Нормирование загрязняющих веществ в пищевых продуктах

Вредные вещества могут поступать в продукты питания (и далее — в организм человека) разными путями: из почвы через корневые системы растений, из воздуха — через наземный ассимиляционный аппарат (листья), а также в результате контакта при проведении защитных химических обработок растений против вредителей и заболеваний.

Предельно допустимые концентрации вредных химических со­единений в продуктах питания (ПДК_пр) разработаны для ряда химических элементов, способных в определенных количествах вызвать патологический эффект. «Временные гигиенические нор­мативы содержания химических элементов в основных пищевых продуктах» (1982) предусматривают дифференцирование ПДК_пр по различным видам продуктов (табл.5.5).

ПДК химических элементов в пищевых продуктах, мг ·кг ^–1 продукта

Таблица 5.5

Элемент	Виды продуктов
рыбные	мясные	молочные	хлеб, зерно	овощи	фрукты	Соки
Алюминий	30,0	10,0	1,0	20,0	30,0	20,0	10,0
Железо	30,0	50,0	3,0	50,0	50,0	50,0	15,0
Иод	2,0	1,0	0,3	1,0	1,0	1,0	1,0
Кадмий	0,1	0,05	0,01	0,022	0,03	0,03	0,002
Медь	10,0	5,0	0,5	5,0	10,0	10,0	5,0
Мышьяк	1,0	0,5	0,05	0,2	0,2	0,2	0,2
Никель	0,5	0,5	0,1	0,5	0,5	0,5	0,3
Олово	200,0	200,0	100.0	-	200,0	100,0	100,0
Ртуть	0,5	0,03	0,005	0,01	0,02	0,01	0,005
Свинец	1,0	0,5	0,05	0,2	0,5	0,4	0,4
Селен	1,0	1,0	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Сурьма	0,5	0,1	0,05	0,1	0,3	0,3	0,2
Фтор	10.0	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
Хром	0,3	0,2	0,1	0,2	0,2	0,1	0,1
Цинк	40,0	40,0	5,0	25,0	10,0	10,0	10,0

Для ряда сельскохозяйственных культур установлены ПДК_пр пестицидов и их метаболитов. Гигиенические нормативы учитывают физико-химические свойства пестицидов, время сохранения их остатков и метаболитов в пищевых продуктах, способы применения и особенности самих продуктов, т.е. рН клеточного сока, активность ферментных систем, проницаемость клеточных мембран. Поскольку экспериментальное определение ПДК_пр весьма длительно, для установления временно допустимых концентраций пестицидов (ВДК_пр) в продуктах питания используют расчетные методы.

Для расчета ВДК_пр пестицидов (мг·кг ^-1) Каган, Сасинович и Овсеенко (1971) предложили формулу:

ВДК_пр=0,13 • 10^-2 ЛД₅₀ +76.

Часть 6. Последствия загрязнения воздуха для здоровья человека

6.1. Пыль и аэрозоли

К вредным выбросам, загрязняющим атмосферу, относятся атмосферная пыль, газы и пары, которые прямо или косвенно отражаются на условиях жизни человека. Находящиеся в воздухе пыль и аэрозоли, как правило, не вступают в какие – либо особые химические реакции, но в сочетании с другими факторами могут нанести существ венный ущерб здоровью человека.

Под атмосферной пылью понимают взвешенные в воздухе твердые частицы с диаметром более 1 мкм. Эти частицы трудно классифицировать химически, так как они могут представлять собой как частицы кварца, так и органические материалы самого различного происхождения, в том числе и цветочную пыльцу растений.

Аэрозоли представляют собой коллоидные системы, в кото­рых дисперсионной средой служит, как правило, воздух. Диаметр диспергированных частиц согласно определению коллоидных систем, лежит в пределах: 0,1 - 0,001 мкм. В отличие от атмосферной пыли аэрозоли содержат не только твердые, но и жидкие частицы, образованные при конденсации паров или при взаимодействии, газов. Жидкие капельки могут содержать и растворенные в них вещества. Обычно к аэрозолям относят и ка­пельки диаметром 0,1—1 мкм, тогда как твердые частицы того же размера относят к аэрозолям реже, часто их характеризуют как тончайшую пыль.

В физиологическом отношении особое внимание следует уде­лить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится все более характерным для поведения газо­образного состояния, т.е. задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымы­ваются из воздуха дождям. Это увеличивает время их пребывания в атмосфере по сравнению с более крупными частицами.

Атмосферная пыль в аэрозоли могут иметь как природное, так и антропогенное происхождение. В результате природных процессов частицы солей попадают в воздух из морской воды, минеральная пыль — из сухой почвы, пыль и зола — при вулканических извержениях, твердые частицы дымов — при лесных пожарах и, наконец, такие твердые продукты, как нитраты и сульфаты, образуются в результате газовых реакций.

Атмосферная пыль и дымы антропогенного происхождения образуются в результате промышленных выбросов; зола и дымы — при сжигании топлива в промышленных, бытовых и транспортных котельных установках, ряд химических продуктов - при взаимодействии газов, среди этих продуктов особую роль играют сульфаты.

Время пребывания частиц в атмосфере и, следовательно, их распространение по земной поверхности зависит как от их вели­чины и плотности, так и от скорости распространения ветров, а также от того, на какую высоту частицы были подняты перво­начально. Крупные частицы обычно оседают в течение часов или суток, тем не менее, они могут переноситься на сотни километ­ров, если в начале оказались на достаточной высоте.

Те частицы, которые по своему поведению сходны с частицами газов (диаметр 1 мкм и меньше), в значительно меньшей сте­пени подвержены действию атмосферных осадков, время их пребывания в нижних слоях атмосферы составляет 10 — 20 суток.

Если пыль и аэрозоли достигают верхних слоев тропосферы, то они могут проникнуть и в стратосферу с помощью воздушных горизонтальных потоков между тропосферой и стратосферой с завихрениями на флангах.

Атмосферные пыль и аэрозоли, накапливающиеся над городами и промышленными зонами, имеют лишь региональное значение. Они образуют сгущения над первоначальными источниками, но при сильном движении воздушных масс эти загрязнения могут разноситься в подветренную сторону.

В областях с умеренным климатом выделение пыли в атмосферу заметно зависит от времени года; ее образование по естественным причинам достигает максимума в жаркие летние месяцы, а выделение пыли антропогенного происхождения над городами густо населенными районами максимально в отопительный зимний период. Главной причиной в последнем случае являются продукты, образующиеся при работе промышленных и бытовых котельных.

Область распространения пыли и аэрозолей, образующихся в закрытых помещениях, имеет четко ограниченный местный ха­рактер. При отсутствии вентиляции и вытяжных устройств концентрация загрязнений может приобрести такие размеры, что станет опасной для организма. Это особенно характерно для за­грязнений, вызывающих аллергию.

Атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучей. Эти процессы, связанные с действием диоксида углерода и других газов, поглощающих ультрафиолетовое излучение, заметно влияют на климат.

У частиц с диаметром более 1 мкм поглощение инфракрасных лучей значительно возрастает, в результате чего воздушные слои, содержащие подобные частицы, нагреваются, а нижние слои соответственно остаются более холодными. Частицы меньшего размера способствуют рассеянию света, но при диаметре менее 0,4 мкм они не оказывают заметного влияния на рассеяние света, хотя в соответствии со своей химической структурой могут погло­щать ультрафиолетовые лучи.

Частицы темного цвета, например частицы сажи, естествен­но, сильнее всего поглощают видимый свет и инфракрасные лучи, что приводит к самому интенсивному охлаждению земной поверхности.

Основная часть тропосферных и стратосферных аэрозолей со­стоит из частиц диаметром порядка 1 мкм и меньше. Эти частицы в первую очередь приводят к рассеянию в видимой области спектра, инфракрасное излучение они поглощают незначительно. Принято считать, что кратковременные изменения содержания аэрозолей могут привести к климатическим изменениям. Но эти предположения некорректны, поскольку влияние загряз­нений атмосферы аэрозолями следует рассматривать в совокуп­ности с другими факторами отражательной способностью зем­ной поверхности, содержанием в тропосфере газов, поглощаю­щих тепло, а также с наличием в стратосфере газов, разрушающих озон.

Проведенные исследования показали, что за прошед­шие 20 лет содержание сернокислотных аэрозолей в стратосфере ежегодно увеличивается примерно да 9%. Этот прирост приво­дит к постоянному появлению в ней серусодержащих образований антропогенного происхождения. Каждые 7,5 лет плотность сернокислотных аэрозолей в стратосфере удваивается. При такой скорости прироста сернокислотных аэрозолей за 25 лет их плот­ность удесятеряется. Это окажет такое же действие, что и извержение вулкана Агунг. Если последуют новые мощные вулканические извержения или в стратосфере появятся какие-либо газы, поглощающие тепло, то возможно заметное изменение климата, но на охлаждение воздушных масс, близких к земной поверхнос­ти, больше влияют теплопоглощающие газы в тропосфере. Тем не менее, необходимо внимательно следить за накоплением в стратосфере пыли и аэрозолей и за изменением в их поведении.

До сих пор систематически велись только измерения содержа­ния соединений серы в стратосфере, процессы их образования все еще окончательно не ясны. Наиболее достоверной представляет­ся реакция между диоксидом серы SO₂ и озоном Оз, однако не­обходимо учитывать и возможность взаимодействия SO₂ с ради­калами типа ОН·.

Для тропосферы бесспорно установлено образование сульфа­тов в результате реакции SO₂ с радикалами ОН·. При этом ра­дикалы ОН· образуются по цепным реакциям, сопровождающим фотолиз озона. Содержание озона в тропосфере составляет 10 — 100 млрд^–1 (млрд^–1 — миллиардные доли, или число частей на миллиард.). Под действием света озон претерпевает пре­вращения, образуя либо атомарный кислород в основном состоя­нии О(³P), либо возбужденный кислород в синглетном состоянии О(¹D):

l=310 нм

О₃ О₂ + О (³ Р) (6.1)

l=310 нм

О₃ О₂ + О (¹D) (6.2)

Возбужденный кислород с атмосферными парами воды может образовать радикалы ОН·:

О(¹D) + Н₂О ® ОН· + ОН· (6.3)

Исключительно высокореакционноспособные радикалы ОН· да­ют с SO₂ серную кислоту:

SО₂ + 2 ОН· ® H₂SО₄ (6.4)

В эту реакцию вступает не только SO₂ антропогенного проис­хождения, но и диоксид серы, полученный из восстановленных форм природных соединений серы, которые, видимо, окисляются с помощью радикалов ОН· в SO₂.

Тропосферные аэрозоли серной кислоты, в отличие от стратосферных аэрозолей, могут сохраняться в атмосфере только несколько суток — они либо выпадают в осадки вместе с дождями, либо откладываются в твердом виде. Выделение сульфатных осадков будет рассматриваться в связи с превращениями SО₂.

В тропосфере нейтрализация кислотных загрязнений осущест­вляется в первую очередь пылевидными частицами щелочного и щелочноземельного характера. В настоящее время эти процессы не получили количественной оценки.

В выхлопных газах автомашин, двигатели которых работают на моторном топливе с антидетонационными добавками на основе тетраэтилсвинца, можно обнаружить несгоревший тетраэтилсвинец (ТЭС). Выбросы последнего особенно велики при за­пуске холодного мотора, при этом концентрация ТЭС в выхлоп­ных газах может составлять 5 мг/м³. В городском воздухе идет разбавление до концентрации 0,1–1 мкг/м³. Чрезвычайно лету­чий, хотя и кипящий только при 200 °С, тетраэтилсвинец распро­страняется по воздуху и может достичь местности с незагрязнен­ным воздухом. При этом переносе ультрафиолетовые лучи с длиной волны 250 нм превращают ТЭС в радикал, который в присутствии еще неизвестного акцептора электронов (X) образу­ет ион тетраэтилсвинца:

l=250 нм

Pb(C₂H₅)₄ Pb(C₂H₅)₃· + C₂H₅·

¯ + Х (6.5)

Pb(C₂H₅)₃⁺ + X

Эта реакция протекает, на известном удалении от Зем­ли, где ультрафиолетовое излучение уже не очень ослаблено пылью и аэрозолями, находящимися вблизи поверхности. Особо характерное свойство Pb(C₂H₅)₃⁺ состоит в том, что благодаря его ионному характеру проявляются гидрофильные свойства, а наличие групп С₂Н₅ придает липофильный характер. Благодаря этим качествам ион тетраэтилсвинца может проходить через кле­точные мембраны и отлагаться внутрь организма на серусодержащих белковых молекулах. Пока нет прямых указаний об опас­ности ионов ТЭС для живых организмов. Считают, что ион тет­раэтилсвинца может обладать токсическим действием ввиду токсичности самого ТЭС. Возможен другой механизм образования иона тетраэтилсвинца — биологический.

Наряду с накоплением и созданием разрушающей реакцион­ной среды на твердых неорганических материалах пыль и аэрозоли могут, нанести значительный ущерб человеческому организму, разрушая здоровье людей, как прямым, так и косвенным образом.

6.1.1 Снижение активности УФ-лучей и образование витамина D

Ослабление потока солнечных лучей, приходящих на земную поверхность приводит к самым различным последствиям. При этом сокращается доля ультрафиолетового излучения, необходи­мого для поддержания физиологической активности. УФ-лучи, наряду с поддержанием нормальной температуры человеческого тела, необходимы для образования витамина D₃ из 7-дегидрохолестерина (провитамина D₃), содержащегося в коже в относительно высоких концентрациях. Витамин D₃ подвергается в печени и почках гидроксилированию с образованием физиологически активного 1a,25-дигидроксихолекальциферола. При недо­статке УФ-излучения первая стадия превращения (рис. 6.1) проте­кает в недостаточной степени, в результате чего организм ощуща­ет недостаток в витамине D₃, отрицательно сказывающийся на формировании костей. Связанное с недостатком витамина D₃ заболевание носит название рахита.

Также, УФ-излучение уничтожает микроорганизмы и оказывает стерилизующее действие. Уменьшение доли УФ-излу­чения, прежде всего в пыльной атмосфере больших городов, приводит к ослаблению стерилизующего действия УФ-лучей на микроорганизмы, и соответственно к повышению возможности возникновения инфекционных бактериальных забо­леваний.

Рис. 6.1. Превращение 7-дегидрохолестерина в витамин D₃.

6.1.2. Силикоз и асбестоз

Непосредственное воздействие пыли и аэрозолей на здоровье человека проявляется в значительно более разнообразных формах, чем косвенное, так как многие отдельные компоненты аэро­золей могут вызвать ряд специфических заболеваний. К ним относятся, среди прочих, силикоз и асбестоз. Это изменении тканей легких в результате вдыхания кварцевой или, асбестовой пыли в течение ряда лет или даже десятилетий.

Силикоз вызывается кварцевой пылью с диаметром частиц около 3 мкм, асбестоз - иглами асбеста длиной более 5 мкм и толщиной более 3 мкм. Эти частицы проникают в легкие, остаются в альвеолах, обрастая дендритами. В прогрессирующей стадии болезни большие скопления узелков в тканях препятству­ют газообмену в легких. Асбестовые иглы в конце концов приводят к микроповреждениям тканей легкого, облегчая доступ кан­церогенных веществ в поврежденные клетки. Поэтому внедрение асбестовой пыли, наряду с одновременным курением, осо6енно часто служит причиной возникновения рака легких.

Естественно, что для асбестовой пыли, представляющей кан­церогенную опасность, не существует максимальной эмис­сионной концентрации, так как рабочие места должны быть изолированы от этих веществ. В тех случаях, когда рабочие места не могут быть пoлнocтью изолированы от веществ, представляющих канцерогенную, мутагенную или тератогенную (изменения организма приводящее к рождению уродов или воз­никновению опухолей как доброкачественных, так и недоброкачественных) опасность, вводится понятие ТДК (технически допустимая концентрация). Под ТДК подразумевают такую концентрацию вредного вещества, которая возникает на рабочем месте после приме­нения всех допустимых технических средств для его устранения и которая может быть зарегистрирована с помощью измерительных приборов. Значение ТДК для мелкой асбестовой пыли со­ставляет около 0,05 мг или около 10⁶ волокон в 1 м³ воздуха. Силикозы и асбестозы связаны с профессиональной деятельностью и возникают в результате многолетнего вдыхания тонкой пыли у представителей таких специальностей как горняки, камне­тесы, рабочие, имеющие дело с пескоструйными аппаратами, а также работники стекольной, керамической, и асбестовой промышленности.