Медико-экологическое обоснование мониторинга здоровья населения на территориях размещения твердотопливных теплоэлектроцентралей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность вопроса. В развитии социально-экономического потенциала государства ведущее место занимает энергетика. Проблемы энергоснабжения и охраны окружающей среды вошли в число важнейших государственных задач Российской Федерации как основы высокого качества жизни населения (В.П. Воронин, 2006; Е.Е. Васильев, 2008).

Основная часть энергии производится путем сжигания органического топлива на предприятиях теплоэнергетики. В мировой практике доля энергетики на органическом топливе составляет более 90%. По данным исследований, выполненных в различные периоды, предприятия теплоэнергетики (ПТЭ), работающие на органическом топливе, относятся к числу наиболее значимых и распространенных источников загрязнения атмосферного воздуха населенных мест вредными химическими веществами, оказывающих существенное негативное влияние на здоровье населения (Л.В. Тимофеева, 1967; Р.С. Гильденскиольд, 1971-1994; К.А. Буштуева, 1976; Г.В. Киреев и соавт., 1994; Ю.А. Рахманин и соавт., 1995; В.Б. Выборов, 2005; Е. Л. Денисова, 2005).

В топливно-энергетическом балансе отечественной теплоэнергетики превалирует доля природного газа и мазута. Согласно Энергетической стратегии России на периоды до 2020 года и до 2030 года одним из приоритетных направлений является устранение газового перекоса в топливном балансе теплоэнергетической системы страны и увеличение в нем доли твердого топлива. Решение данной задачи намечено осуществить путем внедрения перспективных, экологически чистых угольных технологий (А.Н. Егоров, 2006; А.Н. Тугов, 2007; Е.А. Шипова, 2007; Г.А. Рябов и соавт., 2009; В.Ф. Резинских и соавт., 2010; К.Ю. Алексеев, 2011). В связи с этим актуальное значение приобретают эколого-гигиенические исследования в районах размещения действующих угольных ПТЭ, на которых в рамках реализации стратегических задач проводятся мероприятия по модернизации производства тепловой и электрической энергии (Б.А. Ревич, 2010).

Актуальное значение для решения задач по обеспечению экологической безопасности, сохранению и укреплению здоровья населения урбанизированных территорий, имеют научные исследования по совершенствованию систем медико-экологического мониторинга, методов оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием экологических факторов городской среды, разработке целевых оздоровительных программ (Г.Г. Онищенко и соавт., 2004; Е.Н. Беляев и соавт., 2004; С.В. Кузмин, 2004; Ю. А. Рахманин и соавт., 2005; И.С. Киреева и соавт., 2007; Ю.А. Рахманов, 2007; Ю.А. Рахманов, 2008; Г.Г. Онищенко, 2008; А.И. Потапов, 2008; В.М. Боев, 2009).

Среди загрязнителей окружающей среды большой удельный вес принадлежит аэрозолям с твердой фазой, основными источниками, поступления которых в воздушный бассейн населенных мест являются промышленные предприятия, энергетические объекты, транспорт. В России около 40% всего объема пылевыбросов в атмосферу приходится на долю предприятий теплоэнергетики (Г.Г. Онищенко, 2008). Взвешенные вещества, наряду с оксидами серы, азота и углерода отнесены к наиболее опасным для здоровья городского населения веществам, способствующих возникновению различных по своим качественным особенностям эффектов. Судя по литературным сообщениям, в основном зарубежных авторов, в настоящее время отмечается повышенный интерес к изучению влияния взвешенных веществ на формирование среди городского населения болезней системы кровообращения, органов дыхания, аллергических заболеваний (Б.Т. Величковский, 2003; Ю. А. Рахманин и соавт., 2007; C. R. Bartoli et al., 2009; R. C. Puett et al., 2009; C. A. Pope, 2009; T. G. Weinmayr et al., 2010).

К числу наименее изученных, в отношении действия на организм, загрязнителей атмосферного воздуха городской среды относится пыль летучей золы (ЛЗ) предприятий теплоэнергетики, удельный вес которой в структуре выбросов угольных ПТЭ составляет более 30 процентов. Немногочисленные литературные сообщения о характере биологического действия пыли ЛЗ, касаются в основном изучения развития фиброгенного процесса в легких экспериментальных животных и не дают представления о первичных механизмах патогенного действия данного загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест (Г.В Белобрагина, Т.С. Егорова, 1967; Т.С. Егорова, Г.В Белобрагина, 1967). В технологическом оборудовании и газоходных системах, в атмосферном воздухе аэрозоли летучей золы и газообразные соединения образуют пылегазовые смеси (ПГС), изучение характера биологического действия которых не служило предметом специальных исследований.

Одной из актуальных проблем современной профилактической медицины является разработка средств индивидуальной биологической профилактики, направленных на снижение риска воздействия на организм вредных экологических и производственных факторов (Т.Д. Дегтярева и соавт., 2004; Б.А. Кацнельсон и соавт., 2004; С.В. Кузьмин и соавт., 2007). Учитывая, что современный инженерно-технический уровень развития теплоэнергетики не позволяет обеспечить полного исключения выброса в атмосферный воздух токсических соединений, средства индивидуальной биологической профилактики становятся одним из важных элементов системы обеспечения экологической безопасности населения в районах размещения предприятий отрасли.

Перечисленные выше эколого-гигиенические проблемы по охране здоровья населения, проживающего на территориях размещения твердотопливных ПТЭ, определяют актуальность темы настоящего научного исследования, его цель и основные задачи.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось научное обоснование мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить условия образования, состав производственных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей и влияние их на качество атмосферного воздуха городской среды с учетом промышленных и транспортных выбросов.

2. Провести исследование по изучению физико-химических свойств и первичных механизмов патогенного действия пыли летучей золы ПТЭ c разработкой нового способа оценки цитотоксичности малорастворимых пылей "in vitro".

3. В условиях хронического эксперимента на животных изучить биологическое действие пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси с оценкой эффективности средств индивидуальной биологической профилактики.

4. Дать эколого-эпидемиологическую оценку здоровья взрослого и детского населения, проживающего в зонах влияния атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей с установлением причинно-следственных связей в системе “атмосферный воздух городской среды - вредные химические вещества - здоровье населения”.

5. Определить в районах размещения предприятий теплоэнергетики структуру детерминирующих экологических факторов городской среды.

6. Разработать научно-обоснованные рекомендации по организации мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей, включающих, в том числе, новые аналитические программные технологии.

Научная новизна исследования. В данной работе впервые представлены материалы комплексного эколого-гигиенического и эпидемиологического исследования в районах размещения современных мощных теплоэлектроцентралей, где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь:

- дана комплексная оценка влияния производственных выбросов твердотопливных ТЭЦ на качество атмосферного воздуха городской среды с учетом автотранспортных выбросов;

- определены приоритетные для контроля в системе медико-экологического мониторинга в районах размещения твердотопливных ТЭЦ химические загрязнители атмосферного воздуха;

- установлено ведущее неблагоприятное влияние компонентов атмосферных выбросов твердотопливных ТЭЦ на общую заболеваемость взрослого и детского населения, развитие осложнений беременности и неонатального периода, адаптационные возможности детского организма, смертность взрослого населения от болезней системы кровообращения и органов дыхания;

- обоснованы группы повышенного риска среди населения, проживающего в районах размещения твердотопливных ТЭЦ и в зонах влияния их атмосферных выбросов по направлению господствующих ветров;

- по результатам математического моделирования определена ведущая роль взвешенных веществ (РМ2,5, PM10) в формировании болезней системы кровообращения и органов дыхания;

- определена структура детерминирующих экологических факторов на территориях размещения городских твердотопливных ТЭЦ, в которой наибольший удельный вес приходится на фактор, характеризующий химическое загрязнение атмосферного воздуха;

- применительно для систем мониторинга на основе искусственных нейронных сетей разработана принципиально новая технология оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды;

- изучены физико-химические свойства, и первичные механизмы патогенного действия пыли летучей золы твердотопливных ТЭЦ;

- разработан не имеющий аналогов в мире способ определения цитотоксичности малорастворимых производственных пылей, основанный на использовании эффекта бесконтактной активации жидкости (БАЖ);

- изучено биологическое действие пыли летучей золы ТЭЦ в составе пылегазовой смеси при хроническом воздействии в малых дозах; установлено, что сорбированный газовый компонент оказывает влияние на усиление токсичности пыли ЛЗ и активизацию формирования иммунопатологических процессов, дестабилизацию системы антиоксидантной защиты, а также на относительное снижение интенсивности процессов липопероксидации.

Практическая значимость исследования и внедрение результатов работы в практику. Результаты исследования позволили определить основные направления по обеспечению экологической безопасности населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных ТЭЦ, и использованы при разработке концептуальной модели целевой оздоровительной программы, включающей технологические, санитарно-технические и медико-профилактические мероприятия.

Материалы проведенного комплексного исследования положены в основу информационного обеспечения системы мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей.

Данные аналитической оценки влияния производственных выбросов твердотопливных ТЭЦ на качество атмосферного воздуха городской среды и здоровье населения, использованы для построения нейросетевых моделей, на основе которых была разработана, не имеющая аналогов в нашей стране и за рубежом, автоматизированная информационно-аналитическая система (АИАС) мониторинга здоровья детского населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды.

Результаты экспериментального исследования по изучению первичных механизмов патогенного действия пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси явились научной основой для разработки рекомендаций по применению средств индивидуальной биологической профилактики.

Получены патент на изобретение № 2480751 от 27.04.2013 г. «Способ определения цитотоксичности малорастворимых производственных пылей» и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Экориск - ДН» № 2012616332 от 11.07.2012 г.

Материалы исследования применяются в практической деятельности ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора при изучении и прогнозировании состояния среды обитания и здоровья населения на территориях размещения городских предприятий теплоэнергетики. Данные работы были использованы при подготовке государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2011 году». Материалы диссертации используются на курсах тематического усовершенствования специалистов органов и организаций Роспотребнадзора, проводимых на базе Федерального центра (Акт внедрения от 03.04.2013 г.).

Материалы исследования применяются в практической деятельности ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Кировской области» при проведении территориального социально-гигиенического мониторинга по разделу влияние экологических факторов городской среды на здоровье населения (Акт внедрения от 12.02.2010 г.).

Основные положения, изложенные в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедр общественного здоровья и здравоохранения (Акт внедрения от 27.03.2013 г.), общественного здоровья и здравоохранения Института последипломного образования (Акт внедрения от 27.03.2013 г.), общей гигиены и экологии ГБОУ ВПО «Кировская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Акт внедрения от 27.03.2013 г.).

Положения, выносимые на защиту:

1. Современные твердотопливные ТЭЦ мощностью свыше 300 МВт/час, являются основными источниками поступления в атмосферный воздух городской среды сложного комплекса вредных химических веществ, среди которых наиболее гигиенически значимыми являются пыль, оксиды азота и серы. Основной объем пылевых выбросов твердотопливных ТЭЦ составляет летучая зола, биологическое действие которой в составе пылегазовой смеси при хроническом воздействии, наряду с выраженным резорбтивно-токсическим действием, характеризуется дестабилизацией системы антиоксидантной защиты, формированием иммунопатологических процессов, относительным снижением интенсивности процессов липопероксидации.

2. Математическое моделирование зависимости показателей здоровья населения от степени воздействия экологических факторов городской среды позволило определить ведущее неблагоприятное влияние компонентов атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей и научно обосновать приоритетные медико-экологические показатели для системы территориального мониторинга здоровья населения, а также основные направления медико-профилактических мероприятий.

3. Применение в системе медико-экологического мониторинга для оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды технологий на основе искусственных нейронных сетей позволяет моделировать зависимости без ограничений свойственных общепринятым методикам, с учетом изменившихся средовых условий.

Апробация работы и публикации. Материалы исследования и основные положения работы были доложены на расширенном заседании кафедр общественного здоровья и здравоохранения, общественного здоровья и здравоохранения Института последипломного образования, общей гигиены и экологии ГБОУ ВПО “Кировская государственная медицинская академия” Минздрава РФ (Киров, 2013), VII Международной научно-практической конференции “Состояние биосферы и здоровье людей” (Пенза, 2007), VII Международной научно-практической конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности” (Пенза, 2007), Всероссийской научно-практической конференции “Актуальные вопросы современной биохимии” (Киров, 2007), XII Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2007), XIII Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2008), 10 - й Всероссийской научно-практической конференции “Региональные и муниципальные проблемы природопользования” (Киров, 2008), VII Съезде аллергологов и иммунологов СНГ (Санкт-Петербург, 2009), II Всемирном форуме по астме и респираторной аллергии (Санкт-Петербург, 2009), III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Медико-физиологические проблемы экологии человека" (Ульяновск, 2009), Международном конгрессе по реабилитации в медицине и иммунореабилитации (Дубай, ОАЭ, 2009), Всероссийской научно-практической конференции “Проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий и устойчивого развития (Вологда, 2010), XV Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2011), IX Международной научно-практической конференции “Окружающая среда и здоровье” (Пенза, 2012).

По материалам диссертации опубликованы 32 научных работы, в том числе 16 в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК, изданы 2 монографии, в том числе одна в соавторстве.

1. Объекты, объемы, методы исследования

заболеваемость производственный нозологический твердотопливный

Исследование проведено в г. Кирове, на территории которого размещены два крупных предприятия теплоэнергетики, специализирующиеся на снабжении электрической и тепловой энергией городских и районных потребителей - ТЭЦ - 4, ТЭЦ - 5. Общая мощность городских ТЭЦ: электрическая 1000 МВт/час, тепловая 2500 Гкал/час. В качестве основного топливного материала применяется каменный уголь ряда отечественных месторождений.

Программа исследования включала изучение условий образования, объемов и состава атмосферных выбросов городских твердотопливных ТЭЦ; гигиеническую характеристику атмосферного воздуха в районах размещения ТЭЦ и в зонах влияния их выбросов по направлению господствующих ветров; оценку влияния атмосферных выбросов городских ТЭЦ и других экологических факторов городской среды (качество питьевой воды, шум) на здоровье населения; экспериментальную оценку биологического действия пыли летучей золы, в том числе в составе пылегазовой смеси; разработку основных направлений по охране здоровья населения.

Первичные данные о валовых выбросах в атмосферный воздух от ПТЭ получены из ежегодных материалов официальной государственной статистической отчетности по форме “2ТП - Воздух”.

Оценка уровней загрязненности атмосферного воздуха и почвы, качества питьевой воды, акустического режима проведена путем анализа данных лабораторных и инструментальных исследований ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Кировской области», ведомственных лабораторий промышленных предприятий, территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Было проанализировано более 2000 результатов исследования проб атмосферного воздуха, отобранных в рецепторных точках, на содержание взвешенных веществ, оксидов углерода, азота и серы, фенола, формальдегида, бензола, ксилола, толуола, этилбензола, бензпирена (ГОСТ 17.2.3.01-86, РД 52.04.186-89, ГН 2.1.6.1338- 03).

Оценка аэрогенного риска проведена в соответствии с Р 2.1.10.1920-04 “Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду” на основе расчета приземных среднегодовых концентраций химических загрязнителей атмосферного воздуха.

Для расчета приземных концентраций контролируемых химических загрязнителей атмосферного воздуха (взвешенные вещества, оксиды углерода, азота и серы, фенол, формальдегид, ароматические углеводороды, бенз(а)пирен) использовались данные территориального экологического мониторинга с последующей обработкой с помощью унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) “Эко центр”. Расчёт загрязнения атмосферы выполнен в соответствии с ОНД-86 “Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий”.

Для решения задач по моделированию рисков здоровью населения, расчетным путем были определены фракционные концентрации взвешенных веществ - РМ 10 и РМ 2,5 (PM - particulate matter) с использованием рекомендованных в литературе пересчетных коэффициентов 0,55 и 0,26 (С.А. Воронин и соавт., 2007).

Для районирования городской территории по уровню загрязненности атмосферного воздуха был применен кластерный анализ методом K-средних. В выделенных кластерах были рассчитаны коэффициенты комплексного загрязнения атмосферного воздуха (K'= SД / S ПДК 100%, где K' - коэффициент комплексного загрязнения; SПДК - интегрированный критерий условного загрязнения; SД - интегрированный критерий фактического загрязнения) и коэффициенты концентрации взвешенных веществ (Ксвв = C / RfC, где Кс - коэффициент концентрации; C - фактическая концентрация взвешенных веществ, мг/м3; RfC - референтная концентрация взвешенных веществ, мг/м3). Расчет коэффициентов концентраций взвешенных веществ выполнен по суммарной запыленности (TSP, total suspended particles) и фракционным концентрациям РМ 10 и РМ 2,5 .

Расчет относительного уровня загрязнения атмосферного воздуха за счет автотранспорта, проведен по методике определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов (Госкомэкологии России, 1999).

Дисперсный состав взвешенных частиц, витающих в приземном слое атмосферного воздуха на расстоянии 1, 3, 5 км от ПТЭ, определялся фотоэлектрическим методом (экспресс-анализ) на приборе АЗ - 5 (всего было выполнено 30 определений), методом просветления фильтров из ткани ФПП - 15 в парах ацетона, с последующим измерением размеров взвешенных частиц под оптическим микроскопом с иммерсионной системой при увеличении в 1350 раз. Всего было проанализировано 60 фильтров. Просветленные препараты использовались также для изучения морфологического состава пылевых частиц на оптическом микроскопе с встроенной видеокамерой.

Для выявления зон влияния предприятий теплоэнергетики, как источников загрязнения окружающей среды токсическими веществами, был проведен анализ данных геохимических исследований, выполненных на территории г. Кирова специализированной организацией Государственное научно-исследовательское геологическое предприятие (г. Санкт - Петербург). Оценка степени загрязнения почвы проведена путем расчета коэффициентов концентрации химического вещества - Кс и суммарного показателя загрязнения - Zс (МУ 2.1.7.730-99).

Оценка качества питьевой воды из водопроводной сети административных территорий г. Кирова проведена в соответствии с Методическими рекомендациями № 01-19/17-17 от 26.02.96 “Комплексное определение антропотехногенной нагрузки на водные объекты, почву, атмосферный воздух в районах селитебного освоения”. Проанализировано более 400 исследований проб воды (СанПиН 2.1.4.1074-01). Критерием при оценке качества питьевой воды служил показатель суммарного химического загрязнения воды (Квода).

Анализ акустического режима был проведен по данным замеров уровней внутриквартального шума в городских жилых застройках расположенных вблизи автомагистралей для транзитного транспорта, автомагистралей общегородского значения, полотна железной дороги, промышленных и энергетических объектов с непрерывным технологическим процессом, а также на территориях жилых застроек, где отсутствовали перечисленные внешние источники шума. Всего было проанализировано 480 замеров (СН 2.2.4/2.1.8.562-96). Ранжирование исследуемой территории по уровням акустической нагрузки проведено с учетом районов обслуживания населения амбулаторно-поликлиническими учреждениями.

Заболеваемость детского и взрослого населения (не имеющего контакта с производственными вредностями) изучалась путем анализа данных учета всех случаев обращений за медицинской помощью в городские учреждения здравоохранения (ф. № 12 государственной статистической отчетности). Смертность взрослого населения изучалась путем анализа государственной статистической формы № 106. Заболеваемость детей раннего возраста (от 0 до 1 года) изучалась путем анализа данных государственной отчетной статистической формы № 31 “Сведения о медицинской помощи детям и подросткам”. Сбор информации проведен в поликлиниках обслуживающих население районов, ранжированных по уровням интенсивности экологических факторов.

При анализе первичной заболеваемости и распространенности заболеваний, смертности населения были рассчитаны коэффициенты относительного риска по предложенной нами формуле: ОР = Р1/Р2), где ОР - коэффициент относительного риска, P1, P2 - частота встречаемости статистически значимо (p<0,05) различающихся показателей заболеваемости, смертности в сравниваемых районах, отличающихся по уровням загрязненности атмосферного воздуха.

Оценка риска проведена также путем расчета по предложенной нами методике, основанной на применении информационного варианта решения Байеса, интегрального индекса риска ИИР = 5 lg OP1 + 5 lg OP 2 + … + 5 lg OPn, где ОРn - коэффициенты относительного риска по отдельным нозологическим формам, причинам смерти. Величины ИИР ? 1,0 свидетельствуют об отсутствии риска.

Исследования по сравнительному изучению адаптационных возможностей организма детей, проживающих в районах влияния атмосферных выбросов ПТЭ и в контрольном районе, включали определение вегетативного индекса Кердо, минутного объема крови, физической работоспособности с расчетом максимального потребления кислорода, спирометрию, динамометрию. Всего было обследовано 1283 ребенка в возрасте от 6 до 7 лет. Количество мальчиков и девочек в каждом районе исследования было примерно одинаковым. Сформированные группы практически не отличались друг от друга по уровням материально-бытовых условий жизни, медико-санитарного обслуживания. Исследование проведено совместно с сотрудниками кафедры пропедевтики детских болезней Кировской ГМА (заведующий кафедрой к.м.н., доцент Беляков В.А.).

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием программы SPSS for Windows, версия 18. Для оценки нормальности распределений применялся тест Шапиро-Вилка, который не выявил статистически значимых отличий распределений изучаемых показателей от нормального распределения, что позволило применить в статистическом анализе параметрические методы.

Показатели, характеризующие уровни интенсивности экологических факторов городской среды представлены средними арифметическими (M) и стандартными ошибками средних (±m).

При анализе заболеваемости и смертности населения по каждому изучаемому району, показатели были представлены относительной величиной (P) и ошибкой относительной величины (±mp) на 1000 и 100000 человек взрослого и детского населения.

Для сравнительной оценки уровней загрязненности атмосферного воздуха вредными химическими веществами, показателей качества водопроводной питьевой воды и акустического режима в разных районах города использован критерий Стьюдента для независимых выборок. Учитывая, что одним из условий применения данного критерия является равенство дисперсий показателя в сравниваемых совокупностях, для оценки равенства дисперсий был применен тест Левена, показавший допустимость применения критерия Стьюдента.

Для сравнения изучаемых районов по уровню заболеваемости и смертности был применен z-критерий, использование данного критерия обусловлено большим объемом сравниваемых выборок. В качестве критического уровня статистической значимости гипотез принят уровень: p < 0,05.

Для установления зависимости показателей заболеваемости и смертности населения от уровня воздействия экологических факторов городской среды был применен однофакторный регрессионный анализ с построением уравнений регрессии. Достоверность и адекватность полученных данных оценивалась по коэффициенту корреляции Пирсона (r) и коэффициенту детерминации (r2), критерию Фишера - (F), а так же по оценке нормальности распределения остатков регрессии (тест Шапиро-Вилка).

Для более детальной характеристики влияния отдельных экологических факторов городской среды, в том числе отдельных компонентов химического загрязнения атмосферного воздуха, на развитие и распространенность среди населения заболеваний был применен факторный анализ методом выделения главных компонент, вращением по типу “варимакс” с нормализацией Кайзера. Оценка силы, направления и статистической значимости связей между изучаемыми показателями выполнена методом корреляционного анализа по Пирсону.

Исследование по изучению биологического действия пыли летучей золы твердотопливных ТЭЦ проведено на базе межкафедральной токсикологической и биохимической НИЛ Кировской ГМА (руководитель д.м.н., профессор Цапок П.И.).

В эксперименте исследовались пылевые пробы, отобранные из газоходных систем ТЭЦ перед выбросом в атмосферу. Вещественный и фазово-минерологический состав пыли ЛЗ определялся методами спектрального и рентгенофазового анализа. Растворимость содержащихся в пыли ЛЗ химических элементов в физиологическом растворе, ацетатном и щелочном буферных растворах определялась в фильтрате после 10-ти дневной экспозиции в термостате (37оС) методами атомно-абсорбционной спектрометрии, капиллярного электрофореза в трех параллельных исследованиях.

Для определения цитотоксичности пыли ЛЗ в эксперименте “in vitro” был применен разработанный и запатентованный нами способ, основанный на использовании эффекта бесконтактной активации эталонного водного раствора (рис. 1).

Оценка цитотоксичности пыли ЛЗ проведена в сравнении с высокоцитотоксичной пылью природного кварца, среднецитотоксичными - пыль отвальных шлаков, конверторная пыль медеплавильного производства и слабоцитотоксичной пылью элементарной серы.

Рис. 1. Блок - схема измерительно-аналитического комплекса: 1 - емкость для исследуемого материала; 2 - емкость для эталонной воды; 3 - механическая мешалка; 4 - редоксметрический электрод; 5 - термостат; 6 - экранирование; 7 - анализатор (рН - метр - иономер высокоточный); 8 - персональный компьютер

Показателем цитотоксичности пыли является выраженное в процентах повышение среднего за период инкубации уровня ОВП в активированной эталонной воде по сравнению со средним уровнем ОВП в активированной эталонной воде при воздействии контрольной эритроцитарной суспензии без пыли.

В исследовании “in vitro” была изучена способность пыли ЛЗ стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов. Характер активации макрофагов исследовался методом хемилюминесценции (ХЛ) в стандартной суспензии по изменению показателя общей светосуммы (S).

Хронический эксперимент по изучению биологического действия летучей золы в составе пылегазовой смеси проведен на 40 беспородных белых крысах с исходной массой 170 - 200 г. Насыщение частиц ЛЗ диоксидом серы, полученным в лабораторных условиях, производилось в герметичной колбе при постоянном встряхивании в течение 3 часов. После продувки колбы воздухом готовились навески ПГС.

Исследуемая пылегазовая смесь (пыль ЛЗ - диоксид серы) вводилась 20 экспериментальным животным интратрахеальным способом однократно из расчета 6,25 мг в 1,0 мл физиологического раствора. Животным контрольной группы из 10 крыс интратрахеально вводилось эквивалентное количество физиологического раствора. Для сравнения, помимо «чисто» контроля, использовалась группа из 10 крыс, которым интратрахеально была введена пыль ЛЗ без газового компонента (6,25 мг в 1,0 мл физраствора). Все животные были обеспечены стандартным рационом питания. Из числа животных затравленных ПГС была выделена группа из 10 крыс, в рацион питания которых дополнительно была включена пищевая биодобавка “Рекицен - РД” из расчета 0,4 г / кг массы тела в сутки. Через 6 месяцев животные забивались декапитацией.

При оценке общетоксического действия, процессов липопероксидации и состояния антиоксидантной системы у животных определялись: весовые коэффициенты внутренних органов, содержание в сыворотке крови белка, глюкозы, тотальных липидов, в-липопротеидов, холестерина, ферментов - AST, ALT, начальных и конечных продуктов ПОЛ, церулоплазмина. Хемилюминесцентным методом на люминометре Emilite El 1105 определяли интенсивность процессов липопероксидации по показателям светосуммы вспышки за определенный отрезок времени (S30 сек, S60 сек) и антиоксидантную активность сыворотки крови по отношению максимального показателя фотовспышки (Imax) к светосумме (S60 сек). Оценка функционального состояния системы гуморального иммунитета, степени активности иммунопатологических процессов включала определение в сыворотке крови иммуноглобулинов (Ig A, Ig M, Ig G, Ig E), циркулирующих иммунных комплексов - ЦИК.

Патоморфологические исследования проведены на базе НИЛ по проблемам морфологии Кировской ГМА (руководитель к.м.н., доцент Новичков Е.В.). Изготавливались микротомные парафиновые срезы толщиной 5 мкм. Затем они подвергались депарафинации и окрашивались гематоксилином и эозином. Микроскопию проводили с помощью микроскопа Carl Zeizz с план-объективом FIAPO 40х/0,30, совмещённый с цифровой видеокамерой Progress разрешением 800х600 pixel. Полученное изображение обрабатывалось на компьютере Pentium V, посредством системы анализа цифрового изображения Морфология 5.0 (ВидеоТест) .

Экспериментальное исследование проведено с учетом национальных и международных правил по условиям содержания и использования лабораторных животных и этических принципов медико-биологических исследований с участием животных (Протокол заседания Локального этического комитета Кировской госмедакадемии № 07 - 08 от 19.12.2007 г.).

Исследование по изучению эффективности применения пищевой биодобавки “Рекицен - РД” в качестве средства индивидуальной биологической профилактики было проведено на 30 добровольцах обоего пола в возрасте 45 - 50 лет, проживающих в районах воздействия атмосферных выбросов городских предприятий теплоэнергетики и не имеющих в сфере своей профессиональной деятельности контакта с производственными вредностями. Прием биологически активной добавки к пище проводился по 3 таблетки 3 раза в день. Продолжительность приема - 4 недели. У лиц, участвующих в исследовании, до приема БАД и после проведения курса приема БАД, в плазме крови определялись показатели, характеризующие процессы липопероксидации и антиоксидантную активность. Данный раздел работы выполнен с учетом национальных и международных правил и этических принципов медицинских исследований с участием людей (Протокол заседания Локального этического комитета Кировской госмедакадемии № 13 - 07 от 15.05.2013 г.).

Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с использованием программы SPSS for Windows, версия 18. Оценка нормальности распределения показателей в опытной и контрольной группах выполнена посредством критериев Колмогорова - Смирнова и Shapiro-Wilk. Поскольку данные критерии не выявили статистически значимых различий с нормальным распределением, изучаемые показатели представлены средней арифметической и стандартной ошибкой (M ± m). В качестве метода оценки статистической значимости различия величин в сравниваемых группах применен критерий Стьюдента для независимых совокупностей. Критическим уровнем значимости (р) проверки статистических гипотез принят уровень p < 0,05.

2. Результаты исследования

Ежегодно твердотопливными ТЭЦ мощностью свыше 300 МВт/час в атмосферный воздух городской среды выбрасывается до 3,8 тыс. тонн твердых и до 8,7 тыс. тонн газообразных веществ. Состав выбрасываемых в атмосферный воздух вредных веществ: оксид углерода (3,9 %), твердые частицы (30,0 %), диоксид серы (32,2 %), оксиды азота (в пересчете на NO2) - 33,9 %.

Как показали результаты анализа санитарно-химических исследований среднегодовые концентрации оксида углерода, диоксида серы, оксида азота и диоксида азота не превышали установленных для данных веществ величин среднесуточных предельно-допустимых концентраций на расстоянии 0,5 - 5,0 км от предприятий теплоэнергетики. Полученные результаты можно связать с внедрением на городских энергетических объектах по отраслевой программе модернизации новых технологических методов снижения объемов газообразных вредных веществ, в частности, низкотемпературной вихревой (НТВ) технологии сжигания твердого органического топлива. Проведенный нами сравнительный по годам анализ качества атмосферного воздуха показал, что внедрение НТВ - технологии способствовало снижению величины показателя комплексного загрязнения атмосферного воздуха (K') в районе размещения ТЭЦ почти в 2 раза, в зоне влияния атмосферных выбросов ТЭЦ по направлению господствующих ветров в 1,45 раза.

Вместе с тем, при суммарной количественной оценке опасности загрязнения при одновременном присутствии оксидов углерода, серы и азота, индекс опасности (HI) превышал 1,0 даже в 5-ти километровой зоне.

По данным территориального мониторинга суммарной запыленности (TSP) среднегодовые концентрации взвешенных веществ превышают величину ПДКсс (0,15 мг/м3) на расстоянии 0,5 - 5,0 км от ТЭЦ соответственно в 2,6 и 1,6 раза. Пиковые значения концентраций взвешенных веществ наблюдаются в холодный период года, когда предприятия теплоэнергетики работают с максимальной производственной нагрузкой.

Для частиц выбрасываемой в атмосферный воздух пыли характерно значительное преобладание мелкодисперсных фракций. Так, на расстоянии 1,0 км от ТЭЦ дисперсный состав характеризуется преобладанием частиц размером от 1,0 до 2,5 мкм (37,6%). Начиная с 3 -х километровой зоны дисперсный состав сдвигается в сторону преобладания частиц более мелкодисперсных фракций (до 1,0 мкм - 38,2%, от 1,0 мкм до 2,5 мкм - 32,3%). В 5-ти километровой зоне 52,6% взвешенных частиц имеют размеры до 1,0 мкм, 43,1% от 1,0 до 2,5 мкм.

По данным геохимических исследований пробы почвы, отобранные в районах размещения ТЭЦ, по сравнению с образцами почвы контрольной территории (Zc = 17,6), содержат статистически значимое (p < 0,05) повышенное количество Mn, Pb, Cu, Zn, Sn, Ni, V, Cr, S, F, т.е. тех элементов, которые являются специфичными для атмосферных выбросов городских предприятий теплоэнергетики (Zc = 21,3). Протяженность полей повышенных концентраций указанных химических веществ составляет, в соответствии с розой ветров, до 1,5 - 2,0 км от предприятий теплоэнергетики.

По данным расчета коэффициентов комплексного загрязнения атмосферного воздуха (K'), коэффициентов концентраций взвешенных веществ (Ксвв) на городской территории были выделены районы, которые отличались по степени загрязненности атмосферного воздуха вредными химическими веществами. Наиболее интенсивные уровни химического загрязнения атмосферного воздуха установлены в районах непосредственного размещения ПТЭ (ТЭЦ - 4: К' = 96,4; Ксвв = 3,55; ТЭЦ - 5: К' = 92,6; Ксвв = 3,20), относительно высокие уровни установлены в секторах городской территории, входящих в зоны влияния выбросов ТЭЦ по направлению господствующих ветров (зоны влияния атмосферных выбросов: ТЭЦ - 4: К' = 86,8; Ксвв = 2,94; ТЭЦ - 5: К' = 70,6; Ксвв = 2,88). В качестве контрольного района был выбран южный сектор городской территории (K' = 48,19; Ксвв = 2,08).

При характеристике многокомпонентного аэротехногенного загрязнения исследуемой городской территории методом выделения главных компонент определены 3 фактора, объясняющие 81% полной дисперсии переменных - 55 %, 17 % и 9 % соответственно (табл. 1).

Таблица 1. Факторные нагрузки на выделенные компоненты

Из представленных в таблице 1 величин факторной нагрузки переменных на выделенные компоненты (выраженных в виде коэффициентов корреляции Пирсона) видно, что с фактором № 1 наибольшую корреляцию имеют концентрации в атмосферном воздухе взвешенных веществ, оксидов серы и азота. Следует отметить, что концентрации перечисленных веществ коррелируют только с данным фактором. Наибольшую нагрузку на фактор № 2 оказывают концентрации в атмосферном воздухе ароматических углеводородов - бензола и толуола, оксида углерода (сильная прямая корреляционная зависимость). Атмосферная концентрация бензола коррелирует только с данным фактором и имеет здесь максимальное значение.

Фактор № 3 имеет сильную прямую корреляционную связь с атмосферной концентрацией фенола. Таким образом, выделенные компоненты отличаются по составу веществ, оказывающих нагрузку на каждый фактор.

В таблице 2 представлены связи выявленных факторов с показателями, характеризующими качество атмосферного воздуха городской среды.

Таблица 2. Связь выявленных факторов с показателями качества атмосферного воздуха городской территории

*уровень значимости коэффициента корреляции p<0,05

Как видно из данной таблицы, фактор № 1, в котором преобладает пыле-газовый компонент и ряд углеводородов, имеет сильную, прямую корреляционную связь с показателем комплексного загрязнения атмосферного воздуха и связь средней силы с показателем загрязнения атмосферного воздуха за счет автотранспорта. Напротив, фактор № 2 (бензол и др. ароматические углеводороды, оксид углерода) в большей степени связан с уровнем загрязнения за счет выбросов автотранспорта, чем с комплексным загрязнением атмосферного воздуха. Между фактором № 3 (фенол) и показателями загрязнения атмосферного воздуха статистически значимая корреляционная связь не выявлена.

Исходя из анализа связей между выявленными факторами и показателями, отражающими качество атмосферного воздуха, можно сделать вывод, что фактор № 1 является более универсальным, характерным для комплексного загрязнения атмосферного воздуха, основными источниками которого в городской среде являются ПТЭ и автотранспорт. Вклад атмосферных выбросов ПТЭ по уровню значимости является доминирующим.

Основным источником водоснабжения населения центральных районов г.Кирова является река Вятка, испытывающая достаточно интенсивную антропотехногенную нагрузку. В данных районах величины показателя суммарного химического загрязнения питьевой воды (Квода = 3,18±0,20 - 3,55±0,13) были статистически значимо выше (p < 0,05) по сравнению с показателем контрольного района (Квода = 2,14±0,11), водопроводная сеть в котором питается из скважин.

По данным анализа акустических замеров на исследуемой территории в временной период с 23 до 7 часов эквивалентные уровни шума превышали нормативный уровень (45 дБ А) от 1,6 до 6,5 дБ в жилых районах расположенных вблизи автомагистралей для транзитного и общегородского значения транспорта, полотна железной дороги.

По данным медико-статистического анализа общий уровень распространенности заболеваний среди взрослого населения, проживающего в районах размещения ТЭЦ (1446,06±47,21‰; 1337,94±48,92‰) и в зонах влияния их атмосферных выбросов (1377,20±43,77‰; 1128,89±41,34‰), был статистически значимо (p0,05) выше показателя контрольного района (1019,81±35,19‰).

В районах размещения энергетических объектов, значения ОР составляли по общему уровню распространенности заболеваний (1,31-1,42), новообразованиям (1,63-1,90), болезням мочеполовой системы (1,71-1,86), уха и сосцевидного отростка (1,67-1,77), органов дыхания (1,70-1,71), органов пищеварения (1,17-1,68), кожи и подкожной клетчатки (1,30-1,46), системы кровообращения (1,36-1,38). На территориях зон влияния атмосферных выбросов ТЭЦ значения ОР составляли по общему уровню распространенности заболеваний (1,11-1,35), болезням мочеполовой системы (1,36-1,61), органов пищеварения (1,23-1,52), органов дыхания (1,17-1,50), уха и сосцевидного отростка (1,10-1,46), новообразованиям (1,12-1,33), болезням системы кровообращения (1,12-1,22), кожи и подкожной клетчатки (1,10-1,17).

По данным регрессионного анализа наблюдается четкая зависимость общего уровня распространенности заболеваний среди взрослого населения от степени загрязненности атмосферного воздуха (К'). Выявленная зависимость является прямой, сильной и статистически значимой (r = 0,963, r2 = 0,928, F = 38,78, p = 0,008; y = 8,73 Ч K' + 572,14).

В таблице 3 приведены математические модели связей коэффициента, характеризующего комплексное загрязнение атмосферного воздуха, с уровнями распространенности заболеваний по отдельным классам болезней.

Как видно из данной таблицы, связь между показателем, характеризующего интенсивность загрязнения атмосферного воздуха и частотой распространенности болезней системы кровообращения, органов дыхания, мочеполовой системы, кожи и подкожной клетчатки, новообразований является прямой, сильной и статистически значимой (p<0,05).

Таблица 3. Зависимость частоты распространенности заболеваний по классам болезней от уровня загрязненности атмосферного воздуха (К')

По величине коэффициента детерминации статистически значимая, высокая степень зависимости уровней распространенности заболеваний по отдельным классам болезней от качества атмосферного воздуха была установлена с болезнями системы кровообращения (93,4 %), органов дыхания (87,0 %), мочеполовой системы (83,6 %), новообразованиями (78,6 %), болезнями кожи и подкожной клетчатки (77,5 %). По остальным классам болезней связь частоты распространенности заболеваний с уровнями загрязненности атмосферного воздуха была статистически не значимой (p > 0,05)

В районах размещения ТЭЦ и в зонах влияния их атмосферных выбросов значения величин ОР развития БСК среди взрослого населения составляли по общему уровню от 1,20 до 1,48 (первичная заболеваемость) и от 1,12 до 1,38 (распространенность). В данных районах значения ОР по первичной заболеваемости составляли для болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением (1,45 - 3,07), цереброваскулярных болезней (1,23 - 1,67), ишемической болезни сердца (1,25 - 1,48), по распространенности - ишемическая болезнь сердца (1,37 - 1,85), болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением (1,26 - 1,53), цереброваскулярные болезни (1,13 - 1,52). Значения ИИР развития БСК в районах, где непосредственно размещаются ТЭЦ составляли 2,15-3,94, в районах влияния их атмосферных выбросов 1,44-1,84.

По величине коэффициента детерминации, статистически значимые высокие степени зависимости частоты заболеваемости от уровня загрязненности атмосферного воздуха (К') по первичной заболеваемости были установлены с ишемической болезнью сердца (98,6%), болезнями, характеризующихся повышенным кровяным давлением (98,2 %), цереброваскулярными болезнями - 94,2 % (табл. 4).

Таблица 4. Зависимость частоты первичной заболеваемости и распространенности БСК по отдельным нозологическим формам от уровня загрязненности атмосферного воздуха (К')

По распространенности зависимость выглядит несколько иначе. Так, наиболее высокая степень зависимости установлена с болезнями, характеризующихся повышенным кровяным давлением (82,9 %) и цереброваскулярными болезнями (80,5 %). Зависимость частоты распространенности ишемической болезни сердца от качества атмосферного воздуха составляет 36,7 %. Связь частоты первичной заболеваемости и распространенности хронических ревматических болезней сердца с уровнями загрязненности атмосферного воздуха является статистически не значимой (p>0,05).

Как видно из приведенных в таблице 5 данных, регрессионный анализ позволил определить четкую связь между расчетными фракционными концентрациями взвешенных веществ и уровнями первичной заболеваемости и распространенности болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением, ишемической болезни, цереброваскулярных болезней. Выявленные связи являются прямыми, сильными и статистически значимыми (p<0,05).

Таблица 5. Связь фракционных концентраций взвешенных веществ и уровней заболеваемости взрослого населения БСК по отдельным нозологическим формам

В районах размещения ТЭЦ и в зонах влияния их атмосферных выбросов значения величин ОР развития БОД среди взрослого населения составляли по общему уровню от 1,20 до 2,08 (первичная заболеваемость) и от 1,06 до 1,71 (распространенность). В данных районах значения ОР по первичной заболеваемости составляли для хронического бронхита (1,14 - 2,34), бронхоэктатической болезни (1,20 - 1,52), бронхиальной астмы (1,19 - 2,33), по распространенности - хронический бронхит (1,24 - 1,81), бронхоэктатическая болезнь (1,14 - 1,61), бронхиальная астма (1,42 - 1,93). Значения ИИР развития БОД в районах, где непосредственно размещаются ПТЭ составляли 2,71-3,74, в районах влияния их атмосферных выбросов 1,31-2,51.

Как видно из приведенных в таблице 6 данных, по величине коэффициента детерминации, статистически значимые высокие степени зависимости частоты заболеваемости от уровня загрязненности атмосферного воздуха (К') по первичной заболеваемости и распространенности были установлены с бронхиальной астмой 79,2% и 89,9 %), бронхоэктатической болезнью 82,3% и 90,1 %, хроническим бронхитом 79,4% и 84,5 % соответственно (табл. 6).

Таблица 6. Зависимость уровней заболеваемости болезнями органов дыхания по отдельным нозологическим формам от уровня загрязненности атмосферного воздуха (К')

Между средними расчетными фракционными концентрациями взвешенных веществ и уровнями первичной заболеваемости и распространенности бронхоэктатической болезни, хронического бронхита, бронхиальной астмы установлена прямая, сильная и статистически значимая связь (табл. 7).

Связь частоты распространенности пневмоний, аллергического ринита, хронического фарингита, болезней миндалин и аденоидов с величиной коэффициента комплексного загрязнения атмосферного воздуха (K') и уровнями загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами (Кс PM2,5, Кс РМ10) является статистически не значимой (p > 0,05).