AIR QUALITY AND CHILDREN’S HEALTH: THE ROLE OF INCREASING TRANSPORT-RELATED AND THERMAL AIR POLLUTION

Full Text

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из основных проблем санитарного состояния окружающей среды. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2016 году 91 % мирового населения проживал в районах, где уровень загрязнения превышал значения, установленные в Рекомендациях ВОЗ по качеству воздуха [8]. В настоящее время в рамках стратегии «Профилактическая среда» (Направление медицинской науки Российской Федерации до 2025 года) регламентировано проведение системного социально-гигиенического мониторинга состояния окружающей среды и показателей здоровья населения [23]. Экологическое состояние воздушной среды зависит от многих факторов, в числе которых демографическая, промышленная, транспортная и радиационная нагрузка, особенности регионов (условия для самоочищения (выветривания), особенности рельефа местности и др.) [30]. Основными компонентами, загрязняющими атмосферный воздух, являются мел 12 Экология человека 2019.11 Окружающая среда кодисперсные твердые частицы, сажа, окислы азота, серы, угарный газ, нефтепродукты, формальдегид, бенз(а)пирен, тяжелые металлы. При этом спектр загрязняющих веществ очень широк и многие из них не нормированы. Например, в выбросах от автомобильного транспорта специалистами НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сы-сина было выявлено 175 химических веществ, 71 % из которых не нормированы [20]. В последнее время большое внимание уделяется загрязнению воздуха твердыми частицами (ТЧ). Концентрация ТЧ является часто используемым косвенным показателем уровня загрязнения воздуха. Основными компонентами ТЧ являются сульфаты, нитраты, аммиак, хлористый натрий, сажа, минеральная пыль и вода. Они состоят из сложной смеси твердых и жидких органических и неорганических веществ, присутствующих во взвешенном состоянии в воздухе [39]. Частицы диаметром менее 10 микрон (< ТЧ10) способны проникать в дыхательные пути и оседать глубоко в легких. Еще более разрушительное воздействие на здоровье оказывают частицы диаметром менее 2,5 микрон (< ТЧ25), которые могут преодолевать аэрогематический барьер и попадать в кровеносную систему [8, 40]. Дополнительную опасность представляет способность ТЧ адсорбировать токсичные вещества, которые также попадают во внутреннюю среду организма [4, 33, 36, 48]. Частицы металлов имеют высокую адгезию, легко попадая через пыль, почву, растения в организм человека и животных [41]. Так, биодоступность Cd, Ni, Pb и Zn уменьшается с увеличением размера частиц, обратная тенденция наблюдается для концентраций Mn, Cu и Fe. Такие особенности объясняются сочетанием физико-химических характеристик пылевого и металлического состава [37, 40, 43]. Между концентрацией мелких частиц (ТЧ10 и ТЧ2 5) в атмосферном воздухе и показателями смертности и заболеваемости зарегистрирована прямая взаимосвязь. Хроническое воздействие твердых частиц усугубляет риск развития сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, а также рака легких [8]. Показатели медико-демографических потерь напрямую зависят от уровня загрязнения воздуха твердыми частицами [33], которые запускают патогенные сосудистые механизмы за счет ускорения тромбозов, нарушения эндогенного фибринолиза, активируют воспаление легких [46]. Твердые частицы дизельных выхлопных газов индуцируют воспалительные реакции в дыхательных путях с повышенной экспрессией цитокинов, активируют выработку кислой слизи, вакуолизацию клеток [45]. Сжигание ископаемого топлива считается одним из главных антропогенных источников выбросов в атмосферный воздух твердых частиц, окислов азота, серы, формальдегида, сажи, угарного газа, попадающих в дальнейшем в гидросферу, педосферу и биосферу по различным цепям. Например, относительно фоновых значений пылевой нагрузки г. Томска наибольшее загрязнение выявлено в окрестностях угольных котельных. В атмосферный воздух поступают частицы диаметром менее 2,5 мкм и менее 0,1 мкм, содержащие токсичные микроэлементы [25]. Теплоэнергетические объекты, использующие уголь, находятся на первом месте по объемам выбросов. Почти половина населения Земли зависит от сжигания твердых видов топлива [38]. Ежегодно в мире сжигается свыше 10 млрд т условного топлива, что приводит к выбросу в атмосферу около 1014 м3 продуктов сгорания, при этом состав эмиссий зависит от: состава угля, термохимической устойчивости соединений, технологии сжигания твердого топлива и сбора, складирования и утилизации шлаков и золы. От сжигания угля на поверхность Земли выпадает (т): Hg - 1 600, Pb - 3 600, Cu - 2 100, Zn - около 7 000, Ni - 3 700 и т. д. При этом выделяется больше опасных веществ, чем включается в биологический круговорот: As - в 125, U - в 60, Cd - в 40, Y, Zr - в 10, Sn - в 3-4 раза [1]. Поэтому выбросы котельных могут привести к существенному накоплению вредных веществ в почве, а загрязнение снегового покрова может значительно ухудшить качество воды. Таким образом, вторичное поступление загрязняющих веществ из атмосферы в почву, воду и продукты питания является единой цепью, в которой организм человека представляется начальным и замыкающим звеном. Многолетнее накопление в почве техногенной пыли снижает урожайность земли [17], приводит к аккумулированию химических элементов в вегетативных органах растений [1]. При сжигании природного газа в окружающем воздухе содержится значительно меньше СО, NH3, SO2, а тяжелые металлы и ТЧ25 практически отсутствуют [32]. В пределах Российской Федерации ежегодно регистрируется выброс в атмосферу около 32 млн т различных загрязнений, более чем в 130 городах страны отмечен высокий уровень загрязнений атмосферного воздуха [5]. При этом остаются неучтенными многие показатели загрязняющих веществ, например, атмосферные взвеси [4] и продукты эксплуатационного износа дорожно-автомобильного комплекса (ДАК) [19]. В 2017 году чаще всего превышения гигиенических нормативов содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских поселений фиксировали вблизи автомагистралей в зоне жилой застройки и на стационарных постах, в зонах влияния промышленных предприятий [5]. Приоритетными веществами, формирующими загрязнение атмосферного воздуха городских территорий Российской Федерации, являлись бенз(а)пирен, тяжелые металлы, фтористый водород, сероводород, фенол и взвешенные вещества, сельских - амины (алифатические и ароматические), хлористый водород, фтористый водород, аммиак, фенол и углерода оксид. Например, для Санкт-Петербурга приоритетными загрязняющими атмосферный воздух веществами являются диоксид азота, оксид азота, диоксид серы и бензол [9]. 13 Окружающая среда Экология человека 2019.11 За 2017 год в Российской Федерации было зарегистрировано увеличение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: от стационарных источников (на 0,3 %), автотранспорта (на 2,1 %), железнодорожного транспорта (на 5,7 %). Кроме того, увеличение выбросов загрязняющих веществ произошло за счет использования транспортными средствами автомобильного топлива, не соответствующего требованиям экологического класса К4 и К5 по содержанию загрязняющих веществ; рост в городах числа транспортных средств, эксплуатируемых в условиях плотной городской застройки; использования источниками теплоснабжения, расположенными в Азиатской части России (в основном в Сибирском федеральном округе), угля и дров в качестве топлива; неблагоприятных метеорологических условий для рассеивания примесей в атмосфере (в 2017 г. зарегистрировано максимум случаев за 18 лет наблюдений) [8]. В литературе встречаются данные о неблагоприятной экологической ситуации по составу атмосферного воздуха в регионах со сравнительно низкой промышленной, демографической и радиационной нагрузкой [22, 30] и удовлетворительным состоянием воздушной среды в промышленно развитых городах [17, 25]. Таким образом, рациональный подход к решению проблем по улучшению экологического состояния воздушной среды позволил во многих городах России изменить экологическую обстановку в лучшую сторону, в то время как недостаточная практическая деятельность не изменяет обстановку даже в регионах, где отсутствуют крупные промышленные предприятия. Несмотря на меры, направленные на снижение содержания токсичных веществ в выхлопах двигателей внутреннего сгорания за счет новых стандартов топлива, по сей день автотранспорт остается одним из ведущих факторов загрязнения атмосферного воздуха [3]. Выбросы автотранспорта содержат оксид углерода, диоксид азота, углеводороды, сажу, диоксид серы, соединения свинца, формальдегид, бенз(а)пирен. Кроме того, в твердых компонентах выхлопов содержатся такие элементы, как V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, являющиеся источниками токсичных веществ. Наиболее распространенными полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) являются: пирен, фенантрен, аценаптилен и флуорантен, которые связаны с дизельными и бензиновыми выхлопными частицами, при этом многие соединения являются мутагенами и канцерогенами [42, 44, 49]. Загрязнение атмосферного воздуха городов происходит не только отработавшими газами, но и продуктами эксплуатационного износа ДАК (износ шин и дорожного полотна). Износ пневматических шин автотранспорта происходит под действием климатических условий и режимов движения автомобилей. В образующейся таким образом пыли содержится более 140 опасных для здоровья химических соединений, в том числе ПАУ, летучие канцерогены [34]. Сравнение эмиссии автомобильных двигателей показало, что выхлопы дизельных двигателей более токсичны, чем бензиновых, а замена топлива на этанол или другие виды источника энергии не только не дает ожидаемого результата, но еще больше усугубляет неблагоприятное экологическое состояние атмосферного воздуха [33, 35]. Использование альтернативных видов топлива позволяет снизить содержание в выхлопах СО2, но значительно увеличивает выбросы ТЧ10 и ТЧ25 [35]. Таким образом, автотранспорт остается одним из ведущих факторов загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, в настоящее время попытки снизить содержание токсичных веществ в выхлопах двигателей внутреннего сгорания не приносят желаемого результата. По оценкам ВОЗ, в 2016 году около 58 % случаев преждевременной смерти, связанной с загрязнением атмосферного воздуха, произошли в результате ишемической болезни сердца и инсульта, 18 % - в результате хронической обструктивной болезни легких или острых инфекций нижних дыхательных путей и 6 % - в результате рака легких [8]. Наиболее высокие значения индексов опасности на территории г. Москва определены на постах, размещенных вблизи крупных автомагистралей и промышленных объектов [7]. По данным мониторинга всех ведомств, наибольшему риску развития как хронических, так и острых неблагоприятных эффектов у населения подвержены органы дыхания за счет взвешенных веществ и диоксида азота, воздействия формальдегида [4, 7]. Исследования, проведенные в промышленных городах Восточной Сибири, показали, что увеличение частоты возникновения аллергического ринита и бронхиальной астмы среди детей составляет 28-36 %, более чем у 30 % обследованных обнаружена сенсибилизация к данному химическому веществу. Установлено, что риск нарушений иммунитета у подростков, проживающих в промышленных городах Восточно-Сибирского региона, обусловлен наличием в воздушной среде формальдегида [12, 13]. На основании анализа продолжительности жизни населения, экологического состояния атмосферного воздуха Сибирский федеральный округ среди прочих (Крымский, Северо-Кавказский, Южный, Приволжский, Северо-Западный, Дальневосточный, Центральный и Уральский) отнесен к числу самых неблагоприятных регионов [30]. Основой здоровьесберегающей деятельности в среде с высокой экологической нагрузкой является мониторинг, базирующийся на донозологической диагностике и теории адаптации [2, 14, 29, 47]. Неблагоприятные экологические условия модифицируют механизмы возрастного развития и адаптационные резервы основных систем жизнеобеспечения организма человека [28]. С периода детства организм человека подвергается воздействию аэротехногенной нагрузки, снижающей компенсаторные возможности. Под воз 14 Экология человека 2019.11 Окружающая среда действием аэротехногенных факторов в организме изменяется активность некоторых ферментов и происходит накопление продуктов, создающих эндогенную интоксикацию [15]. При длительном воздействии этих факторов у детского населения наблюдаются волнообразные циклические изменения адаптационного процесса в организме, сопровождающиеся сменой снижения риска заболеваемости на фазу низкой сопротивляемости к повреждающим факторам [18]. Ухудшение здоровья детей и несоответствие физического развития возрастным нормам, по мнению многих авторов, - результат негативного воздействие экологического фактора [10-13, 15, 16, 31, 44]. Детский организм отличается высокой сенситивностью к воздействию неблагоприятных факторов среды, подвержен патогенному воздействию даже допороговых концентраций вредных веществ, что позволяет рассматривать его в качестве своеобразного индикатора состояния среды обитания, особенно в условиях нарастающей экологической угрозы как в целом по России, так и по отдельным ее областям [31]. Одним из основных факторов риска возникновения заболеваний у населения городов принято считать уровень атмосферного загрязнения [21, 26, 27]. В рамках этой проблемы изучение экологического состояния атмосферного воздуха - один из компонентов исследовательской деятельности здоровьесберегающей направленности. В условиях хронического низкоуровневого воздействия комплекса металлов на организм детей установлено повышенное содержание в крови Pb, Mn, Ni, Cd и Cr. У этого контингента нарушения физического развития выявлялись в 1,2-1,7 раза чаще, чем в условиях санитарно-гигиенического благополучия [10]. Исследованиями доказано, что продукты эксплуатационного износа ДАК и отработавшие газы определяют от 58 до 81 % заболеваний детей, проживающих в зоне интенсивного транспортного потока (более 3 000 автомобилей/час). В частности, продукты эксплуатационного износа провоцируют от 16 до 23 % случаев от всех заболеваний, в том числе от 8 до 12 % соединениями тяжелых металлов [21]. Механизм развития респираторных заболеваний в зависимости от степени загрязнения атмосферного воздуха рассмотрен во многих исследованиях [11, 44]. Антропогенные химические факторы, загрязняющие атмосферный воздух, обладают способностью снижать активность местных механизмов противоинфекци-онной резистентности верхних дыхательных путей. В ответ на действие химических поллютантов могут изменяться как количественные, так и качественные характеристики бактерий. Эти процессы приводят к колонизации слизистых оболочек патогенными и условно-патогенными микроорганизмами, что способствует обострению или хронизации воспалительных заболеваний, а также приводит к развитию длительного бактерионосительства [16]. Республика Алтай - сельскохозяйственный регион с мелкими промышленными предприятиями, загряз нение атмосферного воздуха в регионе происходит главным образом за счет выбросов автомобильного транспорта, котельных и отопительных печей [6]. Особенностью территории административного центра (г. Горно-Алтайск) является расположение в меж-горной котловине со слабым естественным самоочищением (выветриванием) воздушного бассейна [24]. По результатам расчета, объем валовых выбросов загрязняющих веществ от различных источников в атмосферный воздух за 2016 год составил: по всей республике - 33,6 тыс. т/г; на территории Горно-Алтайска - 8,3 тыс. т/г, из них за счет автомобильного транспорта - 49 %, за счет топливно-энергетических предприятий - 51 %. Несмотря на газификацию города и снижение объема выбросов от угольных котельных, общий объем загрязняющих веществ остается на прежнем уровне за счет значительного увеличения автотранспорта и нерешенных проблем по расширению сети автомагистрали города, которая на данный момент крайне ограничена и перегружена транспортом. За период с 2013 по 2016 год в Горно-Алтайске объем эмиссий от автотранспорта увеличился на 45-50 % (на 8-10 % в год) [6]. По данным литературы [22], с соседних к республике территорий (Алтайский край, Казахстан) осуществляется трансграничный перенос веществ, загрязняющих атмосферный воздух. В результате на фоне низкой промышленной и демографической (63 214 человек) нагрузки складывается неблагоприятная экологическая ситуация по состоянию атмосферного воздуха. Комплексный анализ состояния здоровья населения в целом и детского населения в частности в данном регионе в зависимости от степени загрязнения воздушной среды не проводился. Таким образом, ухудшение экологического состояния воздушной среды Горно-Алтайска связано с возрастающей транспортной нагрузкой, действующими твердотопливными стационарными источниками, трансграничным переносом загрязняющих веществ с соседних регионов. Для актуализации проблемы необходимы мероприятия по ранжированию селитебной территории в зависимости от степени загрязненности атмосферного воздуха и проведение анализа состояния здоровья детей, как наиболее уязвимой части населения, с учетом экологической обстановки. В настоящее время основными источниками, загрязняющими атмосферный воздух в непромышленных регионах, являются автотранспорт и теплоэнергетические объекты. Медико-демографическая ситуация детского населения напрямую зависит от уровня загрязнения атмосферного воздуха. Необходимы мероприятия по актуализации проблемы загрязнения воздушной среды для улучшения экологической обстановки в селитебных районах и сохранения здоровья подрастающего поколения. Авторство Чанчаева Е. А. провела анализ литературных данных в системах Scopus и РИНЦ о состоянии атмосферного воздуха 15 Окружающая среда Экология человека 2019.11 и здоровья населения в условиях длительного воздействии загрязняющих веществ на организм, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись; Гвоздарева О. В. провела анализ данных о состоянии воздушной среды в Республике Алтай, участвовала в редактировании материала статьи; Гвоздарев А. Ю. произвел расчет валового объема выбросов загрязняющих веществ в Горно-Алтайске, участвовал в редактировании материала статьи.

About the authors

E. A. Chanchaeva

Gorno-Altaisk State University

Email: chan.73@mail.ru

O. V. Gvozdareva

Gorno-Altaisk State University

A. Yu. Gvozdarev

Gorno-Altaisk State University

References

Supplementary files