Health risk assessment associated with indoor air pollution by metals and metalloids in PM2.5: a cross-sectional study

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Мелкодисперсные взвеси размером менее 10 и 2,5 мкм (PM₁₀ и PM_2,5, от англ. particulate matter) являются одними из наиболее опасных загрязнителей воздуха [1, 2]. При этом частицы размером менее 2,5 мкм более опасны, так как легко преодолевают физиологические барьеры, могут достигать дистальных отделов лёгкого и оседать в бронхиолах и альвеолах, а при оседании в дыхательных путях PM_2,5 способны преодолевать клеточную мембрану, альвеолярную перегородку, проникать в системный кровоток и головной мозг [3]. Примечательно, что до 2010 г. в Российской Федерации отсутствовал национальный стандарт по PM₁₀ и PM_2,5 [2]. В 2010 г. были приняты нормативы для PM₁₀ и PM_2,5, которые в настоящее время применяются в стране. В последнее время число исследований, посвящённых влиянию PM₁₀ и PM_2,5 на заболеваемость, в мире резко возросло [4–6]. Американское онкологическое общество совместно с исследователями [7] собрало данные о выборке из 500 000 взрослых, проживающих в крупных городах. Их анализ показал, что общий уровень смертности, а также уровень смертности от сердечно-лёгочных заболеваний и рака лёгких увеличивался на 4, 6 и 8% соответственно на каждые 10 мкг/м³ повышения уровня PM_2,5 с учётом курения, питания, употребления алкоголя, профессии и других факторов риска [7]. Кроме того, Американское онкологическое общество провело когортное исследование, в котором отслеживалось состояние здоровья 1,2 млн взрослых американцев в течение 26 лет (с 1982 по 2008 г.). Было показано, что уровень смертности от рака лёгких среди некурящего населения увеличивался на 15–27% при повышении концентрации PM_2,5 в воздухе на 10 мкг/м³ [8].

Компоненты PM_2,5 отличаются для различных территорий и зависят от источников генерации, поэтому необходимо изучение воздействия загрязнения атмосферного воздуха, характерного для определённой местности. В крупных промышленных городах PM_2,5 содержат в своём составе различные металлы и металлоиды (ММ), которые относятся к потенциально токсичным элементам [9]. Загрязнение окружающей среды ММ увеличивает риск развития болезни Альцгеймера [10], сердечно-сосудистых заболеваний [11–13], преддиабета [14], диабета [14–16] и атеросклероза [14], а также приводит к росту случаев аллергии у детей [17].

Исследования загрязнения воздуха PM_2,5, содержащими в своем составе ММ, в Российской Федерации крайне лимитированы. Наша предыдущая работа [18] является первым и остаётся одним из немногих исследований на эту тему. Были изучены изменения содержания PM_2,5 и РМ₁₀, а также ММ, ассоциированных с ними, в трёх точках на территории Челябинской городской агломерации в течение года и оценены риски для здоровья, связанные с загрязнением воздуха PM_2,5 и РМ₁₀.

Хотя изучение загрязнения атмосферного воздуха крайне важно, нужно учитывать, что в последние годы образ жизни изменился: всё больше людей остаются дома весь день либо проводят в помещениях значительную часть времени. По некоторым данным, городские жители до 90% своего времени находятся в помещениях [19]. Лишь небольшое количество исследований в мире посвящено изучению загрязнения воздуха PM_2,5 [20] и ассоциированных с ними ММ внутри помещений [21–23], а в России такие исследования пока не проводились. В настоящем исследовании для изучения был выбран российский промышленный город Челябинск. В предыдущих работах показано, что вещества, содержащиеся в атмосферном воздухе, могут вызывать задержку развития организма, неблагоприятно влиять на дыхательную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, центральную нервную системы, нарушать работу почек и печени [24].

Цель исследования. Анализ содержания РМ_2,5 в воздухе помещений, ММ в составе РМ_2,5 и оценка рисков для здоровья, обусловленных ингаляционным воздействием ММ-содержащих РМ_2,5, в Челябинске.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведено наблюдательное одноцентровое одномоментное исследование.

Условия проведения исследования

Челябинск — российский промышленный город. На его территории расположено несколько крупнейших предприятий чёрной и цветной металлургии — Челябинский металлургический комбинат, Челябинский цинковый завод, Челябинский электрометаллургический комбинат. В исследовании принимали участие добровольцы из числа студентов и сотрудников университета. При выполнении работы авторы неукоснительно следовали положениям Хельсинкской декларации (2013). Исследования проводили в лабораториях, аудиториях и общежитиях на территории университетского кампуса, а также отбор проб осуществляли в жилых комнатах в квартирах добровольцев, расположенных в различных локациях города. При этом аудитории и лаборатории выбирали те, в которых обычно проходили занятия у добровольцев, принимавших участие в исследовании.

Мы провели две кампании по отбору проб с ноября по март и с апреля по октябрь 2024–2025 гг., что соответствовало сезонам низкого и высокого уровня загрязнения PM_2,5 соответственно. Как показано в предыдущем исследовании [18], концентрация PM₁₀ и PM_2,5 в Челябинске ниже зимой, поскольку все городские и промышленные тепловые электростанции работают на газе, угольных электростанций нет, а снегопады и снежный покров способствуют очищению воздуха. Летом концентрация PM₁₀ и PM_2,5 увеличивается из-за засушливого периода, кроме того, лесные пожары на Урале и в Сибири увеличивают загрязнение воздуха.

В данном исследовании 72-часовые пробы PM_2,5 собирали на 25-миллиметровые поликарбонатные фильтры (Sartorius, Германия) с размером пор 0,4 мкм. Пробы отбирали с помощью малообъёмных каскадных импакторных пробоотборников (ИКС-4, Екатеринбург, Россия), которые работали непрерывно с расходом 16 л·мин⁻¹. Мы последовательно собирали частицы размером 2,5 мкм и менее в каждом исследуемом помещении. Пробоотборники располагали на столе в комнате, где проводилась основная деятельность добровольцев (обычно в гостиной). В каждой локации осуществляли отбор двух параллельных проб. Во время отбора проб мы просили не курить в помещениях, не зажигать благовония, так как предыдущие исследования [25–27] показали, что в этих случаях значительно увеличивается концентрация ММ в пыли помещений и риски, связанные с этим загрязнением. Перед отбором проб во всех помещениях была проведена влажная уборка, окна на проветривание открывали по два раза в сутки, продолжительность проветривания составляла 1 ч.

Критерии соответствия (отбора)

В эксперименте принимали участие добровольцы из числа студентов и преподавателей университета, в их квартирах и комнатах общежитий осуществляли отбор проб. В эксперимент не включали участников, имеющих домашних питомцев, курящих в помещении, проживающих в квартирах, оборудованных системой кондиционирования воздуха и газовыми плитами.

Методы измерения целевых показателей

Элементный анализ

Одиннадцать элементов (Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, и Zn) были проанализированы с помощью масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС, Agilent 7700x, Agilent Technologies Inc., США) в лаборатории Южно-Уральского научно-исследовательского центра минералогии и геоэкологии УрО РАН (Миасс). Вскрытие проб фильтров осуществляли методом последовательного растворения по методике, описанной ранее [18]. В данном исследовании анализировали концентрации элементов (0,0; 0,1; 0,5; 1,0 и 5,0 ppm) по стандартам Inorganic Ventures для оценки калибровочной кривой. Контроль качества (QA/QC) осуществляли с помощью холостых проб, дублирующих образцов и сертифицированных стандартных образцов. Для контроля качества использовали следующие сертифицированные стандартные образцы: ГСО 10413-2014 СО дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы (ВНИИА Россельхозакадемии, Россия), ГСО 7186-95 лессовой почвы (Бронницкая геолого-геохимическая экспедиция Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, Россия) и ГСО 3486-86 алюмосиликатных рыхлых отложений (Институт геохимии им. В.В. Виноградова СО РАН, Россия). Пределы обнаружения ММ и относительное отклонение (%) результатов измерений концентрации ММ от паспортного значения ГСО для каждого из указанных ММ представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Пределы обнаружения металлов и металлоидов и относительное отклонение их концентрации от паспортного значения государственных стандартных образцов

Table 1. Limits of detection for metals and metalloids and relative deviation of their concentrations from the certified values of state standard reference materials

Металлы и металлоиды	Пределы обнаружения, нг/м3	Относительное отклонение, %
Al	0,1	97
As	0,3	98
Cd	0,5	109
Co	0,1	98
Cr	1,1	87
Cu	1,8	110
Fe	1,1	105
Mn	0,4	95
Ni	1,4	89
Pb	4,2	119
Zn	0,1	107

 

Статистические процедуры

Запланированный размер выборки

Размер выборки предварительно не рассчитывали.

Исследования проводили на территории университетского кампуса, были выбраны лаборатории (n=3), аудитории (n=3), комнаты в общежитиях (n=4), а также отбор проб осуществляли в жилых комнатах в квартирах (n=14). Размер выборки был ограничен техническими возможностями пробоотбора, наличием в лаборатории двух переносных пробоотборников и длительностью пробоотбора.

Статистические методы

Статистические расчёты проведены с помощью лицензионной программы SPSS 23.0 (США). Проверку данных на нормальность распределения осуществляли по критерию Колмогорова–Смирнова с коррекцией значимости Лиллиефорса. Для описания данных использовали следующие центральные тенденции и меры рассеяния: количество образцов в группе (n), среднее арифметическое (M), медиану (Мe), процентили (25, 50, 75, 95-й). Сравнение двух независимых выборок проводили с помощью непараметрического U-критерия Манна–Уитни, более двух независимых выборок — с использованием непараметрического H-критерия Краскела–Уоллиса.

Оценка рисков

Расчёты уровней риска здоровью населения выполняли для ингаляционного пути поступления частиц РМ_2,5, содержащих ММ, в соответствии с Руководством по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания (Р2.1.10.3968–23)¹. Расчёты проводили для концентраций ММ в частицах РМ_2,5 на уровне медианы (Me) и 95-го процентиля в высокий и низкий сезоны загрязнений. Расчёт средней суточной дозы произведён в соответствии со стандартными значениями факторов экспозиции при ингаляционном пути поступления химических веществ. Ингаляционная экспозиция составила 15,1 м³/день для взрослых и 8,7 м³/день для детей, продолжительность воздействия для канцерогенного и неканцерогенного риска — 30 и 6 лет соответственно для взрослых и детей. Масса взрослого человека принята за 70 кг, масса ребёнка — 15 кг. Рекомендуемые значения референтных уровней воздействия для хронического ингаляционного воздействия (референтные дозы, мг/м³), факторов канцерогенного потенциала (мг/(кг·день)^–1), значения факторов экспозиции при ингаляционном пути поступления химических веществ получены в соответствии с рекомендациями, изложенными в Р2.1.10.3968–23.

Риск развития неканцерогенных эффектов рассчитывали как индексы опасности развития нарушения функций критических органов и систем k (HI_k).

Неканцерогенный риск хронического ингаляционного действия оценивали как минимальный при коэффициенте опасности (HQ) ≤0,1 и HI_k ≤1,0; допустимый (приемлемый) — при HQ от 0,11 до 1,0 и HI_k от 1,1 до 3,0; настораживающий — при HQ от 1,1 до 3,0 и HI_k от 3,1 до 6,0; высокий — при HQ >3,0 и HI_k >6,0. При оценке канцерогенного риска считали, что допустимым (приемлемым) уровнем риска принимается индивидуальный канцерогенный риск в течение всей жизни: 1,1×10^–6…1,0×10^–4.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Были получены средние концентрации PM_2,5 за трое суток (которые в дальнейшем сравнивали с предельно допустимыми среднесуточными концентрациями) в различных типах помещений: лаборатории, аудитории, комнаты общежитий и квартир. Поскольку выборки концентраций химических веществ не соответствовали нормальному распределению по критерию Колмогорова–Смирнова, то для оценки статистической значимости различий в четырёх различных группах помещений использовали непараметрический H-критерий Краскела– Уоллиса для независимых выборок. Различия в выборках были статистически незначимы как для сезона низких загрязнений (p=0,287), так и высоких (p=0,966), что позволило объединить выборки в одну. В табл. 2 представлены результаты статистической обработки данных о концентрации PM_2,5 в различные сезоны загрязнения.

 

Таблица 2. Концентрации PM_2,5 в различные сезоны загрязнения воздуха, мкг/м³

Table 2. PM_2.5 concentrations across air pollution seasons, μg/m3

Статистический показатель	Сезон низкого уровня загрязнения воздуха PM2,5	Сезон высокого уровня загрязнения воздуха PM2,5
Количество образцов	24	24
Диапазон значений	5–31	13–59
Среднее арифметическое	16,3	32,4
Медиана	16,5	32,0
Процентили (25)	8,5	25,3
Процентили (50)	16,5	32,0
Процентили (75)	23,5	35,0
Процентили (95)	30,8	58,5

 

Диапазон колебаний концентрации PM_2,5 в сезон высокого уровня загрязнения с апреля по октябрь был заключён в более широких пределах (13–59 мкг/м³), чем в сезон низких загрязнений с ноября по март (5–31 мкг/м³). Среднее арифметическое, медиана, 25, 50, 75 и 95-й процентили также оказались заметно выше с апреля по октябрь, чем с ноября по март.

Поскольку обе выборки не соответствовали нормальному распределению по критерию Колмогорова–Смирнова, для оценки статистической значимости различий в различные сезоны использовали непараметрический U-критерий Манна–Уитни для независимых выборок. Различия между группами данных для различных сезонов загрязнения воздуха оказались статистически значимы на достаточно высоком уровне (р <0,001). Это согласуется с ранее полученными данными для уровня загрязнения воздуха вне помещений [18]. То есть в исследуемых помещениях загрязняющие PM_2,5 поступают преимущественно снаружи, тем более что при выборе критериев отбора были заранее исключены такие внутренние источники загрязнения, как курение, благовония, приготовление пищи на газовой плите, а также была проведена предварительная влажная уборка помещений. То есть была смоделирована ситуация, позволяющая минимизировать вклад в уровни концентраций PM_2,5 внутренних источников загрязнения.

Проанализированы концентрации одиннадцати ММ (Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, и Zn), ассоциированных с PM_2,5. Результаты статистического анализа концентраций ММ в сезоны низких и высоких уровней загрязнения представлены в табл. 3 и 4. Для всех ММ среднее арифметическое, медиана, 25, 50, 75 и 95-й процентили были выше с апреля по октябрь, чем с ноября по март. Полученные данные использовали для расчёта рисков, результаты представлены в табл. 5 и 6. HQ, обусловленные ингаляционным поступлением РМ_2,5, по средней центильной тенденции (Ме) являлись минимальными для взрослого населения и допустимыми для детей для всех ММ. Исключение составляли HQ, обусловленные марганцем и железом. При расчёте по 95-му процентилю HQ были выше. Уровень неканцерогенного риска при хроническом ингаляционном воздействии РМ_2,5, поступающих из воздуха помещений, рассчитывался для групп ММ, характеризующихся воздействием на одинаковые критические органы и системы. Выбранные в исследовании ММ в основном влияют на органы дыхания и нервную систему. As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni и Zn оказывают влияние на органы дыхания, а Al, As, Fe, Mn и Pb — на нервную систему, поэтому были рассчитаны HQ нарушения функции органов дыхания (HI_ОД) и нервной системы (HI_НС). Уровень неканцерогенного риска для взрослых был минимальным или оставался на допустимом уровне (HI_ОД от 0,83 до 2,39 и HI_НС от 0,71 до 1,92). А неканцерогенный риск для детей в зависимости от варианта экспозиции изменялся от высокого (HI_ОД=6,42) и настораживающего (HI_ОД от 3,10 до 3,75 и HI_НС от 3,17 до 5,19) до допустимого (HI_ОД=2,23 и HI_НС от 1,91 до 2,55). При этом во всех случаях воздействие на органы дыхания было сильнее, чем на нервную систему. Общий канцерогенный риск для всех категорий населения для всех случаев экспозиции составлял 5,71×10^–6…4,66×10^–5 и оценивался как допустимый (приемлемый). Суммарный канцерогенный риск при поступлении химических веществ ингаляционным путём формируется в основном за счёт мышьяка и хрома.

 

Таблица 3. Содержание металлов и металлоидов в РМ_2,5 при низком уровне загрязнения воздуха, нг/м³

Table 3. Metal and metalloid content in PM_2.5 during the low air pollution season, ng/m³

Металлы и металлоиды	Диапазон значений	Среднее арифметическое	Медиана	Р 25	Р 50	Р 75	Р 95
Al	110,0–450,0	269,4	266,5	221,8	266,5	322,5	439,5
As	2,5–10,4	4,8	4,2	3,3	4,2	5,4	10,2
Cd	0,53–5,68	1,69	1,35	0,93	1,35	1,76	5,36
Co	0,8–3,1	1,8	1,8	1,5	1,8	2,1	3,1
Cr	2,5–8,8	4,3	3,6	3,1	3,6	5,7	8,4
Cu	4,0–25,2	10,8	9,9	7,5	9,8	13,1	23,5
Fe	244,0–1149,0	653,1	603,5	552,0	603,5	820,0	1077,3
Mn	126,0–357,0	183,1	171,5	147,8	171,5	215,5	331,3
Ni	2,6–7,5	4,9	4,9	4,1	4,9	5,6	7,5
Pb	13,3–60,7	29,8	27,2	20,6	27,2	37,0	58,9
Zn	37,0–204,0	90,7	79,5	61,3	79,5	110,5	196,5

Примечание. Р 25 — 25-й процентиль; Р 50 — 50-й процентиль; Р 75 — 75-й процентиль; Р 95 — 95-й процентиль.

 

Таблица 4. Содержание металлов и металлоидов в РМ_2,5 при высоком уровне загрязнения воздуха, нг/м³

Table 4. Metal and metalloid content in PM_2.5 during the high air pollution season, ng/m³

Металлы и металлоиды	Диапазон значений	Среднее арифметическое	Медиана	Р 25	Р 50	Р 75	Р 95
Al	202,8–540,0	344,133	339,6	287,1	339,6	396,9	527,4
As	3,3–13,5	6,532	6,045	4,355	6,045	7,513	13,293
Cd	0,77–7,95	2,9858	2,359	1,6765	2,359	4,504	7,504
Co	1,4–7,7	3,548	3,145	2,55	3,145	3,953	7,625
Cr	3,8–18,7	6,977	5,7	4,95	5,7	8,888	17,325
Cu	11,0–37,8	17,444	16,175	12,3	16,175	19,825	35,213
Fe	540,0–1669,6	917,083	856,8	693,3	856,8	1033,5	1597,9
Mn	151,2–476,4	253,083	214,8	188,1	214,8	290,1	470,4
Ni	6,1–14,5	8,766	8,33	7,31	8,33	9,648	14,033
Pb	20,6–72,8	39,565	36,96	29,61	36,96	48,15	70,68
Zn	51,8–285,6	143,6	133,0	93,5	133,0	183,7	285,2

Примечание. Р 25 — 25-й процентиль; Р 50 — 50-й процентиль; Р 75 — 75-й процентиль; Р 95 — 95-й процентиль.

 

Таблица 5. Коэффициенты опасности, обусловленные ингаляционным поступлением РМ_2,5, и индексы опасности с учётом однонаправленного действия металлов и металлоидов на критические органы и ткани

Table 5. Hazard quotients associated with inhalation exposure to PM_2.5 and hazard indices accounting for the combined effects of metals and metalloids on target organs and tissues

Металлы и металлоиды	Низкий уровень загрязнения воздуха PM2,5				Высокий уровень загрязнения воздуха PM2,5
	Me		P 95		Me		P 95
	HQ взрослые	HQ дети	HQ взрослые	HQ дети	HQ взрослые	HQ дети	HQ взрослые	HQ дети
Al	0,006	0,015	0,009	0,022	0,007	0,019	0,011	0,030
As	0,030	0,080	0,073	0,170	0,043	0,115	0,094	0,253
Cd	0,007	0,019	0,029	0,067	0,013	0,034	0,040	0,107
Co	0,032	0,086	0,055	0,129	0,056	0,150	0,135	0,363
Cr	0,004	0,010	0,009	0,021	0,006	0,016	0,018	0,050
Cu	0,052	0,141	0,125	0,293	0,086	0,231	0,187	0,504
Fe	0,292	0,785	0,521	1,223	0,414	1,114	0,773	2,077
Mn	0,365	0,981	0,705	1,655	0,457	1,229	1,001	2,691
Ni	0,037	0,099	0,057	0,133	0,063	0,170	0,107	0,287
Pb	0,019	0,052	0,042	0,098	0,026	0,070	0,050	0,135
Zn	0,009	0,025	0,023	0,055	0,016	0,042	0,034	0,091
HIОД	0,83	2,23	1,60	3,75	1,15	3,10	2,39	6,42
HIНС	0,71	1,91	1,35	3,17	0,95	2,55	1,93	5,19

Примечание. Ме — медиана; Р 95 — 95-й процентиль; HQ — коэффициент опасности; HI_ОД — индекс опасности по влиянию на органы дыхания; HI_НС — индекс опасности по влиянию на нервную систему.

 

Таблица 6. Уровень канцерогенного риска для резидентного населения

Table 6. Carcinogenic risk levels for the resident population

Металлы и металлоиды	Низкий уровень загрязнения воздуха PM2,5				Высокий уровень загрязнения воздуха PM2,5
	Me		P 95		Me		P 95
	CR взрослые	CR дети	CR взрослые	CR дети	CR взрослые	CR дети	CR взрослые	CR дети
As	2,29×10–6	1,24×10–6	5,59×10–6	2,63×10–6	3,31×10–6	1,78×10–6	7,27×10–6	3,91×10–6
Cd	3,88×10–7	2,09×10–7	1,54×10–6	7,23×10–7	6,77×10–7	3,64×10–7	2,15×10–6	1,16×10–6
Co	8,04×10–7	4,32×10–7	1,38×10–6	6,51×10–7	1,41×10–6	7,56×10–7	3,41×10–6	1,83×10–6
Cr	6,89×10–6	3,71×10–6	1,59×10–5	7,51×10–6	1,09×10–5	5,87×10–6	3,32×10–5	1,78×10–5
Ni	1,85×10–7	9,99×10–8	2,85×10–7	1,34×10–7	3,19×10–7	1,72×10–7	5,37×10–7	2,89×10–7
Pb	5,21×10–8	2,81×10–8	1,13×10–7	5,32×10–8	7,07×10–8	3,81×10–8	1,35×10–7	7,28×10–8
TCR	1,06×10–5	5,71×10–6	2,49×10–5	1,17×10–5	1,66×10–5	8,98×10–6	4,66×10–5	2,51×10–5

Примечание. Ме — медиана; Р 95 — 95-й процентиль; CR — индивидуальный канцерогенный риск; TCR — общий риск.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Диапазоны концентраций PM_2,5 и ММ в их составе, собранных внутри помещений, были выше результатов исследований содержания PM_2,5 в атмосферном воздухе Челябинска (табл. 7). Это обусловлено наличием внутренних источников загрязнения (пыление текстиля, отделочных материалов стен, полов и потолков и т.д.) и накоплением загрязнений внутри помещений. Однако концентрации PM_2,5 и ММ, ассоциированных с ними, были выше c апреля по ноябрь, что согласуется с ранее полученными данными для уровня загрязнения воздуха вне помещений [18]. То есть в исследуемых помещениях загрязняющие PM_2,5 поступают преимущественно снаружи, тем более что при выборе критериев отбора были заранее исключены такие внутренние источники загрязнения, как курение, благовония, приготовление пищи на газовой плите, и была проведена предварительная влажная уборка помещений. То есть смоделирована ситуация, позволяющая минимизировать вклад в уровни концентрации PM_2,5 внутренних источников загрязнения. Таким образом, в ситуации минимизации внутренних источников происходит накопление загрязнений, поступивших внутрь помещения снаружи. По-видимому, это является причиной того, что в сезон высоких загрязнений для 40% проб зафиксировано превышение предельно допустимых среднесуточных концентраций РМ_2,5 (35 мкг/м³), в сезон низких загрязнений превышений не наблюдали.

 

Таблица 7. Сравнение диапазонов концентраций PM_2,5 (мкг/м³) и металлов и металлоидов (нг/м³) на открытом воздухе и в помещениях, указанных в предыдущих и данном исследовании

Table 7. Comparison of outdoor and indoor concentration ranges of PM_2.5 (μg/m3) and metals and metalloids (ng/m³) reported in previous studies and in the present study

Параметры	Диапазоны концентраций
	снаружи	внутри
PM2,5 (среднесуточная)	5–56	5–59
As	1,4–9,2	4,8–6,5
Cd	0,6–1,0	1,7–3,0
Co	0,2–0,4	1,8–3,5
Cr	1,5–3,5	4,3–7,0
Cu	5,7–11,0	10,7–17,4
Fe	417,0–493,0	653,0–917,0
Mn	21,0–35,0	183,0–253,0
Ni	1,4–3,4	4,9–8,7
Pb	11,0–27,0	29,8–39,6
Zn	115,0–147,0	90,7–143,6
Источники	[18]	Настоящее исследование

 

Полученные результаты по оценке возможного неканцерогенного риска, обусловленного попаданием РМ_2,5, содержащих в своём составе ММ, для здоровья детей свидетельствуют о неприемлемом уровне загрязнения при экспозиции на уровне как медианы, так и 95-го процентиля в большинстве случаев. Хотя в предыдущих исследованиях, проведённых на севере Китая в портовом городе [20] и сельской местности [21], риски от загрязнения ММ-содержащими PM_2,5, собранными внутри помещений, были выше минимальных значений, однако они не превышали допустимый уровень в городе и настораживающий в сельской местности, где объективно больше источников загрязнения внутри помещений. В нашем исследовании неканцерогенные риски для здоровья детей были значительно выше описанных в литературе.

Для взрослого населения риск определяется во всех случаях как допустимый. Наибольшие значения индекса опасности наблюдаются в Челябинске в период с апреля по октябрь. Отсутствие превышений гигиенических нормативов по содержанию ММ, обладающих канцерогенными свойствами, также не исключает негативного влияния на здоровье в виде отдалённых последствий (в частности, развития злокачественных новообразований у населения).

Ограничения исследования

В настоящем исследовании использовалась небольшая выборка, так как это первый опыт. В связи с этим были исключены очевидные внутренние источники загрязнения воздуха в помещениях ММ [25]. В будущем планируется оценить, как повышают риски курение в помещениях, домашние питомцы, окна, выходящие на оживлённую автомагистраль, а также локализация вблизи промышленного предприятия, использование в помещении различных отделочных материалов и текстиля [26]. В работе оценивали только ингаляционные риски и не учитывали биодоступность элементов [28], в последующих исследованиях будут оценены риски от перорального поступления и через кожу с учётом биодоступности ММ. Также при расчёте рисков не учитывали время, проводимое на улице, так как участники исследования при предварительном анкетировании ответили, что в течение суток проводят в помещениях 80% времени и больше, однако для большей точности при дальнейшей работе в данном направлении авторы планируют замерять и учитывать в расчётах концентрации РМ_2,5 в городском атмосферном воздухе, как это рекомендуется в Р2.1.10.3968–23.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе впервые для российского города было оценено содержание ММ-содержащих РМ_2,5 и оценены риски для здоровья, обусловленные ингаляционным воздействием данных поллютантов. В дальнейшем планируется расширение объёма выборки, учёт биодоступности ММ, а также других путей поступления РМ_2,5 в организм. В ходе исследования выявлены высокий и настораживающий уровни неканцерогенного риска для здоровья детей, ассоциированные с загрязнением воздуха в помещениях Челябинска. Поскольку исследование выявило угрозу для здоровья детей, которую нельзя игнорировать, мы рекомендуем проведение более масштабного исследования на территории города, в том числе с участием контролирующих органов. Также необходимо установить на одном из стационарных постов контроля состояния атмосферного воздуха в Челябинске импактор для сбора и последующего определения массовых концентраций РМ_2,5. Таким образом, городским властям рекомендуется усилить контроль за содержанием РМ_2,5 в атмосферном воздухе и разработать специальные мероприятия по снижению рисков. Основные рекомендации для населения включают проведение как можно более частой влажной уборки помещений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Т.Г. Крупнова — концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста рукописи, интерпретация данных; О.В. Ракова — отбор образцов, обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, анализ экспериментальных данных, подготовка и написание текста статьи; С.В. Гаврилкина — сбор и анализ образцов, описание материалов и методов, анализ результатов исследования, статистический анализ данных. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты работы, гарантируя надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Благодарность. Благодарим лабораторию Южно-Уральского научного центра минералогии и геоэкологии УрО РАН за помощь в проведении аналитических работ.

Этическая экспертиза. Не применимо, так как в исследовании оценивали содержание загрязнения воздуха.

Источники финансирования. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, проект 25-27-00030 (https://rscf.ru/en/project/25-27-00030/).

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов за последние три года, связанных с третьими лицами (коммерческими и некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Редакционная политика в отношении совместного использования данных к настоящей работе не применима, новые данные не собирали и не создавали.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: T.G. Krupnova: conceptualization, methodology, data interpretation, writing—original draft, writing—review & editing; O.V. Rakova: investigation, data curation, formal analysis, writing—original draft; S.V. Gavrilkina: investigation, data curation, formal analysis, writing—review & editing. All the authors approved the version of the manuscript to be published and agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Acknowledgments: We thank the Laboratory of the South Ural Research Center for Mineralogy and Geoecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, for assistance with the analytical work.

Ethics approval: Not applicable, as the study assessed the content of air pollution.

Funding sources: The study was supported by the Russian Science Foundation Grant, Project No. 25-27-00030 (https://rscf.ru/en/project/25-27-00030/).

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities, or interests for the last three years related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously published material (text, images, or data) was used in this work.

Data availability statement: The editorial policy regarding data sharing does not apply to this work, as no new data was collected or created.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer-review: This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer-review process involved two external reviewers, a member of the Editorial Board, and the in-house science editor.

 

¹ Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания. Р 2.1.10.3968–23 (утв. Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Поповой А.Ю. 6 сентября 2023 г.). Режим доступа: https://internet.garant.ru/#/document/408644981/ Дата обращения: 19.06.2025.

About the authors

Tatyana G. Krupnova

South Ural State University

Author for correspondence.
Email: krupnovatg@susu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0862-710X
SPIN-code: 3000-8535

Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor

Russian Federation, Chelyabinsk

Olga V. Rakova

South Ural State University

Email: rakovaov@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5788-5933
SPIN-code: 6508-1984

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Chelyabinsk

Svetlana V. Gavrilkina

South Urals Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology of the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: gidrosv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9892-226X
SPIN-code: 4626-8291

Cand. Sci. (Geology and Mineralogy)

Russian Federation, Miass

References

Supplementary files