Общие подходы к решению проблем безопасности для здоровья работников В настоящее время всё больше внимания уделяется перспективам развития нанотехнологий направленного получения и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров (1 нм = 10–9 м), что примерно в 500 раз меньше толщины человеческого волоса.
В мире ежегодно возникают сотни фирм-производителей материалов, созданных с помощью нанотехнологий, которые находят применение в микроэлектронике, энергетике, строительстве, химической промышленности.
Интенсивно используются нанотехнологии в парфюмерно-косметической, пищевой промышленности и сельском хозяйстве. В мире зарегистрировано и выпускается более 2 000 наименований наноматериалов. В России для развития нанотехнологий принят документ «Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу», утверждённый Президентом 4 декабря 2003 г. № ПР-2194 и Федеральный закон «О Российской корпорации нанотехнологий» № 139-ФЗ от 19.07.2007 г. С целью обеспечения единого научно обоснованного подхода к оценке безопасности наноматериалов на этапах разработки, экспертизы и государственной регистрации этой продукции были разработаны и утверждены Приказом Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 12.10.2007 г. № 280 Методические рекомендации «Оценка безопасности наноматериалов» для учреждений, осуществляющих санитарно-эпидемиологический надзор в России. Учитывая тенденцию к расширению использования нанотехнологий в различных областях экономики и тесный контакт человека с наноматериалами, принято для внедрения в практику Постановление Главного государственного санитарного врача России от 31.10.2007 г. № 79 «О концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов».
Вернёмся к определениям основных понятий в данной междисциплинарной области знаний и производства:
_ нанотехнологии – технологии создания и изучения структур материалов и устройств на основе манипулирования материй в нанометровых масштабах, на уровне, когда свойства материалов существенно отличаются от таковых при больших разномерностях;
_ наночастицы – материальные структуры, размеры которых по одному из измерений составляют 1 – 100 нанометров (нм).
Несмотря на проявленный в последнее время повышенный интерес общества к этой области знаний и технологий, наночастицы использовались человеком с давних времён. Например, в стекле римского кубка с изображением гибели Ликурга (а это около 800 лет до н. э.) содержатся наночастицы серебра и золота, что приводило при помещении источника света внутрь кубка к изменению его цвета с зелёного на красный. Примерами природных наночастиц могут служить молекулы ДНК (диаметр 2–12 нм), и некоторые вирусы. Кроме того, условно выделяют антропогенные наночастицы, являющиеся побочными продуктами человеческой деятельности.
Они содержатся в различных дымах от выхлопа дизельных двигателей, выбросах промышленных печей и плавильных аэрозолях.
В конце ХХ в. в биологии появились первые генетически модифицированные организмы и клонированные животные, а в технике – понятия «нанотехнология» (термин предложен в 1974 г. Норио Танигучи), «нанороботы» и первые практические работы по созданию наноустройств.
Наночастицы могут быть созданы синтезом из индивидуальных атомов или размельчением материалов обычной размерности до нанопорошков. Независимо от способа получения наночастицы проявляют уникальные физические и химические свойства, которые в большей степени определяются свойствами индивидуальных молекул, чем свойствами массивного вещества того же состава.
Основными факторами, определяющими уникальность свойств наночастиц, являются:
- большая (по сравнению с массивной формой вещества) относительная площадь поверхности на единицу массы;
- превалирование квантовых эффектов.
Первый фактор обусловливает изменения реакционной способности, которая может существенно возрастать с уменьшением размера частиц, а второй – обеспечивает изменение оптических, электрических, магнитных и механических свойств.
Изменения физических свойств вещества с изменением размерности при переходе в сторону наночастиц могут повлечь изменение биологических свойств. Например, высок уровень задержки наночастиц лёгкими, так как частицы настолько малы, что механизмы выведения их респираторной системой человеческого организма оказываются неэффективными.
Кроме того, наночастицы способны проникать через лёгкие в другие системы, проходить кожные барьеры, обладают высоким воспалительным потенциалом на единицу массы, представляя опасность для здоровья человека и благополучия окружающей среды. Небольшие размеры и разнообразие форм наночастиц способствуют их связыванию с нуклеиновыми кислотами, белками, встраиванию в мембраны клеток, изменяя функции биоструктур. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает как процессы адсорбции на них различных токсикантов, так и их способность проникать через защитные барьеры организма. Важным свойством наночастиц является их высокая способность к аккумуляции, так как из-за малого размера наночастицы не распознаются защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведёт к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также микроорганизмах, передаче по пищевой цепи, тем самым увеличивая их поступление в организм человека.
Опираясь на накопленные к настоящему времени знания о свойствах различных наночастиц и учитывая пути поступления и накопления в органах, можно выделить следующие виды повреждающего действия на организм человека: нейротоксичность, кардиотоксичность, генотоксичность, тератогенность, эмбриотоксичность, канцерогенность, мутагенность, аллергенность, влияние на гормональный и иммунный статус.
Путями возможного поступления наночастиц в организм являются система дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожа.
Основные методы крупномасштабного производства наночастиц включают:
- метод конденсации газовой фазы (подход «снизу-вверх»), включающий высокотемпературное испарение исходных веществ, нуклеацию наночастиц из газовой фазы и их последующий рост;
- формирование наночастиц в коллоиде с участием жидкой фазы («снизу – вверх»);
- механическое растирание материалов обычной размерности до нанопорошков («сверху – вниз»).
В процессе производства наноматериалов, использования их в наноиндустрии, при транспортировке, ремонтах оборудования, производственных процессах, при утилизации объектов, совершающих наночастицы, работники могут подвергаться опасности контакта.
Общие подходы к решению проблем безопасности нанотехнологий для здоровья работников сводятся к ряду последовательных мероприятий, включающих:
- идентификацию и характеристику опасных факторов;
- оценку степени экспозиции;
- оценку профессиональных рисков;
- разработку и внедрение контрольных и профилактических мер.
В настоящее время усилия исследователей опасности нанотехнологий и наночастиц сосредоточены преимущественно на начальных этапах процесса управления профессиональным риском, а именно: идентификации и характеризации опасных наночастиц на основе изучения токсикологических данных, полученных в основном на моделях животных. Идентифицируются и изучаются пути экспозиции – респираторный, кожнорезорбтивный, через ЖКТ, критические органы мишени (лёгкие, сердечно-сосудистая система, кожа, нервная система); исследуется воздействие на здоровье и специфических механизмов действия некоторых наночастиц; ведутся работы над созданием способов измерения для санитарно-гигиенического контроля содержания наночастиц в воздухе рабочей зоны;оценивается эффективность средств индивидуальной защиты работников.
Основными исследовательскими инструментами, применяемыми для визуализации нанообъектов, являются сканирующие (туннельный, атомно-силовой) и электронные (трансмиссионный электронный) микроскопы.
Наиболее быстрым, информативным способом выявления характера биологического воздействия наночастиц является хемилюминесцентный метод исследования нерастворимых микрочастиц, рекомендуемый в методическом пособии «Методы определения влияния фиброгенной пыли на организм в эксперименте и клинике», М., 2003 г.
Как для предприятий, производящих и использующих наночастицы любого состава и происхождения, так и для производств, характеризующихся поступлением в воздух рабочей зоны высокодисперсных аэрозолей конденсации оксидов металлов, общеобменная вентиляция малоэффективна. Более рациональна местная вытяжная вентиляция в виде индивидуального бортового отсоса со скоростью всасывания 3,0–3,5 м/с и сдува, отклоняющего от лица работника поток образующихся аэрозолей и увлекающего его в сторону воздухоприёмника.
Следует обратить внимание, на то что воздействие на здоровье наночастиц определяется комплексом, комбинацией физических и химических свойств частиц, их распределением в среде и т. д. Для адекватного прогнозирования биологического эффекта необходимо понимание природы исследуемого аэрозоля или другой среды. Однозначно охарактеризовать различные наночастицы с точки зрения их потенциальной опасности для здоровья человека до настоящего времени затруднительно, так как большинство экспериментов выполнено в условиях, когда контакт наноматериалов с живым организмом был достигнут искусственным путём (имлантацией, инстилляцией, капельным введением и т. д.) и получаемые в таких экспериментах на животных данные не обязательно отражают реальную картину возможного воздействия на человека. Остаются малоизученными специфические биологические эффекты наноструктур и связанные с ними риски для здоровья человека, механизмы воздействия, пути проникновения и распределения их в организме. Вместе с тем можно утверждать, что наночастицы представляют пока неопределённую, но оттого не менее значимую угрозу для здоровья человека, особенно контактирующего с ними профессионально в условиях производства. Этому чрезвычайно важному направлению было посвящено состоявшееся 20 мая 2009 г. в г. Москве специальное заседание Пленума научного совета РАМН и Минздравсоцразвития России по медико-экологическим проблемам здоровья работающих на тему «Нанотехнологии и наноматериалы в медицине труда и промышленной экологии. Проблемы и пути обеспечения безопасности», подтвердившее высокую актуальность проблемы с необходимостью продолжения её активной разработки и усиления координации этих исследований.
Учитывая, что до настоящего времени не разработаны специфические стандарты безопасного нормирования содержания наноматериалов в окружающей среде, в том числе производственной, специальные средства защиты работников и методы безопасного обращения, следует относиться к новым материалам на основе наноструктур с максимальной осторожностью и рассматривать их как потенциально опасные для здоровья.
Цель максимально эффективного и безопасного использования наноматериалов может быть достигнута только усилиями исследований специалистов разных, но взаимодополняющих направлений – токсикологии, медицины, молекулярной биологии, физической химии, материаловедения, биохимии, иммунологии, реализованными в разработке соответствующих технических регламентов на производство, применение, использование, хранение, транспортировку и утилизацию материалов, содержащих наночастицы и полученных с помощью нанотехнологий.