电邮这篇文章 ASSESSMENT OF HUMAN HEALTH RISKS ASSOCIATED WITH INDOOR AIR POLLUTION BY PM2.5 CONTAINING METALS AND METALLOIDS BASED ON CROSS-SECTIONAL STUDY
- 作者: Krupnova T.G.1, Rakova O.V.1, Gavrilkina S.G.2
-
隶属关系:
- South Ural State University
- South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Geoecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
- 栏目: ORIGINAL STUDY ARTICLES
- ##submission.dateSubmitted##: 21.10.2025
- ##submission.dateAccepted##: 17.11.2025
- ##submission.datePublished##: 24.11.2025
- URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/693896
- DOI: https://doi.org/10.17816/humeco693896
- ID: 693896
如何引用文章
全文:
详细
less than 2.5 µm (PM2.5) are among the most hazardous air pollutants. Assessment of the human health risks associated with indoor air pollution by PM2.5 containing potentially toxic metals and metalloids (MM) has not been carried out before in Russia.
AIM: To study the PM2.5 content in indoor air, to investigate the MM content within PM2.5, and to assess the health risks associated with inhalation exposure of MM -containing PM2.5 in a typical industrial Russian city of Chelyabinsk.
METHODS: Sampling was carried out in university classrooms (n=3) and laboratories (n=3), dormitory rooms (n=4), and apartments (n=14) in Chelyabinsk urban area during the low PM2.5 air pollution (November to March) and high pollution seasons (April to October) in 2024–2025. PM2.5 samples were collected using cascade impactors on polycarbonate filters (Sartorius, Germany). The PM2.5 concentration in the air was determined by dividing the increase in filter mass by the volume of air pumped through the sampler. The concentration of MM (Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, and Zn) was determined using an inductively coupled plasma mass spectrometer (Agilent 7700x, Agilent Technologies Inc., USA). The obtained results were used to calculate the carcinogenic and non-carcinogenic risks.
RESULTS: Differences between different indoor groups were not statistically significant for both low (p=0.287) and high (p=0.966) pollution seasons, while concentrations during low and high pollution seasons differed at a statistically significant level (p=0.000). PM2.5 concentrations in the low pollution season were within the range of 5–31 μg/m3, median (Me)=16 μg/m3. In the high pollution season, PM2.5 concentrations were within the range of 13–59 μg/m3, Me=32 μg/m3. The assessment of the non-carcinogenic risk caused by inhaled exposure to РМ2.5 showed that the risk for children, depending on the exposure variant, varied from high (HI=6.58) and alarming (HI from 3.19 to 3.86) to acceptable (HI=2.29) levels, the risk for adults was at an acceptable level (HI from 0.85 to 2.45). Carcinogenic risks for adults and children with different exposure options were at an acceptable level (TCR from 5.71×10–6 до 4.66 ×10–5).
CONCLUSION: The high and alarming levels of non-carcinogenic risk to children's health associated with indoor air pollution in Chelyabinsk with MM-containing PM2.5 require the development of special risk reduction measures.
全文:
Обоснование
Мелкодисперсные взвеси размером менее 10 и 2,5 мкм (PM10 и PM2,5 от англ. particulate matter) [1, 2] являются одними из наиболее опасных загрязнителей воздуха. При этом частицы размером менее 2,5 мкм более опасны так как легко преодолеваю физиологические барьеры, могут достигать дистальных отделов легкого и оседать в бронхиолах и альвеолах, а при оседании в дыхательных путях PM2,5 способны преодолевать клеточную мембрану, альвеолярную перегородку, проникать в системный кровоток и головной мозг [3]. Примечательно, что до 2010 года в Российской Федерации отсутствовал национальный стандарт по PM10 и PM2,5 [2]. В 2010 году были приняты нормативы для PM10 и PM2,5, которые в настоящее время применяются в стране. В последнее время число исследований, посвященных влиянию PM10 и PM2,5 на заболеваемость, во всем мире резко возросло [4–6]. Американское онкологическое общество (AОО) совместно с исследователями [7] собрало данные о выборке из 500000 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 PM2,5 с учётом курения, питания, употребления алкоголя, профессии и других факторов риска [7]. Кроме того, АОО провело когортное исследование, в котором отслеживалось состояние здоровья 1,2 миллиона взрослых американцев в течение 26 лет, с 1982 по 2008 год. Было показано, что уровень смертности от рака лёгких среди некурящего населения увеличивался на 15–27% при повышении концентрации PM2,5 в воздухе на 10 мкг/м³ [8].
Компоненты PM2,5 отличаются для различных территорий и зависят от источников генерации, поэтому необходимо изучение воздействия загрязнения атмосферного воздуха, характерного для определённой местности. В крупных промышленных городах PM2,5 содержат в своем 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 PM2,5, содержащими в своем составе ММ, в РФ крайне лимитированы. Наша предыдущая работа [18] является первым и остается одним из немногих исследований на эту тему. Было изучено изменение содержания PM2,5 и РМ10, а также ММ ассоциированных с ними, в трех точках на территории Челябинской городской агломерации в течение года и оценены риски для здоровья, связанные с загрязнением воздуха PM2,5 и РМ10.
Хотя изучение загрязнения атмосферного воздуха крайне важно, но нужно учитывать, что в последние годы образ жизни людей изменился; всё больше людей остаются дома весь день, либо проводят в помещениях значительную часть времени. По некоторым данным городские жители проводят до 90% своего времени в помещении [19]. Лишь небольшое количество исследований в мире посвящено изучению загрязнения воздуха PM2,5 [20] и ассоциированных с ними ММ внутри помещений [21–23], а в России такие исследования пока не проводись. В настоящем исследовании для изучения был выбран типичный российский промышленный город Челябинск. В предыдущих работах было 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]. Целью данной работы было изучение содержания PM2,5 в воздухе помещений, исследование содержащихся ММ в составе PM2,5 и оценка рисков для здоровья, обусловленных ингаляционным воздействием ММ, содержащихся в PM2,5.
Методы
Дизайн исследования
Проведено наблюдательное одноцентровое одномоментное исследование
Условия проведения исследования
Челябинск – типичный российский промышленный город. На территории города расположено несколько крупнейших российских предприятий черной 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 проводились 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 в 2024–2025 гг. с ноября по март и с апреля по октябрь, что соответствовало сезонам низкого и высокого уровня загрязнения PM2,5, соответственно. Как показано в предыдущем исследовании [18], концентрация PM10 и PM2,5 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 PM2,5 увеличивается из-за засушливого периода, кроме того, лесные пожары на Урале и в Сибири увеличивают загрязнение воздуха.
В данном исследовании 72-часовые пробы PM2,5 собирались на 25-миллиметровые поликарбонатные фильтры (Sartorius, Германия) с размером пор 0,4 мкм. Пробы отбирали с помощью малообъемных каскадных импакторных пробоотборников (ИКС-4, Екатеринбург, Россия), которые работали с расходом 16 л·мин−1. Мы последовательно собирали частицы размером 2,5 мкм и менее в каждом исследуемом помещении. Пробоотборники располагались на столе в комнате, где проводилась основная деятельность добровольцев (обычно в гостиной). В каждой локации осуществляли отбор двух параллельных проб. Во время проведения 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 час.
Критерии соответствия (отбора)
В эксперименте принимали участие добровольцы из числа студентов и преподавателей университета, в квартирах и комнатах общежитий которых 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 (г. Миасс). Вскрытие проб фильтров осуществляли методом последовательного растворения по методике, описанной ранее [18]. В данном исследовании анализировались концентрации элементов (0,0; 0,1; 0,5; 1,0 и 5 ppm) по стандартам Inorganic Ventures для оценки калибровочной кривой. Контроль качества (QA/QC) осуществлялся с помощью холостых проб, дублирующих образцов и сертифицированных стандартных образцов. Для контроля качества использовались 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 (ПО) ММ и относительное отклонение (Отн. откл., %) результатов измерений концентрации ММ от паспортного значения ГСО для каждого из указанных ММ представлены в таблице 1.
Статистические процедуры
Запланированный размер выборки
Размер выборки предварительно не рассчитывали.
Исследования проводились на территории университетского кампуса, были выбраны лаборатории (n=3), три (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), медиана (Мe), процентили (25-, 50-, 75-, 95-). 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 РМ2,5, содержащих ММ, в соответствии с Руководством по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания (Р2.1.10.3968–23)[i]. Расчёты проводили для концентраций ММ в частицах РМ2,5 на уровне медианы (Me) и 95-го процентиля (Р 95) в высокий и низкий сезоны загрязнений. Рекомендуемые значения референтных уровней воздействия для хронического ингаляционного воздействия (референтные дозы–RfС, мг/м3), факторов канцерогенного потенциала (SF, (мг/(кг*день))–1), значения факторов экспозиции при ингаляционном пути поступлении химических веществ получены в соответствии с рекомендациями, изложенными в Р2.1.10.3968–23. Неканцерогенный риск хронического ингаляционного действия оценивали как: минимальный – при HQ≤0,1 и HI≤1,0; допустимый (приемлемый) – при HQ от 0,11 до 1,0 и HI от 1,1 до 3,0; настораживающий – при HQ от 1,1 до 3,0 и HI от 3,1 до 6,0; высокий – при HQ>3,0 и HI>6,0. При оценке канцерогенного риска считали, что допустимым (приемлемым) уровнем риска принимается: индивидуальный канцерогенный риск в течение всей жизни: 1,1x10– 6…1,0x10–4.
Результаты
Основные результаты исследования
Были получены среднесуточные концентрации PM2,5 в различных типах помещений: лаборатории, аудитории, комнаты общежитий и квартир. Поскольку все выборки не соответствовали нормальному распределению по критерию Колмогорова-Смирнова, то для оценки статистической значимости различий в четырех различных группах помещений непараметрический H-критерия 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 таблице 2 представлены результаты статистической обработки данных о концентрации PM2,5 в различные сезоны загрязнения.
Диапазон колебаний концентрации PM2,5 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 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 (p=0,000). Это согласуется с ранее полученными данными для уровня загрязнения воздуха вне помещений [18]. То есть в исследуемых помещениях загрязняющие PM2,5 поступают преимущественно снаружи, тем более что при выборе критерий 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 была смоделирована ситуация, позволяющая минимизировать вклад в уровни концентраций PM2,5 внутренних источников загрязнения.
Были проанализированы концентрации одиннадцати ММ (Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, и Zn), ассоциированных с PM2,5. Результаты статистического анализа концентраций ММ в сезоны низких и высоких уровней загрязнения представлены в таблицах 3 и 4, соответственно. Для всех ММ среднее арифметическое, медиана, 25-, 50-, 75- и 95- й процентили были выше с апреля по октябрь, чем ноября по март. Полученные данные были использованы для расчета рисков, результаты представлены в таблицах 5 и 6. Коэффициенты опасности (HQ), обусловленные ингаляционным поступлением РМ2,5, по средней центильной тенденции (Ме) являлись минимальными для взрослого населения и допустимыми для детей для всех ММ. Исключение составляли коэффициенты опасности, обусловленные марганцем и железом. При расчете по 95-му процентилю (Р 95) коэффициенты опасности были выше. Уровень неканцерогенного риска при хроническом ингаляционном воздействии для резидентного населения в виде индекса опасности (HI), представляющего собой сумму коэффициентов опасности ММ, входящих в состав РМ2,5, превышает единицу практически для всех случаев экспозиции. Риск для детей в зависимости от варианта экспозиции изменялся от высокого (HI=6,58) и настораживающего (HI от 3,19 до 3,86) до допустимого (HI=2,29) уровня, риск для взрослых был на допустимом уровне (HI от 0,85 до 2,45). 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 путем формируется в основном за счёт мышьяка и хрома.
Обсуждение
Диапазоны концентраций PM2,5 и ММ в их составе, собранных внутри помещений, были выше результатов исследований содержания PM2,5 в атмосферном воздухе г. Челябинска (табл. 7). Это обусловлено наличием внутренних источников загрязнения и накоплением загрязнений внутри помещений. Однако, концентрации PM2,5 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 PM2,5 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 была смоделирована ситуация, позволяющая минимизировать вклад в уровни концентрации PM2,5 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 было зафиксировано превышение ПДК среднесуточных для РМ2,5 (35 мкг/м3), в сезон низких загрязнений превышений не наблюдалось.
Полученные результаты по оценке возможного неканцерогенного риска, обусловленного попаданием РМ2,5, содержащих в своем составе ММ, для здоровья детей свидетельствуют о неприемлемом уровне загрязнения при экспозиции на уровне как медианы, так и 95-го процентиля в большинстве случаев. 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 первое исследование. В связи с этим были исключены очевидные внутренние источники загрязнения воздуха в помещениях ММ [25]. В будущем планируется оценить на сколько повышает риски курение в помещениях, домашние питомцы, окна, выходящие на оживленную автомагистраль, а также локализация вблизи промышленного предприятия [26]. В работе оценивались только ингаляционные риски и не учитывалась биодоступность элементов [28], в последующих исследованиях будут оценены риски от перорального поступления и через кожу с учетом биодоступности ММ. Также при расчете рисков не учитывали время, проводимое на улице, так как участники исследования при предварительном анкетировании ответили, что от 80 и больше процентов времени в течение суток проводят в помещениях, однако для большей точности при дальнейшей работе в данном направлении авторы планируют замерять и учитывать в расчетах концентрации РМ2,5 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 РМ2,5 и оценены риски для здоровья, обусловленные ингаляционным воздействием данных поллютантов. В дальнейшем планируется расширение объема выборки, учет биодоступности ММ, а также других путей поступления РМ2,5 в организм. В ходе исследования выявлены высокий и настораживающий уровни неканцерогенного риска для здоровья детей, ассоциированные с загрязнением воздуха в помещениях города Челябинска. Основные рекомендации для населения включают проведение как можно более частой влажной уборки помещений, а городским властям рекомендуется усилить контроль за содержанием РМ2,5 в атмосферном воздухе и разработать специальные мероприятия по снижению рисков.
Таблица 1. Пределы обнаружения ММ (нг/м3) и относительное отклонение (%) результатов измерений концентрации ММ от паспортного значения ГСО
Table 1. Detection limits (ng/m3) of MM and relative deviation (%) of the results of MM concentration measurements from the State standard certified value
ММ | ПО (нг/м3) DL (ng/m3) | Отн. откл (%) Rel. dev., (%) |
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 |
Примечание. ПО –пределы обнаружения; Отн. откл. –относительное отклонение.
Note. DL – detection limits; Rel. dev. – relative deviation.
Таблица 2. Концентрации PM2,5 (мкг/м3) в различные сезоны загрязнения воздуха
Table 2. PM2.5 concentrations (μg/m3) in different air pollution seasons
Статистический показатель Statistical indicator | Сезон Season | |
Низкий уровень загрязнения воздуха PM2,5 low PM2.5 air pollution | Высокий уровень загрязнения воздуха PM2,5 high PM2.5 air pollution | |
Количество образцов Number of sample | 24 | 24 |
Диапазон значений Rang | 5–31 | 13–59 |
Среднее арифметическое Mean | 16,3 | 32,4 |
Медиана / Median | 16,5 | 32,0 |
Процентили / Perecentile (25) | 8,5 | 25,3 |
Процентили / Perecentile (50) | 16,5 | 32,0 |
Процентили / Perecentile (75) | 23,5 | 35,0 |
Процентили / Perecentile (95) | 30,8 | 58,5 |
Таблица 3. Содержание ММ в РМ2,5 при низком уровне загрязнения воздуха, (нг/м3)
Table 3. MM content in PM2.5 at a low level of air pollution, (ng/m3)
ММ | Диапазон значений Rang | Ср.арифм. Mean | Ме | 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. Ме – медиана; Р 25 – 25-й процентиль; Р 50 – 50-й процентиль; Р 75 – 75-й процентиль; Р 95 – 95-й процентиль.
Note. Me – median; P 25 – Perecentile (25); P 50 – Perecentile (50); P 75 – Perecentile (75); P 95 – Perecentile (95).
Таблица 4. Содержание ММ в РМ2,5 при высоком уровне загрязнения воздуха, (нг/м3)
Table 4. MM content in PM2.5 at high levels of air pollution, (ng/m3)
ММ | Диапазон значений Rang | Ср.арифм. Mean | Ме | 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. Ме – медиана; Р 25 – 25-й процентиль; Р 50 – 50-й процентиль; Р 75 – 75-й процентиль; Р 95 – 95-й процентиль.
Note. Me – median; P 25 – Perecentile (25); P 50 – Perecentile (50); P 75 – Perecentile (75); P 95 – Perecentile (95).
Таблица 5. Коэффициенты опасности (HQ), обусловленные ингаляционным поступлением РМ2,5
Table 5. Hazard coefficients (HQ) due to inhalation intake of PM2.5
ММ | Низкий уровень загрязнения воздуха PM2,5 low PM2.5 air pollution | Высокий уровень загрязнения воздуха PM2,5 high PM2.5 air pollution | ||||||
Me | P 95 | Me | P 95 | |||||
HQ взрослые adult | HQ дети children | HQ взрослые adult | HQ дети children | HQ взрослые adult | HQ дети children | HQ взрослые adult | HQ дети children | |
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 |
HI | 0,85 | 2,29 | 1,65 | 3,86 | 1,19 | 3,19 | 2,45 | 6,58 |
Примечание. Ме – медиана; Р 95 – 95-й процентиль; HI – индекс опасности; HQ – коэффициент опасности.
Note. Me – median; P 95 – Perecentile (95); HI – hazard index; HQ – hazard quotient.
Таблица 6. Уровень канцерогенного риска для резидентного населения
Table 6. The level of carcinogenic risk for the resident population
ММ | Низкий уровень загрязнения воздуха PM2,5 low PM2.5 air pollution | Высокий уровень загрязнения воздуха PM2,5 high PM2.5 air pollution | ||||||
Me | P 95 | Me | P 95 | |||||
CR взрослые adult | CR дети children | CR взрослые adult | CR дети children | CR взрослые adult | CR дети children | CR взрослые adult | CR дети children | |
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.
Note. Me – median; P 95 – Perecentile (95); CR –individual carcinogenic risk; TCR – total risk.
Таблица 7. Сравнение диапазонов концентраций PM2,5 (мкг/м3) и MM (нг/м3) на открытом воздухе и в помещениях, указанных в предыдущих и данном исследовании
Table 7. Comparison between rangs of PM2.5 (μg/m3) and MM (ng/m3) of outdoor and indoor concentrations reported in previous and this study
Параметры Parameter | Диапазоны концентраций Rangs of concentrations | |
Снаружи/Outdoor | Внутри/Indoor | |
PM2,5 среднесуточная / PM2.5 (24-hour mean) | 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/Ref | [18] | Настоящее исследование |
[i]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.
作者简介
Tatyana Krupnova
South Ural State University
编辑信件的主要联系方式.
Email: krupnovatg@susu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0862-710X
SPIN 代码: 3000-8535
Scopus 作者 ID: 16230657000
Researcher ID: N-4304-2014
Associate Professor, Associate Professor of the Department of Ecology and Chemical Technology
俄罗斯联邦, Chelyabinsk, 454080, Lenin pr.76Olga Rakova
South Ural State University
Email: rakovaov@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5788-5933
SPIN 代码: 6508-1984
Scopus 作者 ID: 57209459039
Researcher ID: ABC-5896-2020
Associate Professor of the Department of Ecology and Chemical Technology
俄罗斯联邦, Chelyabinsk, 454080, Lenin pr.76Svetlana Gavrilkina
South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Geoecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: gidrosv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9892-226X
SPIN 代码: 4626-8291
Senior Researcher at the Geological Department of the Ilmensky Reserve
俄罗斯联邦, Chelyabinsk region, Miass, Ilmensky Nature Reserve, 456317参考
- Vahlsing C, Smith KR. Global review of national ambient air quality standards for PM10 and SO2 (24h). Air Quality, Atmosphere and Health. 2012;(5):393. doi: 10.1007/s11869-010-0131-2
- Revich BA. Finely dispersed suspended particles in the atmospheric air and their impact on the health of residents of megacities. Problems of environmental monitoring and ecosystem modeling. 2018;29(3):53–78. doi: 10.21513/0207-2564-2018-3-53-78
- Barskova LS, Vitkina TI, Veremchuk LV, Gvozdenko TA. Assessment of the influence of the composition of atmospheric microparticles on redox homeostasis of alveolar macrophages. Hygiene and Sanitation. 2022;101(9):1004–1010. doi: 10.47470/0016-9900-2022-101-9-1004-1010
- Burnett R, Chen H, Szyszkowicz M, et al. Global estimates of mortality associated with longterm exposure to outdoor fine particulate matter. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2018;115(38): 9592–9597. doi: 10.1073/pnas.1803222115
- Altieri KE, Keen SL. Public health benefits of reducing exposure to ambient fine particulate matter in South Africa. Science of the Total Environment. 2019;(684):610–620. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.3552
- Meo SA, Salih MA, Al-Hussain F, et al. Environmental pollutants PM2.5, PM10, carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO2), sulfur dioxide (SO2), and ozone (O3) impair human cognitive functions. European Review for Medical and Pharmacological Sciences. 2024;28(2):789–796. doi: 10.26355/eurrev_202401_35079
- Pope CA 3rd, Burnett RT, Thun MJ, et al. Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution. Journal of the American Medical Association. 2002;287(9), 1132–1141. doi: 10.1001/jama.287.9.1132
- Turner MC, Krewski D, Pope CA 3rd, et al. Long-term ambient fine particulate matter air pollution and lung cancer in a large cohort of never-smokers. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2011;(184):1374–1381. doi: 10.1164/rccm.201106–1011OC
- Ali MU, Liu G, Yousaf B, et al. A systematic review on global pollution status of particulate matter-associated potential toxic elements and health perspectives in urban environment. Environmental Geochemistry and Health. 2019;(41):1131–1162. doi: 10.1007/s10653-018-0203-z
- Yang YW, Liou SH, Hsueh YM, et al. Risk of Alzheimer's disease with metal concentrations in whole blood and urine: A case-control study using propensity score matching. Toxicology and Applied Pharmacology. 2018;(356):8–14. doi: 10.1016/j.taap.2018.07.015
- Tellez-Plaza M, Guallar E, Navas-Acien A. Environmental metals and cardiovascular disease. British Medical Journal. 2018;29(362):k3435. doi: 10.1136/bmj.k3435
- Zhang Y, Xu C, Fu Z, et al. Associations between total mercury and methyl mercury exposure and cardiovascular risk factors in US adolescents. Environmental Science and Pollution Research, 2018;25(7):6265–6272. doi: 10.1007/s11356-017-0905-2
- Grau-Perez M, Zhao J, Pierce B, et al. Urinary metals and leukocyte telomere length in American Indian communities: The Strong Heart and the Strong Heart Family Study. Environmental Pollution. 2019;(246):311–318. doi: 10.1016/j.envpol.2018.12.010
- Velmurugan G, Swaminathan K, Veerasekar G, et al. Metals in urine in relation to the prevalence of pre-diabetes, diabetes and atherosclerosis in rural India. Occupational and Environmental Medicine. 2018;75(9):661–667. doi: 10.1136/oemed-2018-104996
- Longnecker MP, Daniels JL. Environmental contaminants as etiologic factors for diabetes. Environmental Health Perspectives. 2001;109(6):871–876. doi: 10.1289/ehp.01109s6871
- Bell DSH. Riceabetes: Is the association of type 2 diabetes with rice intake due to a high carbohydrate intake or due to exposure to excess inorganic arsenic? Postgraduate Medicine. 2015;127(8):781–782. doi: 10.1080/00325481.2015.1098518
- Lee J, Lee S, Bae G. A review of the association between air pollutant exposure and allergic diseases in children. Atmospheric Pollution Research. 2014;(5):616–629. doi: 10.5094/APR.2014.071
- Krupnova TG, Rakova OV, Bondarenko KA, et al. Elemental Composition of PM2.5 and PM10 and Health Risks Assessment in the Industrial Districts of Chelyabinsk, South Ural Region, Russia. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2021;18(23):12354. doi: 10.3390/ijerph182312354
- Klepeis NE, Nelson WS, Ott WR, et al. The National Human Activity Pattern Survey (NHAPS): a resource for assessing exposure to environmental pollutants. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology. 2001;(11):231–252. doi: 10.1038/sj.jea.7500165
- Fang B, Zeng H, Zhang L, et al. Toxic metals in outdoor/indoor airborne PM2.5 in port city of Northern, China: Characteristics, sources, and personal exposure risk assessment. Environmental Pollution. 2021;(279):116937. doi: 10.1016/j.envpol.2021.116937
- Liu J, Chen H, Qiao S, Zhang Y. Indoor/outdoor relationships of PM2.5-associated toxic metals/metalloids at a rural residence in North China: sources and probabilistic health risks. Atmospheric Pollution Research. 2023;14(6):101753. doi: 10.1016/j.apr.2023.101753
- Jung CC. Investigation of source and infiltration of toxic metals in indoor PM2.5 using Pb isotopes during a season of high pollution in an urban area. Environmental Geochemistry and Health. 2024;(46):7. doi: 10.1007/s10653-023-01801-7
- Jung CC, Chung YJ, Chiang TY, et al. Evaluating the representativeness of atmospheric PM2.5 data for indoor exposure: insights from concentrations, chemical compositions, and sources. Environmental Pollution. 2025;(375):126350. doi: 10.1016/j.envpol.2025.126350
- Dolgushina NA, Kuvshinova IA. Air Pollution and Noncancenogenic Risks Assessment in Industrial Cities of Chelyabinsk Region. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2019;(6–7):17–22. doi: 10.33396/1728-0869-2019-6-17-22
- Krupnova TG, Mashkova IV, Gavrilkina SV, et al. Concentrations of metal(loid)s in outdoor and indoor dust from Russian City. International Journal of GEOMATE. 2018;15(52):30–37. doi: 10.21660/2018.52.8197
- Krupnova TG, Rakova OV, Mashkova IV, et al. Health risk assessment of metal(loid)s exposure via indoor dust from urban area in Chelyabinsk, Russia. International Journal of GEOMATE. 2019;16(55):1–7. doi: 10.21660/2019.55.16501
- Lee SC, Li WM, Ao CH. Investigation of indoor air quality at residential homes in Hong Kong-case study. Atmospheric Environment. 2002;(36):225–237. doi: 10.1016/S1352-2310(01)00435-6
- Polezer G, Oliveira A, Potgieter-Vermaak S, et al. The influence that different urban development models has on PM2.5 elemental and bioaccessible profiles. Scientific Reports. 2019;(9):14846. doi: 10.1038/s41598-019-51340-4
补充文件
