующей асимметрии. Флуктуирующая асимметрия является следствием несовершенства онтогенетических процессов, неспособности организмов развиваться по точно определенным путям. По феноменологии она представляет собой
небольшие ненаправленные отклонения живых организмов от строгой билатеральной
симметрии. При этом различия между сторонами не являются строго генетически
детерминированными и, следовательно, зависят, в основном, от внешних условий.
Оценка флуктуирующей асимметрии производится в баллах. В таблице 3.2 приведен
пример такой оценки для определения стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии
морфологических структур. Таблица 3.2. Степень отклонения среды от нормы по нарушению
стабильности развития наиболее массовых (фоновых) видов
Методика основана на выявлении, учете и сравнительном анализе асимметрии у разных видов живых организмов по определенным признакам.
Рис. 3.18. Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula)
Определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических структур при использовании меристического (счетного) признака у каждой особи производится путем просчета числа определенных структур слева и справа в указанных границах. Популяционная оценка выражается средней арифметической различия в количестве структур слева и справа. При использовании пластического (мерного) признака у каждой особи измеряют определенные структуры слева и справа. Величина асимметрии вычисляется путем деления разницы в промерах на двух сторонах на их сумму. Приведем в качестве примера методику оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula). На рис. 3.18. представлена схема морфологических признаков, использованных для этой оценки. Методика измерений заключается в следующем. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Потом разгибают лист и по образовавшейся складке измеряют расстояние от границы центральной жилки до края листа. Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя используют пятибалльную шкалу. Основным недостатком метода является невозможность определить причины флуктуирующей асимметрии и весьма условная ее количественная оценка. 4.5. Оценка по анкетным опросам
Оценка по анкетным опросам — один из видов опросных методов, применяемый для получения эмпирической информации, касающейся объективных фактов, знаний, мнений, оценок и поведения. Этот метод широко используется в социологии, психологии, педагогике, других областях науки и практики (напр., в профилактической медицине для широкомасштабного выявления лиц с риском заболевания ишемической болезнью сердца). Существенной особенностью метода является опосредованный характер взаимодействия между исследователем и исследуемым (респондентом), которые общаются при помощи анкеты, причем респондент сам читает предлагаемые ему вопросы и сам фиксирует свои ответы. 4.6. Оценка по времени восстановления функциональных сдвигов
Оценка по времени восстановления
функциональных сдвигов представляет собой способ, обеспечивающий
количественную интегральную объективную оценку воздействия на живые организмы
любых нагрузок любого состава и в любых сочетаниях.
Способ основан на закономерности зависимости времени восстановления
функционального сдвига от величины нагрузки, вызвавшей этот сдвиг. Эта
закономерность была рассмотрена в разделе
3.4. Использование
параметра времени для оценки воздействия на живые организмы внешней среды
решает сразу несколько основных проблем: 1) соизмеримости различных по природе и единицам измерения факторов внешней среды и параметров живых организмов; 2) объективности результатов измерений, метрологического обоснования результатов измерений; 3)
выявления основных
факторов, определяющих характер воздействия внешней среды; 4) определение наиболее эффективных путей уменьшения вредного воздействия
параметров внешней среды. Как уже было указано в разделе 3.4, закономерность восстановления функционального сдвига происходит по экспоненциальному закону, не позволяющему точно определить время его восстановления. Поэтому в этом методе прямые измерения времени восстановления заменены относительными измерениями. При этих измерениях относительная величина времени восстановления производится путем анализа закономерности изменений скорости процесса восстановления функциональных сдвигов. На рис. 4.19.
представлены графики, на которых показаны четыре процесса восстановления
функциональных сдвигов.
Рис. 4.19. Графики
восстановления функциональных сдвигов. Как видно из рис. 4.19, процессы восстановления функциональных сдвигов подчиняются одному и тому же экспоненциальному закону, но происходят с различными скоростями. Здесь следует обратить внимание на то, что различные функциональные сдвиги, например частота сердечных сокращений, тремор, артериальное давление или вибрационная чувствительность, имея различную физическую сущность и размерность, и характеризуясь абсолютно разными физиологическими показателями, при анализе процессов их восстановления становятся соизмеримыми, так как они сравниваются по одному и тому же параметру – времени восстановления. В связи с этим для количественной характеристики этих процессов был предложен новый физиологический (гигиенический) показатель - эргоемкость, со следующим определением:
Кроме собственно измерения условного времени восстановления функциональных сдвигов, большое значение имеет время воздействия нагрузок, вызвавших функциональные сдвиги. В связи с этим
введен еще один показатель – удельная эргоемкость со следующим определением:
Для количественной оценки удельной эргоемкости предложена новая единица измерения – D (Ди). Этот способ, а также показатели эргоемкость и удельная эргоемкость пока не введены в нормативные документы, но тем не менее они нашли свое применение при гигиенических исследованиях различных видов промышленного оборудования: горных машин, компьютерных рабочих мест, рабочих мест авиадиспетчеров и другого, так как в результате применения этого метода, кроме собственно оценки воздействия параметров окружающей среды, за счет соизмеримости этих параметров и физиологических показателей возможно определение наиболее эффективных путей ее улучшения. Необходимо отметить, что определение закономерности скорости восстановления функциональных сдвигов с точки зрения математики является достаточно сложной задачей, в связи с чем для этой цели была разработана специализированная компьютерная программа «Loqus 2003.1». Эта программа высчитывает условное время восстановления - эргоемкость любых функциональных сдвигов и их соотношения и определяет удельную эргоемкость. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
