Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных индустриальных городах химический состав атмосферного зоздуха, вод, уровень цумз,электромагнитных полей и другие параметри качества среды существенно отличаются от природных условна, в которых ранее существовало человечество. Среди названных факторов в большинстве городов дня здоровья населения большое значение тлеет качество атмосферного воздуха, которым, по данным ВОЗ, определяется от 7 до 20% за-болевании. Для принятия управленческих решений по оздоровленім атмосферы городов, в т.ч. для уточнення источников загрязнения и состава их знброеов, экологической паспортизации предприятий, перспектив их развятпя, корректировки размеров саяитарно-защитных зон и существующей планировки, разработки системы профилактических мероприятии необходимо .определение зон наибольшого загрязнения и выявление групп населения наибольшого риска.
В городах качество атмосферного воздуха оценивается по результатам наблюдений за загрязняющими веществами на стационарных постах, при подфаколышх исследованиях я на основе карт распределения расчетных концентраций. Существующая дискретная сэть наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха городов не позволяет дифференцировать и тем более структурировать территории по интенсивности загрязнения, недостаточен и спектр контролируемых ингредиентов. Расчэтянэ модели целиком зависят от полноты данных по составу выбросов ж не всегда учитывают лаидаафтнно условия городов. Поэтому широкое распространение получил метод геохимического картографирования, основанный на изучении распространенности загрязняющих веществ в средах, дедонярукщих выпадения из атмосферы - почве и снежяом покрове (Св)эт J0.E.,' 1985). Наиболее детально этот метод разработан применительно к металлам, занимающим одно из ведущих мест по удельной токсичности выбросов в атмосферу. Гигиеническая оценка загрязнения атмосферного воздуха металлами традиционно занимает значительное место в работа советских исследователей (Іусев М.Й., I960; Садялова U.C., 1968; Берулава Ю.К.,
Работа выполнялась при постоянном научном копсультирортіни доктора геол.-мін.паук Ро.К.Саета] л доктора ипц.пиуу. про J. К.А.Буштуевой, которым автор гнратачт hokivhim п ;ip;n-нат^льнооть и благодарность.
1974; Гиноян М.М.,1976; Шарипоза Н.П.,1975; Попов Л.Н.,1976; Пазынич В.М.,1978; Плотко Э.Г.,1980; Сидоренко Г.И., Ицкова А.И., 1980; Селяшшна К.П.,1981; Илиятуллина Ф.,1982; Чинчевич В.И., 1982; Алферов В.П. ,1982; Спажакина Г.П. ,1983; Новикова О.Г., 1983; Кунневяч И.Е.,1984; Воронов В.П.,1984; Гагара В.Ф.,1985; Ковальчук В.К. ,1985; Камильджанов АЛ.,1987; Соколов В.М., 1987; Грановский Э.И, ,1987; Бессмертный A.M., 1988; Фролова А.Д.,1990; Ермаченко А.Б.,1989 и другие). Эти исследования направлены на изучение зоны влияния выбросов крупных металлургических производств или из посвящены проблеме отдельных металлов, но не рассматривают пространственные аспекты загрязнения территорий городов, которые решаются методами картографирования. Число городов, по которым составлены карты распределения металлов в депонирующих средах, уже превышает 200; предусматривается дальнейшее развитие этих работ, а также геохимическое картографирование в различных масштабах территорий краей, областей и районов. "Металлический пресс" чрезвычайно опасен в связи с такими биологическими особенностями тякелых металлов, как способность их куьму-лировать в организме человека, длительное время биологической полужизни, наличие отдаленных последствий, мутагенних, канцерогенных, терратогенных, эмбрио- и генадотоксичных свойств. Одной из особенностей металлов является способность юс накапливаться в организме человека и его диагностических биосубстратах, В докладах экспертов ВОЗ го критериям качества окружающей среды в связи с воздействием наиболее токсичных макроэлемэнтов (Свинец,1980; Ртуть,1979; Марганец,1981; Мышьяк,1986; Селен,1989; Хром, J990) рекомендуется использование методов биомониторинга этих элементов с определением их содержания в организме человека. Проведенные в ряде стран исследования ( Fri Ьеп), Vahter ,1983; Ebtrli'n e-t al. ,1983; И Г11Є г , 1984 и другие) позволили оценить воздействие различных уровней загрязнения атмосферного воздуха микроэлементами на непрофессиональные группы населения и установить некоторые закономерности их накопления в организме.
Для использования результатов биоыониторинга в гигиенических целях необходимо изучить закономерности изменения микроэле-ыентнсго состава биосубстратов различных возрастных групп насе-
леяия, проаде всего детского, в условиях воздействия различных уровней загрязнения атмосферного воздуха микроэлементами; количественные связи мевду их концентрациями в атмосферном воздухе или депонирующих средах в биосубстратах населения. Особенно важно изучение закономерноотей накопления в организме человека високотоксичних металлов I класса опасности - свинца, кадмия и ртути. Результаты этих исследовании позволяют разработать методическую основу биомониторннга микроэлементов как составной части диспансерного наблюдения за группами детского населения повшленного риска, проживающими в зонах загрязнения атмосферного воздуха.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - разработка научных основ гигиенического анализа результатов геохимического изучения окружающей среды городов; использование результатов этого анализа при выработке гигиенических решений.
Дія достшения указанной целя решались следующие задачи: - гигиеническая оценка источников виброоов металлов в атмосферный воздух;
изучение закономерностей распределения некоторых тяжелых металлов в атмосферном воздухе и депонирующих средах и распределения их между этими сопредельными средами;
изучение закономерностей распределения микроэлементов в био-субстрагах населения в городах с различными уровнями загрязнения атмосферного воздуха;
изучение связей между показателями состояния здоровья населения и пространственной структурой распределения микроэлементов в воздушном бассейне городов, фиксируемой техногенными геохимическими аномалиями;
разработка методики геохимического картографирования и использование ее результатов в процессе государственного санитарного надзора и гигиенической экспертизы.
Объем и методы исследования. В работа предотавлены материалы комплексных эколого-геохимических и гигиенических исследований с применением современных аналитических методов в городах с различной структурой производства (Москва, Владикавказ, Курск, Ереван, Ярославль, Ялта, Подольск и другие).
Дм гягионической оценки эггряэнения атмосферного воздуха городов изучалось распределение микроэлементов в воздушном бассейне к средах, депонирующих атмосферные выпадения, - почве и снежном покрове. Натурные исследования велись по двум направлениям: путем отбора проб воздуха на стационарных постах Госкомгид-ромета СССР в различных функциональных зонах Москвы в течение трех лет и путей месячных циклов исследования на специально организованных постах вблизи источников загрязнения и в отдаленных от центра районах. При атом определялся дисперсный состав аэрозоля при помощи игаактора, позволяющего разделить аэрозоль на три фракции - болэе 8 мкм, от 2 до 8 мкм и менее 2 мкм.Для улавливания субаэрозольной составлявшей, (менее О,OS мкм), проскакивающей через используемые в практике фильтры типа АуА, на потоке воздушной струи после импактора устанавливалась сорбцдон-ная трубка с активированным углем.
Микроэлементный состав атмосферных аэрозолей определялся методой нейтропно-акгивациошюго и спектрального анализов,ртуть -переносными атомно-абсорбционными анализаторами ИМГРЭ-4 и АШ-01.
С целью еыявлсния количественных зависимостей мевду уровнем загрязнения атмосферного воздуха металлами и их содержанием в атмосферних выпадениях па территориях, гдо размещались поста наблюдения, отбирались образцы поверхностного слоя почв и снежного покрова на всю его глубину.
Для оценки качества атмосферного воздуха кспользованн как гигиенические нормативы, так и фоновые концентрации микроэлементов. Это дает представление об интегральной микроэяементвой нагрузке, возникающей в городах, в сравнении с территорией мало затронутой хозяйственной деятельностью. Поскольку ПДК по ряду микроэлементов в атмосферном воздухе еще не установлены, их фоновые содержания в определенной степени могут служить критерием оценки степени техногенного воздействия. В качестве фоновых показателей использовались данные по территории, расположенной к западу от Москви, т.е. с наветренной стороны. Доя оценки суммарного загрязнения, металлами атмосферного воздуха, почв и снежного покрова применен используемый в геохимии окружающей среды сум-марнш показатель загрязнения ( Zc ), рассчитываемый по формуле
2е*»Ц-(п-0
где Z. - суша коэффициентов концентраций;
К4 - коэффициент превышения средней концентрации по отношению к фоновым величинам; II - число аномальных элементов.
С целью оценки влияния атмос!>ерного воздуха, загрязненного металлами, на состояние здоровья населения, использованы экспозиционные тесты, позволившие выявить нарушения элементного статуса населения. Применение комплекса аналитических и статистических методов дало возможность определить группы населения повышенного риска, характеризующиеся накоплением токсичных металлов в биосубстратах, а сопоставление с данными о содержании металлов в атмосферном воздухе и атмосферных выпадениях сделало возможным получить количественные зависимости в ряду: "содержание в атмосферном воздухе - содержание в диагностических биосубстратах". В качестве диагностических биосубстрагов использованы волосы и моча населения. Волосы в качестве биоиндикационного материала в настоящей время широко применяются при массовых эпидемиологических исследованиях. Образцы биосубстратов отбирались у рабочих металлургических производств, производства аккумуляторов, минеральных и свинцовых красок, минеральных удобрений, ацетальдегида, ртутных термометров; у населения, проживающего в зоне влияния выбросов этих производств, и в центре городов с интенсивным движением автотранспорта на этилированном бензине. В качестве контрольных групп обследовались дети и взрослые, не тлеющие производственного контакта с металлами и проживающие в наиболее "чистых" районах изученных городов. Образцы волос подвергались специальной обработке для снятия поверхностного загрязнения и обезжиривания, образцы мочи разлагались методом кислотной минерализации, после чего концентрировались на полимерном тиоэфире. Для определения РЬ, CJ, Си , Zn > fe і Мл и На использовал атошю-абсорбционпнй метод и нейт-ронно-активационный метод - для определения Аз, Ь, Se , Сг , Со ,8г и ряда других элементов. F определялся методом ион-селективной потенциометрии.
Для статистического анализа микроэлементного баланса волос использован метод главных компонент и факторный анализ. Общее число изученных образцов биосубстратов составило: волос 2684; мочи 662.
Сопоставление данных о заболеваемости населения в городах о разной геохимической структурой территории(Мооква, Ереван, По-
дольск, Владикавказ и др.) позволило выявить связи между показателями состояния здоровья населения и пространственной структурой распределения микроэлементов в атмосферном воздухе городов. Показатели заболеваемости населения основывались на данных анализа первичной обращаемости детского населения (по талонам уточненных диагнозов - 200 ткс.случаев в 24 поликлиниках Москвы), формам статистической годовой отчетности за 3 года по 28 городам Московской области о частото.хронических заболеваний у детей, историям родов и развития новорожденных в г.Подольске (3,5 тыс.), данным о распространенности бронхиальной астмы среда детей Москвы (курналы диспансерного учета ПО поликлиник и картотеки 5 межрайонных аллергологических центров (15 тыс.случаев), по амбулаторным картам в гг.Подольске, Воскресенске, Электростали,Коломне, Балашихе, Клину, Мытищи, Курске, Ярославле, Ялте, Истре (2,5 тыс.детей). Проводились выкопировки всех случаев заболеваний с момента рождения до 6 лет.
Методами статистического анализа проводилась оценка влияния загрязнения атмосферного воздуха металлами, а также расчетных концентраций наиболее распространенных загрязнителей (окиси углерода, окислов азота, сернистого ангидрида, взвешенных веществ) на распространенность бронхиальной астмы - манифестного заболевания, тесно связанного с интенсивностью загрязнения атмосферного воздуха. Другие факторы, оказывающие влияние на повышенный рост бронхиальной астмы среди детокого населения выявлялись путем анкетирования семей больных детей.
Сопоставление разного типа карт загрязнения атмосферного воздуха Москвы (карта геохимических аномалий, карта расчетных концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе) с показателями заболеваемости детского населения позволило ранжировать территорию города по степени ее гигиенической опасности.
Все исследования выполнены автором или при его непосредственном участии. В работе использованы также результаты некоторых совместных исследований. х'
х' Изучение загрязнения металлами окружающей среды городов проводилось при участии сотрудников ИМГРЭ - канд.географ.наук Р.С.Смирновой, Е.П.Сорокиной, А.А.Волоха; изучение распространенности врожденных пороков среди новорожденных - ст.науч. соти. Института общей генетики АН СССР канд.биол.наук Б.А. Кэлабушсина и руководитель медико-генетического Центра детской клкнігчєской больницы № 13 им. Филатова (г.Москва), канд.мод.наук Г.Г.Іузеева. Использованы также результаты ис-
Научная новизна выполненных исследований состоит в обосновании возможности использования геохимических методов для углубленной комплексной оценки негативного техногенного воздействия на окружающую среду и здоровье населения как основы проведения оздоровительной политики в городах страны.
Масштабно-предметное графическое изображение геохимической информации, как база картографического метода гигиенического анализа, позволило впервые разработать гигиенические карты состояния атмосферного воздуха ряда городов (Москва, Подольск, Воскре-сенск, Ярославль, Ереван и другие), и дифференцировать их территории по степени опасности для здоровья населения.
Впервые получены данные по относительной опасности выбросов в атмосферу широкого круга химических элементов от стационарных и передвижных источников загрязнения.
Впервые установлены количественные зависимости между концентрациями ряда металлов в атмосферном воздухе и депонирущих средах (почве и снежном покрове), определены пространственные закономерности распространения в атмосферном воздухе наиболее токсичных металлов ( Pb , td, Щ ).
Предложена система биомониторинга широкого спектра микроэлементов в диагностических биосубстратах населения промышленных городов. Анализ микроэлементного состава биосубстратов подтвердил доминирунцее значение Рв среди тяжелых металлов и надежность гигиенического норматива этого металла в атмосфэрном воздухе с био-геохимических позиций.
Впервые получены данные о закономерностях изменения состояния здоровья детского населения в зависимости от пространственной структуры загрязнения воздушного бассейна городов.
Практическое значение работы. Основные теоретические разработки и результаты натурных исследований позволили создать систему гигиенических критериев для оценки техногенных геохимических аномалия в городах и систему биомониторинга широкого круга химических элементов, определить основные, направления и конкретные оздоровительные мероприятия по ряду городов (Москва, Подольск, Курск, Ярославль, Ереван, Ялта, Владикавказ). Результаты исследо-
следований канд.геол.-мин.наук И.Л.Башаркевич - по изучению микроэлементного состава выбросов промышленных производств; Л.С.Соколова с сотрудниками - по изучению ртути в атмосферном воздухе промышленных городов.
Аналитические работы выполнены в лабораториях ИМГРЭ.МТШ, Объединенного института ядерных исследований.
ваний использованы при разработке территориальных комплексных схем охраны природы и генеральных планов городов.
Форма и уровень внедрения. Основные результаты работы послужили основой для разработки трех нормативных документов, утвержденных Министерством здравоохранения СССР - "Методических указаний по оценке степени опасности загрязнения почв химическими веществами'' (1987, & 4266-87), "Методических рекомендаций "Скрининговые методы для выявления групп повышенного риска среди рабочих, контактирующих с токсичными химическими элементами" (1989), "Методических рекомендаций по оценке загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве" (1990, № 5174-90). Результаты гигиенической оценки загрязнения окружающей среды городов внедрены в территориальные комплексные схемы по охране природы Москвы и Московской области (Институт генерального плана г.Москвы, Институт градостроительства Мособлисполкома), Ярославля (ЦНИП градостроительства), курортных подрайонов Крымской области (Киев Гипроград), .З.ї'акке использованы органами санитарного надзора гг.Москвы, Яросавля, Курска, Подольска, Московской и Астраханской областей, Армении, Главным управлением здравоохранения Мосгорисполкома.
Материалы работы использованы также в Комплексной территориальной отраслевой программе интенсификации социально-экономического развития учреждений здравоохранения Москвы "Прогресс-94", утвержденной Минздравом СССР, в проекте "Долгосрочной Государственной программы охраны окружающей среда СССР на Ж пятилетку и на перспективу до 2000 года" Госкомприроды СССР. Получены две бронзовые и одна серебряная медаль ЦДНХ СССР. За участие в работе "Разработка и внедрение комплекса геолого-экологических методов исследований контроля и прогноза природной среды г.Москвы и Московской области" присуждена премия Совета Министров СССР 1991 года.
Апробация. Основные положения диссертации обсувдались на кафедральных конференциях ЦОЛИУ врачей, ученых советах ИМГРЭ, ряда научных и проектных организаций. Материалы дисоертации докладывались на 17 Всесоюзных совещаниях, конференциях, семинарах, сессии АМН СССР, симпозиуме "Географическая и экологическая патология" (1989), Международных совещаниях "Аналитические методы контроля окружавдей среды" (СССР, Дубна, 1990), "Здоровье населения в странах Евреи; к CCCF" (Литва, Вильнюс, 1990), 8-й Международной шко-
лы экологии (Болгария,1989), Международной концерешпш по микроэлементам (Югославия, 1990), Секциях по гигиена атмосферного воздуха Проблемной комиссии "Гигиена окружающей среды" (Тбилиси, 1985, Минск,1988), 3-ей Международной конференции по экологической эпидемиологии (Израиль, 1991), 2-ом Симпозиуме стран ЕЭС и СССР "Оружающая среда и здоровье. Наука и практика" (Москва, 1991).
На замиту выносятся следующие основные положения:
-
Содержание тяжелых металлов (в частности, свинца и ртути) Б средах, депонирующих выпадения из атмосферы, отражает уровень их содержания непосредственно в атмосферном воздухе.
-
Геохимические показатели загрязнения депонирующих сред {суммарный показатель загрязнения почв и снежного покрова металлами, выпадение пыли на единицу территории) могут использоваться как индикаторные показатели состояния загрязнения металлами и.пылью воздушного бассейна населенных мест.
-
Метод геохимического картографирования депонирующих сред -инструмент для выявления пространственной картины распространения тяжелых металлов в атмосферном воздухе.
-
Геохимическая структура загрязнения территорий городов определяется типом доминирующей в городе промышленности. Среди металлов, загрязняющих воздушный бассейн городов, ведущее место занимает свинец, определяющий неблагополучную эколого-гигиеничес-кую ситуацию в большинстве городов страны.
-
Микроэлементный состав биосубстратов человека отражает уровень загрязнения атмосферного воздуха химическими элементами и является индикатором его отрицательного влияния на здоровье населения.
-
Некоторые показатели состояния здоровья детского населения имеют тенденцию к изменению в зависимости от пространственных параметров и интенсивности техногенных геохимических аномалий.
-
Результаты медико-геохимического картографирования и районирования могут быть использованы как одии из важнейших методических приемов для прогностической оценки состояния здоровья населения в связи с меняющимся качеством окружающей среды городов
и как критерий для принятия решений по ее оптимизации.
Публикации. По теме диссертации опубликованы две монографи (в соавторстве), 41 научная статья (7 - в журналах, 34 - в различных сборниках и монографиях).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введ шш, 7 глав и выводов.
Диссертация изложена на 401 странице машинописи, содержит рисунков - 33, таблиц - 44 в основном тексте и 88 в Приложении. Список литературы содержит 533 источника, из них 331 отечествен них авторов.