Концепции приемлемого риска, пороговая и дозовая

Исследования в области электромагнетизма, увенчавшиеся изобретением радио, открыли одну из самых скоростных магистралей технического прогресса. От грозоотметчика А.С. Попова, «беспроволочного телеграфа» и других пионерских разработок до широчайшего внедрения радиоэлектронных средств (РЭС) в сферу современных инфокоммуникационных систем (ИКС) – отметим две особенности этого замечательного пути. Во-первых, короткий срок, в течение которого радио покорило весь мир; во-вторых, постоянное ускорение динамики этого процесса, который после II мировой войны приобрел невиданные до сих пор масштабы и многообразие. Нет нужды говорить о том, в каких отраслях производства, техники и науки используется сегодня ЭМИ – трудно указать области, в которых оно пока еще заметного применения не нашло.

Отметим, что ЭМП и ЭМИ природного (естественного) происхождения существовали на Земле на всем многомиллионном пути развития жизни. С точки зрения экологии, ЭМИ представляет собой важный абиотический (физический) фактор, воздействующий на живые организмы. Под влиянием большого числа таких факторов человек сформировался как биологический тип; информация об уровнях ЭМИ записана в его генетическом коде и передается от поколения к поколению [2.5]. Известно, что скачки естественного ЭМИ (например, вследствие взрывов на Солнце [2.6]) всегда пагубно влияли на популяцию человека, – если превышали порог адаптации для биорецепторов ЭМИ или сопровождались негативным воздействием других факторов.

Нечто подобное происходит и сегодня – считается, что «синдром всеобщей усталости» (зимняя депрессия), рост эндокринных, онкологических, сердечно-сосудистых и др. заболеваний среди городского населения обусловлены, в том числе, и наблюдаемым ростом ЭМИ техногенного происхождения [2.7-2.9]. Разумеется, ЭМИ не самый «страшный» фактор, – хотя, если понимать этот термин в указанном широком смысле, его опасность возрастает многократно. Но «обратной дороги» у человечества нет, поскольку фактор ЭМИ современное общество принципиально не в состоянии вернуть в рамки его естественных уровней (отключение энергосистем, средств связи, бытовой техники, производственного и другого оборудования, использующих ЭМИ и ЭМП, чревато мировой катастрофой). Поэтому людям остается одно: осознать, что применение ЭМИ связано с ущербом для окружающей среды и экологическим риском; научиться оценивать этот ущерб и минимизировать риск R_S; всеми способами снижать уровни и сглаживать рост интенсивности воздействия данного фактора при наблюдаемом переходе от локального загрязнения по ЭМИ к глобальному. То есть на данной магистрали прогресса позаботиться об ограничении скорости, тормозах, ремнях и подушках безопасности [2.10].

Хотя наука активно исследует проблемы взаимодействия ЭМИ с живым веществом [2.9; 2.11 и др.], вряд ли нужные фундаментальные знания будут с необходимой степенью достоверности установлены в обозримом будущем. Время, однако, не терпит и вынуждает инженеров искать пути решения проблемы обеспечения электромагнитной безопасности (безопасности по ЭМИ) создаваемого и эксплуатируемого ими оборудования ИКС.

Последствия экологических воздействий подразделяются на соматические (наблюдаются непосредственно у рецепторов негативных воздействий) и генетические (выявляются у последующих поколений рецепторов, подвергшихся воздействию). Соматические эффекты могут быть ранними (проявляют себя в период времени от единиц минут до одного-двух месяцев) и отдаленными (сказываются на протяжении всей жизни рецептора, сокращая ее продолжительность). К числу первых относятся разного рода пороговые эффекты, которые наблюдаются обычно после больших интенсивностей и доз воздействия (от резкого снижения работоспособности до гибели рецептора); эффекты второго рода зависят от суммы накопленной дозы воздействия: это соматико-стохастические явления, связанные с профессиональным риском, профессиональными заболеваниями и т.д.

Генетические эффекты на последующих поколениях рецепторов также распределяются стохастически, так как в обществе поврежденные гены могут «разбавляться» неповрежденными с вероятностью, зависящей от процентного соотношения между пострадавшими и непострадавшими организмами. Научно-технический прогресс ведет к росту суммарного риска в обществе – поэтому каждое новшество следует оценивать по соотношению «польза/затраты» в самом широком смысле их понимания, когда к затратам относят и косвенные потери, неблагоприятные (в том числе экологические) последствия. Важнейшее значение приобретают разработка и развитие концепции приемлемого риска, которая имеет ряд существенных аспектов нетехнического содержания: социальных, экономических, юридических, психологических и т.п.

Согласно [2.2-2.3 и др.], источники риска смертности современного человека могут быть классифицированы следующим образом:

- внутренняя среда организма (генетические и соматические заболевания, процессы старения);

- естественная среда обитания (несчастные случаи и катастрофы в природе: землетрясения, ураганы, наводнения и т.п.);

- искусственная среда обитания (несчастные случаи в быту и на транспорте, заболевания из-за загрязнения окружающей среды и т.д.);

- профессиональная деятельность (профессиональные заболевания, несчастные случаи на производстве, аварии и травматизм);

- непрофессиональная деятельность (травматизм и болезни в любительском спорте, несчастные случаи на отдыхе, при туризме и т.д.);

- социальная среда (самоубийства и самоповреждения, преступления, наркотики, насилие, войны и т.п.).

В таблице 2.1 в сокращенном виде представлены статистические данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), позволяющие определить масштаб индивидуального риска смертности в земных условиях для девяти групп, номера которых совпадают с порядком значений риска: от 10^-12 до 10^-3 для одного человека в час (что более удобно и точно по сравнению с годовым периодом, поскольку при этом учитываются непродолжительные по времени и наиболее опасные по воздействию ситуации) [2.3].

Данные таблицы 2.1 базируются на результатах многолетних исследований, официально опубликованных ВОЗ, и дают самую общую картину «распределения» риска в современном мире, – которая постоянно и достаточно динамично изменяется достаточно сложным образом. Анализ статистических данных, аналогичных приведенным в таблице 2.1, позволяет классифицировать условия труда по значениям риска смертности [2.3]:

- безопасные: риск менее 10^-4 на одного человека в год;

- относительно безопасные: риск 10^-4…10^-3 на одного человека в год;

- опасные: риск 10^-3…10^-2 на одного человека в год;

- особо опасные: риск более 10^-2 на одного человека в год.

Наряду с риском смертности, важное значение имеет изучение риска заболеваемости людей – в первую очередь это касается опасных болезней, связанных с экологическими причинами. Современная медицина трактует болезнь как реакцию организма человека на негативное воздействие со стороны окружающей среды [2.8-2.9 и др.].

Таблица 2.1. Масштаб риска смертности в земных условиях (на одного человека в час)

Группа	Риск	Источники риска смерти и категории рецепторов
XII	(1-2)·10-12 (2-5)·10-12 (5-10)·10-12	Естественная среда обитания; отдельные несчастные случаи; ураганные ветры, торнадо; радиоактивное загрязнение среды вблизи АЭС
XI	(1-2)·10-11 (2-5)·10-11 (5-10)·10-11	Радиоактивные вещества в игрушках, товарах, телевизорах; глобальные выпадения радиоактивных осадков; грозы
X	(1-2)·10-10 (2-5)·10-10 (5-10)·10-10	Тайфуны; циклоны; укусы ядовитых животных и насекомых; землетрясения; наводнения; выхлопные газы автомобилей; все виды катастроф в естественной среде обитания
IX	(1-2)·10-9 (2-5)·10-9 (5-10)·10-9	Катастрофы в искусственной среде обитания; выбросы ТЭЦ; текстильная и бумажная промышленность; естественная частота лейкемии для всего населения
VIII	(1-2)·10-8 (2-5)·10-8 (5-10)·10-8	Болезни и несчастные случаи в 5-34 года; общественный и железнодорожный транспорт; АЭС и обрабатывающая промышленность; рак легких для всего населения; радиологи
VII	(1-2)·10-7 (2-5)·10-7 (5-10)·10-7	Болезни в 35-54 года; несчастные случаи до 84 лет и старше; рыбаки; шахтеры; спортсмены; летчики гражданской авиации; сердечно-сосудистые заболевания для всего населения
VI	(1-2)·10-6 (2-5)·10-6 (5-10)·10-6	Болезни в 55-79 лет; заболевания для всего населения; курение; автомобиль в развитых странах; летчики гражданской и военной авиации; верхолазы; мотоспорт
V	(1-2)·10-5 (2-5)·10-5 (5-10)·10-5	Болезни до 84 лет и старше; химическая промышленность; опасные виды спорта (альпинизм; бокс-профи); летчики-испытатели; экипажи реактивных истребителей
IV	(1-2)·10-4 (2-5)·10-4 (5-10)·10-4	Летчики боевых вертолетов в условиях максимального риска; скачки с препятствиями; спортивные автогонки

Поэтому можно утверждать, что существует априорная связь между риском смертности и риском заболеваемости (подобно тому, как во время войны риск получить ранение считается втрое превышающим риск быть убитым). Однако сложности, возникающие при анализе риска заболеваемости, делают эту задачу и неразрешимой для специалистов, не имеющих медицинской подготовки.

Концепция приемлемого риска R_SN исходит из того, что он призван минимизировать суммарные потери и затраты в обществе и окружающей среде, связанные с достижением поставленной человечеством цели. Определение этих минимумов обычно идет эмпирическим путем, методом проб и ошибок, что связано с большими издержками, промахами и просчетами, которые негативным образом сказываются на качестве жизни людей. Рост риска при использовании критерия «польза/затраты» может быть оправдан необходимостью увеличения полезного эффекта, если снижение риска приводит к увеличению потерь и затрат. Считается, что, начиная с определенного «порогового» значения (близкого к R_SN), дальнейшее снижение риска становится нецелесообразным – например, по экономическим причинам. Однако критерий «польза /затраты» часто оказывается неприменимым – поскольку или приходится сознательно идти на недопустимый риск во имя обеспечения нужного полезного эффекта, или, наоборот, всеми доступными способами снижать риск, не считаясь с затратами. Методыоптимизации соотношения между риском и пользой от внедрения различного рода новшеств и технических предложений не разработаны – принятие их в ближайшем будущем является желательным, но маловероятным.

Заметим, что на практике идеология обеспечения абсолютной безопасности достижений науки и техники оказывается не менее антигуманной, чем стремление к успеху любой ценой. Развитие общества представляет собой сложный и противоречивый процесс (в котором за немалую часть способов разрешения противоречий «отвечает» технический прогресс). Отказавшись от новшеств во имя устранения риска, народ любой страны может попасть под воздействие гораздо более опасных и мощных негативных факторов (угроза потери независимости, нехватка продовольствия, природные катастрофы и т.п.). При этом если рост опасности для отдельного человека путем вычисления риска оценить нелегко, то спрогнозировать величину будущего полезного эффекта или грядущей опасности для всего общества – еще более трудно.

Разные виды организмов на Земле нуждаются в разных условиях жизни, однако существуют и общие закономерности, обязательные для всех. Условия жизни для каждого вида (каждого индивидуума) могут быть разделены на зоны оптимума, устойчивости, возрастания стресса и гибели. Под стрессом понимается состояние напряжения, совокупность физиологических реакций, которые наступают в организме в ответ на воздействие неблагоприятных для него факторов (стрессоров) [2.5; 2.9-2.11]. Один из основополагающих в экологии закон лимитирующих факторов гласит, что даже единственный фактор (из множества одновременно воздействующих на организм) за пределами зоны оптимума приводит к стрессовому состоянию (вплоть до гибели), в силу чего становится фактором, лимитирующим (ограничивающим) жизнедеятельность организма.

На рис. 2.1 представлены зоны существенных значений для лимитирующего фактора Э, уровень которого считается случайной величиной, заданной плотностью распределения вероятности (ПРВ) w ₁(Э). В реальных условиях ПРВ w ₁(Э) является финитной функцией, значения которой за пределами области Э [ Э ₁; Э ₂] равны нулю (см. сплошной график на рис.2.1). Математическую модель w ₁(Э) в ряде случаев удобно считать функцией, распределенной в области, включающей бесконечные (положительные и отрицательные) значения Э (см. штриховую кривую на рис. 2.1) – чего не может быть на практике. Область Э [ Э ₀₁; Э ₀₂] включает зону оптимума и соответствует диапазону устойчивости вида по данному фактору; области Э [ Э ₀₁; Э _С1] и Э [ Э ₀₂; Э _С2] – зоны возрастания стресса; области Э [ Э ₁; Э _С1] и Э [ Э _С2; Э ₂] – зоны гибели организма. Способность мыслить позволяет человеку временно преодолевать объективно существующий закон лимитирующих факторов, но не может, разумеется, отменить его совсем.

w ₁(Э)

Э ₁ Э_{С 1} Э ₀₁ Э ₀₁ Э _С2 Э ₂ Э

Рис. 2.1. ПРВ для лимитирующего фактора Э

Существование экосистем на Земле поддерживается сбалансированным взаимодействием лимитирующих факторов (определяющих сопротивление среды) для всех видов, входящих в экосистему [2.5; 2.10]. Самой мощной и динамично развивающейся является экосистема человека, который создавал ее сознательно и планомерно, выиграв конкурентную борьбу с другими видами и превратив биосферу Земли в ноосферу. Человек снизил для себя сопротивление среды, – однако его экосистема при этом стала нестабильной и неустойчивой, болезненно уязвимой как для безобидных прежде естественных факторов, так и для новых факторов техногенного происхождения. В результате ему приходится жить в условиях нарастания стресса – см. правую область Э [ Э ₀₂; Э _С2] на рис. 2.1, что хорошо известно медикам и биологам [2.8]. Индивидуальные условия жизни для разных людей меняют форму и параметры кривой w ₁(Э) на рис. 2.1, однако суть проблемы от этого не меняется.

Нормирование уровней экологического воздействия Э базируется на двух научных концепциях: пороговой и дозовой. Степень воздействия фактора Э на людей считается зависящей от превышения интенсивностью воздействия некоторой предельно-допустимой величины [2.8-2.11 и др.]: порога, который представляет собой значение ПДУ для Э; а также дозы – которая определяет нагрузку (экспозицию) на окружающую среду (организм биорецептора) по фактору Э с учетом времени его воздействия. Порог и доза считаются связанными друг с другом: зная величину дозы можно вычислить порог и т.д. Концепции порога и дозы обобщаются концепцией приемлемого риска и являются ее частными случаями. Поэтому обстоятельства и сложности, существенные для определения риска R_S, находят отражение при нормировании порогов и доз для всех известных сегодня факторов Э – как естественного, так и техногенного происхождения.

Укажем, однако, на принципиальное различие между концепциями приемлемого риска, порога и дозы. Значения порогов и доз (ПДУ и др.) задаются в виде детерминированных величин; при их определении используются детерминистские методы. Даже если оценки порогов и доз были найдены со статистической погрешностью, в качестве ПДУ их вводят «с запасом»: чтобы использовать далее как детерминированные величины. Значение риска, напротив, имеет случайную (стохастическую) сущность. Вместо категорий «да» и «нет», присущих анализу в рамках пороговой и дозовой концепций, использование риска имеет ввиду понятия «может быть», «скорее всего» и т.п.

При этом специфика вероятностного анализа не означает, что его результаты носят умозрительный характер – напротив, именно таким способом удается получить наиболее объективные и достоверные модели целого ряда явлений, наблюдаемых в окружающем мире, дать правильное толкование происходящих процессов, получить требуемые количественные оценки. Это особенно важно для экологии – где проведение физических экспериментов (особенно в отношении человека) сопряжено со значительными трудностями и единственным приемлемым способом проведения исследований во многих случаях оказывается компьютерный метод СИМ.