Научно-методические основы гигиенического нормирования и оценки профессионального риска воздействия биотехнологических штаммов микроорганизмов

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при длительном введении в желудок промышленные микроорганизмы в концентрациях 105, 106 и 107 кл/л оказывали иммунотропное, сенсибилизирующее и дисбиотическое действие. Влияние штаммов выражалось в дисбалансе иммунокомпетентных клеток, формировании гиперчувствительности немедленного и замедленного типа, а также изменении качественной и количественной характеристики аутохтонной микрофлоры кишечника (табл.6, рис.8б). Для большинства изученных штаммов установлены минимально действующие (105 кл/л) и недействующие (104 кл/л) уровни при введении в желудок.

При энтеральном введении штаммов в минимально эффективных дозах выявлена линейная связь между показателем дегрануляции тучных клеток и балансом иммунокомпетентных клеток, а также между показателями дегрануляции тучных клеток и эозинофилии в зависимости от таксономической характеристики микроорганизмов. Установленные зависимости аналогичны таковым при ингаляционном воздействии биотехнологических штаммов.

Необходимо отметить, что характер действия промышленных микроорганизмов при энтеральном введении определяется таксономической характеристикой штамма, а выраженность неблагоприятных эффектов (иммунотропного, сенсибилизирующего и дисбиотического) зависит от дозы. Особое внимание нужно обратить на оценку микроэкологического баланса кишечника, т.к. при поступлении в желудочно-кишечный тракт биотехнологические штаммы могут оказывать непосредственное влияние на микрофлору кишечника.

Таблица 6

Характеристика иммунотропного и сенсибилизирующего действия биотехнологических штаммов при энтеральном введении

Обозначения: * Р<0.05, ** Р<0.01, *** Р<0.001

Совокупность собственных и литературных данных позволили предложить программу исследований по гигиеническому нормированию промышленных микроорганизмов и микробиологических препаратов на их основе в воде водоемов, включающей оценку органолептических свойств воды, изучение общесанитарного режима водоема и проведение токсикологического эксперимента.

7. Научное обоснование гигиенической классификации промышленных микроорганизмов и гармонизация ее с международными рекомендациями

Основные положения и выводы о характере вредного действия промышленных микроорганизмов позволили разработать и научно обосновать их гигиеническую классификацию по степени опасности их воздействия на организм (табл. 7).

Таблица 7

Гигиеническая классификация промышленных микроорганизмов по степени опасности

Обозначения:

1 класс - особо опасные инфекции

2 класс - опасные микроорганизмы, возбудители других инфекционных заболеваний

3 класс - умеренно опасные микроорганизмы

4 класс - мало опасные микроорганизмы

Согласно предложенной классификации промышленные микроорганизмы, которые могут иметь контакт с человеком, разделены на 4 класса. Количественные признаки патогенности (пороговая и минимальная доза высеваемости, сроки пребывания в теплокровном организме) при однократном введении высоких доз микроорганизмов положены в основу деления микроорганизмов на 2 группы. На основании учета этих признаков 1 класс (особо опасные инфекции) и 2 класс (опасные микроорганизмы) являются патогенными и не могут быть рекомендованы к использованию в биотехнологической промышленности.

Таблица 8

Показатели патогенности биотехнологических штаммов микроорганизмов при однократном внутрибрюшинном введении

Проведенные исследования показали, что изученные штаммы не проявляли вирулентных, токсичных и токсигенных свойств в отношении теплокровных животных (табл.8). Поэтому они относятся к 3 (умеренно опасные) и 4 (мало опасные) классу опасности и могут быть рекомендованы для использования в промышленных целях. Только штамм E.coli DLT 1270 обладал патогенными свойствами (2 класс опасности) и не был рекомендован для использования в биотехнологии.

Длительный производственный контакт с непатогенными микроорганизмами приводит к аллергизации работающего контингента, поэтому использование промышленных микроорганизмов требует обоснования безопасных уровней воздействия и оценки риска их воздействия на организм в условиях биотехнологического производства.

В связи с этим в основу деления биотехнологических штаммов на 3-ий и 4-ый классы положены величина ПДК в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе, порог хронического действия по сенсибилизирующему эффекту (Limch sens), порог хронического действия по иммунотропному эффекту (Limchimm) и порог хронического действия по дисбиотическому эффекту (Limch dis).

По таксономической структуре к 3-му классу опасности (умеренно опасные микроорганизмы) относятся грамотрицательные бактерии (Pseudomonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Azotobacter и др.), актиномицеты (Actinomyces, Streptomyces), микромицеты (Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Tolypocladium) и дрожжеподобные грибы рода Candida.

На их долю приходится 70% всех используемых в промышленности микроорганизмов, что свидетельствует об актуальности и необходимости проведения исследований по оценке опасности микроорганизмов, регламентированию и оценке их риска для здоровья работающих.

Среди штаммов, относящихся к 3 классу опасности, можно выделить микроорганизмы родов Candida, Aspergillus и Pseudomonas (11%), которые обладают выраженным неблагоприятным действием на организм и имеют ПДКр.з. на уровне 102 кл/м3. Принимая во внимание клинико-гигиенические данные о неблагоприятном действии этих штаммов, биотехнологические производства отказываются от использования микроорганизмов с высоким аллергенным потенциалом и перепрофилируются в сторону менее аллергеноопасных штаммов.

Меньшая часть штаммов (30%) относится к 4 классу опасности (малоопасные). Основу этой группы составляют B.subtilis, B.licheniformis, а также представители родов Rhodococcus, Lactobacillus, Micrococcus. При этом неблагоприятное действие микроорганизмов этих родов на экспериментальных животных проявляется на значительно более высоких, чем 105 кл/м3 уровнях воздействия.

При научном обосновании гигиенической классификации микроорганизмов, используемых в промышленности, были использованы рекомендации международных организаций (ЕФБ, FAO, OECD) для унификации и координации деятельности, направленной на обеспечение безопасности условий труда и рационального трудового процесса на биотехнологических предприятиях.

8. Разработка подходов к оценке профессионального риска воздействия промышленных микроорганизмов на здоровье работающих

Новым направлением в методологии оценки риска является интенсивно развиваемая в последние годы рядом международных организаций, в частности FAO, концепция микробиологического риска.

Микробиологический риск рассматривают как профессиональный, если существует вероятность развития нарушения здоровья под действием микроорганизмов в процессе трудовой деятельности.

Анализ клинико-гигиенических исследований за последние 30 лет и банка данных по гигиеническому нормированию промышленных микроорганизмов выявил зависимость наблюдаемых изменений от уровня действующего фактора, а на производстве также от стажа работы.

Клинико-гигиеническое обследование основных микробиологических производств: белково-витаминного концентрата и гидролизных дрожжей (продуцент Candida), ферментных препаратов (продуценты Aspergillus, Bacillus), препарата дендробациллин (продуцент B.thuringiensis) позволило выделить зоны выраженности нарушений здоровья работающих в зависимости от концентрации микробного аэрозоля в воздухе различных цехов микробиологического производства (табл.9).

Таблица 9

Характеристика категорий риска профессионально обусловленных нарушений здоровья работников биотехнологических предприятий

Так, при воздействии микроорганизмов-продуцентов в концентрациях 1ПДК< k ?10ПДК у работников микробиологических производств выявляются ранние признаки бронхо-легочной патологии - сухой кашель, ощущение першения в носу и горле, сухость слизистой носа, зуд и отечность кожи, а также миконосительство у лиц, имеющих контакт с микромицетами. Наблюдаемые изменения носят нестойкий характер и соответствуют минимальному риску.

При воздействии промышленных штаммов в концентрациях на уровне 10ПДК < k ?100ПДК отмечается увеличение неспецифических заболеваний органов дыхания (трахеит, хронический бронхит, пневмония) в 2.5 раза по сравнению с контрольной группой работников, не контактирующих с микроорганизмами. При клиническом обследовании показано увеличение положительных серологических реакций и аллергологических тестов (базофильный тест, РТМЛ). Кроме этого выявлено снижение Т-лимфоцитов и увеличение В-лимфоцитов крови, а также миконосительство у работающих, контактирующих с микромицетами. Наблюдаемые стойкие и выраженные функциональные изменения, могущие приводить к профессионально обусловленной заболеваемости, характеризуют средний уровень профессионального риска.

При воздействии высоких концентраций микробного аэрозоля (k > 100 ПДК) у 36-50% работников наблюдаются специфические заболевания органов дыхания (аллергический ринит, астматический бронхит, бронхиальная астма) и кожи (дерматиты, рецедивирующая крапивница, микозы стоп и ладоней). Профессионально обусловленные заболевания легкой и средней степеней тяжести соответствуют уровню выше среднего профессионального риска.

Анализ выраженности медико-биологических изменений в организме работающих и у животных в эксперименте в зависимости от превышения ПДК промышленных микроорганизмов в условиях несоблюдения гигиенических регламентов позволил выделить зоны риска, соответствующие разным классам условий труда гигиенической классификации, установить четкие границы подклассов 3 класса условий труда работающих при воздействии микробиологического фактора (табл. 10), что нашло отражение в руководстве Р 2.2.2006-05.

Таблица 10

Классы условий труда в зависимости от содержания в воздухе рабочей зоны микробиологического фактора (превышение ПДК, раз)

Предложенная классификация условий труда в зависимости от содержания микроорганизмов в воздухе рабочей зоны позволяет объективно судить о риске их воздействия для здоровья работающих в условиях превышения гигиенических стандартов.

Таким образом, в проведенном исследовании на основе оценки характера неблагопрятного действия 29 промышленных микроорганизмов усовершенствована система гигиенического нормирования и оценки риска производственного микробиологического фактора, создан перечень приоритетных промышленных микроорганизмов и разработан комплекс профилактических мероприятий, направленных на создание безопасных условий труда и рационального трудового процесса работников биотехнологической промышленности.

ВЫВОДЫ

1. На основании исследования токсичности и опасности 29 биотехнологических штаммов установлено, что основными проявлениями вредного действия промышленных микроорганизмов при ингаляционном и энтеральном поступлении являются иммунотропный, в том числе сенсибилизирующий, и дисбиотический эффекты, выраженность которых зависит от таксономического положения микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы).

2. Схема и порядок проведения экспериментальных исследований по установлению гигиенических нормативов промышленных микроорганизмов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе определяется их таксономическим положением. Для представителей родов микроорганизмов Lactobacillus, Micrococcus, Rhodococcus и др., не проявляющих вредных свойств, рекомендуется групповое (родовое) нормирование. Для представителей родов Bacillus, Streptomyces, Trichoderma, обладающих слабо выраженными сенсибилизирующими свойствами, возможно сокращение программы исследований за счет оценки только иммунотропной и сенсибилизирующей активности. Наиболее аллергеноопасными являются грамотрицательные бактерии и микромицеты родов Pseudomonas, Alcaligenes, Aspergillus, Penicillium, Candida, исследования которых необходимо проводить по полной программе, включающей оценку всех неблагоприятных эффектов. Биотехнологические штаммы этих родов составляют перечень приоритетных промышленных микроорганизмов в плане контроля и оценки риска их воздействия на здоровье работников биотехнологических производств.

3. Разработана гигиеническая классификация промышленных микроорганизмов, унифицированная с рекомендациями международных организаций (ЕФБ, OECD) и включающая комплекс гигиенически значимых показателей, характеризующих патогенные свойства микроорганизмов, пороговые концентрации при хроническом ингаляционном воздействии по иммунотропному, сенсибилизирующему и дисбиотическому эффектам, а также ПДКр.з. и ПДКа.в..

4. На основе обобщения результатов собственных исследований и данных литературы обоснованы границы классов условий труда работающих при воздействии микробиологического фактора в зависимости от степени превышения ПДК (руководство Р 2.2.2006-05).

5. Морфо-функциональная оценка тучноклеточной популяции является адекватной моделью для установления минимально эффективных уровней воздействия биологического и химического факторов и выявления характера их вредного действия при различных путях поступления в организм. Информативными показателями тучноклеточной популяции являются индекс дегрануляции и насыщения, характеристика пула дегранулированных тучных клеток. Для оценки сенсибилизирующей активности биотехнологических штаммов разработана шкала, включающая показатели степени дегрануляции тучных клеток и частоту развития сенсибилизации. Функционально-метаболическая активность фагоцитов респираторного тракта служит критерием интегрального действия биотехнологических штаммов при ингаляционном воздействии.

6. При поступлении в организм через желудочно-кишечный тракт промышленные микроорганизмы оказывают зависимое от дозы неблагоприятное действие. При этом изменения иммунной системы и микрофлоры кишечника являются лимитирующими и выявляются на низких уровнях (106 и 105 кл/л). Полученные результаты наряду с имеющимися данными о влиянии промышленных микроорганизмов на санитарное состояние водоемов свидетельствуют о необходимости их гигиенического нормирования в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

7. На основе изучения резистентности штаммов промышленных микроорганизмов к широкому спектру антибиотиков усовершенствована разработка методов контроля микробной загрязненности объектов производственной и окружающей среды, которые внедрены в практику санитарно-эпидемиологической службы

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Яглов В.В., Шеина Н.И., Фесенко М.А. Тканевые базофилы как информативная модель изучения эффектов химических соединений при гигиеническом нормировании. Методология фундаментальных исследований в гигиене окружающей среды. Сб. института им. А.И. Сысина - М., 1989. - С.118-123

2. Яглов В.В., Шеина Н.И.Фесенко М.А. Морфофункциональные показатели влияния пиракрила на органы женской половой системы крыс. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1990. - № 5. - С. 508-510

3. Яглов В.В., Фесенко М.А. Шеина Н.И. Значение морфофункциональной оценки реакции тканевых базофилов для прогнозирования вредного действия химических веществ. // Гигиена труда и профзаболевания. - 1991. - №5. - С.23-25

4. Фесенко М.А., Шеина Н.И. Использование современных морфометрических методов для прогнозирования нарушений репродуктивной системы. Сб. «Проблемы токсикологии и прикладной экологии». Тезисы докл. межд. симпозиума Москва-Пермь, 16-26июля. - 1991. - Л., ВНИИГ. - 1991. - С. 257-258

5. Яглов В.В., Фесенко М.А., Шеина Н.И. Морфофункциональная характеристика популяции тучных клеток щитовидной железы и органов репродуктивной системы крыс при воздействии мерказолила. Тезисы докл. 4Всес. конференции "Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды", Л.,15-19 сент. - 1991. - С. 238

6. Yaglov V.V., Sheina N.I., Fesenko M.A. Morphological and functional effects of pyracryl on female reproductive organs. // Bull. exp. biology and medicine. - 1991. - V.109. - Р. 676-678

7. Фесенко М.А., Шеина Н.И. Изучение действия мерказолила в экспериментальных условиях. Тезисы Международной конференции «Медицина труда в 3-ем тысячелетии». - 1998. - С. 81

8. Иванов Н.Г., Далин М.В., Немыря В.И., Н.И. Шеина Предельно допустимые концентрации микроорганизмов-продуцентов, бакпрепаратов и их компонентов в воздухе рабочей зоны. // Токсикологический вестник. - 1998. - №5. - С.34-39

9. Иванов Н.Г., Шеина Н.И., Скрябина Э.Г. и др. Разработка ПДК плесневых грибов в воздухе рабочей зоны. - ВНТИЦ, рег. N 01200012628. - Отчет НИР, 2000. - 69 с.

10. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Колесникова В.В. и др. Бюллетень Российского регистра потенциально опасных химических и биологических в-в. Streptomyces fradiae БС-1, штамм-продуцент тилозина. //Токсикологический вестник. - 2002. - N1. - С.41-43

11. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др.Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Aspergillus awamori ВНИИгенетика 120/177, штамм-продуцент глюкоамилазы. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 3. - С. 46-47

12. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Aspergillus terreus 44-62, штамм-продуцент ловастатина. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 3. - С. 48-49

13. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Иванов Н.Г. и др. Новые сведения о токсичности и опасноти химических и биологических веществ. Penicillium funiculosum F-149, штамм-продуцент декстраназы, маркер загрязнения воздушной среды плесневыми грибами. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 4. - С. 44-45

14. Шеина Н. И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Trichoderma viride 44-11-62/3, штамм-продуцент комплекса целлюлолитических ферментов. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 4. - С. 45-47

15. Шеина Н. И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Candida tropicalis Y-456, штамм-продуцент ксилита. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 4. - С. 47-49

16. Шеина Н. И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. О гигиеническом нормировании плесневых грибов в атмосферном воздухе и в воздухе производственных помещений. Сб. «Теорет. основы и практические решения проблем санитарной охраны атмосферного воздуха», М. - 2003. - С. 83-85

17. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Колесникова В.В. и др. Биомаркеры токсического эффекта при оценке риска воздействия промышленных штаммов-продуцентов на организм. // 2-ой съезд токсикологов России. Тезисы докл., М. - 2003. - С. 290-291

18. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. B.licheniformis ВНИИгенетика 1001, продуцент бацитрацина. // Токсикологический вестник. - 2003. - № 5. - С. 48-50

19. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасноти химических и биологических веществ. B.subtilis 103, штамм-продуцент нейтральной протеазы. // Токсикологический вестник. - 2004. - № 1. - С. 38-39

20. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. B.subtilis 65, штамм-продуцент нейтральной протеиназы и амилазы. // Токсикологический вестник. - 2004. - № 1. - С. 39-41

21. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. B.subtilis 72, штамм-продуцент щелочной протеазы. // Токсикологический вестник. - 2004. - № 1. - С. 41-42

22. Скрябина Э.Г., Шеина Н.И. Экспериментальная оценка иммунотропной активности промышленных микроорганизмов. // Russian J. of Immunology. - 2004. - V.9. - suppl. Объединенный иммунологический форум. - P.123

23. Шеина Н.И., Буданова Е.В. Токсиколого-гигиенические аспекты изучения микрофлоры кишечника при воздействии микроорганизмов-продуцентов. Abstract of the 2 Congress of Ukrainian Toxicologysts. 12-14 october. Тезисы докл. 2-ого съезда токсикологов Украины. 2004. - P.104 -105

24. Шеина Н.И., Иванов Н.Г., Скрябина Э.Г. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Rhodococcus erithropolis КД. // Токсикологический вестник. - 2004. - №5. - С.44-46

25. Шеина Н.И., Буданова Е.В., Скрябина Э.Г., и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Rhodococcus corallinus.// Токсикологический вестник. - 2005. - №2. - С.36-37

26. Шеина Н.И., Буданова Е.В., Скрябина Э.Г. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Pseudomonas caryophylii KM 92-102/1. // Токсикологический вестник. - 2005. - №2. - С.37-39

27. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Иванов Н.Г. Сравнительная характеристика иммунотропной активности промышленных микроорганизмов при гигиеническом нормировании. // Токсикологический вестник. - 2005. - .№3. - С. 12-15

28. Шеина Н.И., Е.В. Буданова Оценка микроэкологического дисбаланса кишечника животных при воздействии промышленных микроорганизмов в токсиколого-гигиенических исследованиях. // Токсикологический вестник. - 2005. - №5. - С.23-27

29. Шеина Н.И Гигиенические аспекты изучения характера биологического действия промышленных микроорганизмов. Материалы IY Всероссийского конгресса «Профессия и здоровье». М., 25-27 октября 2005. - С.164-165

30. Шеина Н.И., Скрябина Э.Г., Колесникова В.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Bacillus licheniformis 60, штамм-продуцент комплекса термостабильных амилолитических и протеолитических ферментов. // Токсикологический вестник. - 2006. - №6. - С.30-31

31. Шеина Н.И., Буданова Е.В., Скрябина Э.Г. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Penicillium funiculosum ВКМ F 3668 D, штамм-продуцент комплекса карбогидраз. // Токсикологический вестник. - 2006. - №6. - С.31-33

32. Шеина Н.И., Буданова Е.В., Скрябина Э.Г. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Aspergillus awamori Nakazawa ВУД Т-2 1000-У, штамм-продуцент глюкоамилазы. // Токсикологический вестник. - 2006. - №6. - С. 33-34

33. Шеина Н.И. Количественная цитологическая характеристика функциональной активности тучноклеточной популяции при длительном воздействии промышленных микроорганизмов. // Токсикологический вестник. - 2006. - №6. - С. 15-19

34. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. Р 2.2.2006-05. М., Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. - 2005. - 142 с.

35. Шеина Н.И. Скрябина Э.Г. Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Микроорганизм B.licheniformis 103. // Токсикологический вестник. - 2007. -№2. - С.45-46

36. Шеина Н.И. Токсиколого-гигиеническая оценка биотехнологических штаммов микроорганизмов. // Вестник Российского государственного медицинского университета. - 2007. - №3 (56). - С.66-71

37. Шеина Н.И. Скрябина Э.Г. Буданова Е.В. и др. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ. Микроорганизм Penicillium canescens PlPh33, штамм-продуцент пектинлиазы и фитазы. // Токсикологический вестник. - 2007. - №3. - С.37-39

38. Шеина Н.И., Фесенко М.А. Методические подходы к использованию тучноклеточной популяции при гигиеническом нормировании вредных факторов окружающей среды. // Токсикологический вестник. - 2007. - №5. - С. 2-6

39. Шеина Н.И. Критерии дисбаланса микроэкологии кишечника в системе гигиенического нормирования и оценки риска воздействия промышленных микроорганизмов. // Медицина труда и промышленная экология. - 2007. - № 11. - С.21-26

Размещено на Allbest.ru