CC BY
93
УДК 504.054
КАНЦЕРОГЕННЫЙ РИСК ИНГАЛЯЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ САЖИ И БЕНЗ(А)ПИРЕНА, ВЫДЕЛЯЕМЫХ АВТОТРАНСПОРТОМ НА ТЕРРИТОРИИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ г. ИРКУТСКА
С.С.Тимофеева1, Д.В.Перминова2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены канцерогенные риски ингаляционного воздействия сажи и бенз(а)пирена, выделяемых в атмосферу автотранспортом, рассчитаны массовые выбросы канцерогенов в атмосферу г. Иркутска при заправках автотранспорта на АЗС и АЗК. Определены индивидуальные и популяционные канцерогенные риски для населения г. Иркутска.
Ил. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: сажа; бенз(а)пирен; автотранспорт; выбросы в атмосферу; канцерогенный риск; индивидуальный, популяционный риски.
CARCINOGENIC RISK OF INHALATION EFFECT OF SOOT AND BENZO(A)PYRENE RELEASED BY MOTOR TRANSPORT ON THE TERRITORY OF FILLING STATIONS OF IRKUTSK S.S.Timofeeva, D.V.Perminova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The carcinogenic risks of the inhalation effect of soot and benzo(a)pyrene, released by motor transport into atmosphere are examined. Mass emissions of carcinogens into the atmosphere of the city of Irkutsk are calculated during motor transport refueling at filling stations and full service filling stations. Individual and population carcinogenic risks for the Irkutsk population are determined. 4 figures. 5 sources.
Key words: soot; benzo(a)pyrene; motor transport; air emissions; carcinogenic risk; individual; population risks.
Загрязнение природной среды газообразными, жидкими и твердыми веществами и отходами производства, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение. Для объективной количественной оценки, сравнения, анализа, управления воздействием загрязнителей различной природы в последние десятилетия за рубежом и в России активно развивается методология рисков. Риск воздействия загрязнителя того или иного вида определяется как вероятность возникновения у человека или его потомства какого-либо вредного эффекта в результате этого воздействия. Методология анализа рисков позволяет построить «шкалу», при помощи которой можно проводить оценки и сравнения воздействия на окружающую среду и здоровье человека неблагоприятных факторов. Методология оценки и сравнения рисков в настоящее время не просто инструмент научных изысканий, а официально признанный Министерством здравоохранения метод анализа [1].
В области практического анализа рисков, связанных с воздействием химических вредных веществ, работы только начинаются. Это касается в первую
очередь веществ, обладающих канцерогенными свойствами. Канцерогенами называются химические вещества, воздействие которых достоверно увеличивает частоту возникновения опухолей или сокращает период их развития у человека или животных. Судьба этих веществ в организме, как и других ксенобиотиков, подчиняется общим законам токсикокинетики. Однако в действии на организм им присущ ряд особенностей. Так, развивающиеся под их влиянием эффекты носят отсроченный характер и являются следствием, как правило, длительного кумулятивного действия в малых дозах. Активность рассматриваемой группы веществ в отношении молекул - носителей наследственности в известной степени уникальна.
Первым, кто осознал возможность химической этиологии рака, был Percival Pott. В 1775 году им описан рак мошонки у ряда пациентов. Все они были трубочистами, что и натолкнуло доктора Pott на мысль, что длительный контакт кожи с сажей может приводить к развитию рака. 100 лет спустя высокая частота рака кожи была выявлена у немецких рабочих, имевших длительный контакт с каменноугольной смолой, -основным ингредиентом сажи. Позже было установлено, что веществами, содержащимися в смолах и обладающими канцерогенной активностью, являются
1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 8(3952) 405671.
Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 8(3952) 405671.
2Перминова Дарья Владимировна, аспирант. Perminova Darya, Postgraduate.
полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Характерные особенности строения этих соединений отражают структуры классических представителей группы бензо(а)пирена и дибенз(а,1л)антрацена (рис. 1).
Лгото щЩГ
бензо(а)пирен дибензо(а,Ь|)антрацен
Рис. 1. Типичные представители группы полициклических углеводородов
Следует различать понятия "канцерогенная активность" ("канцерогенность") и "канцерогенная опасность" вещества. Канцерогенная активность свидетельствует о способности вещества индуцировать развитие злокачественных новообразований, позволяет осуществлять сравнение веществ по этому признаку при непосредственном воздействии их на биологический объект. Канцерогенная опасность включает в себя дополнительные условия: распространенность вещества, возможность контакта с ним, его стабильность в окружающей среде или в местах потенциальных контактов и др. В настоящее время около 20 веществ, достаточно широко используемых в промышленности, отнесены к числу канцерогенов для человека (однако этот список постоянно увеличивается). Кроме того, убедительно доказано, что работа на целом ряде производств сопряжена с риском канцерогенеза, хотя конкретные причины (вещества), провоцирующие процесс, не установлены.
Механизм развития рака в целом таков: канцероген ^ обезвреживание канцерогена (воздействие канцерогена на ДНК), повреждение структуры ДНК ^ восстановление структуры ДНК (инициация - закрепление мутации), инициирование опухолевой клетки ^ обнаружение и уничтожение клетки (промоция - селекция и рост клона), рост и малигнизация опухоли ^ изредка возможна инволюция опухоли (прогрессия), дальнейший рост и метастазирование. В основе канцерогенеза, в том числе и развития рака, лежит повреждение структуры ДНК. Противостоит канцерогенезу мощная система репарации (восстановления) повреждений. Следовательно, возможность запуска опухолевого роста будет зависеть как от количества и свойств канцерогена, так и от качества работы систем восстановления. Именно поэтому снижение поступления канцерогенов дает существенный профилактический эффект, а «плохая наследственность» требует более внимательного наблюдения пациентов [1].
Канцерогенез - многостадийный и часто обратимый процесс, поэтому переход из одной стадии канцерогенеза в другую (как вперед, так и назад) также зависит от множества внешних и внутренних факторов, которые могут и способствовать, и противодействовать этому процессу.
Ранние маркеры канцерогенеза - это появление в клетках микроядер, хромосомных аберраций, хрома-тидного обмена и т.д. Эти маркеры неспецифичны.
Более специфично выявление онкогенов и генов-супрессоров. Например, повреждение гена p53 наблюдается в 50% случаев раковых заболеваний, однако спектр мутаций в гене-супрессоре p53 различен и зависит даже от того, курил или не курил пациент. Мутации p53 встречаются при гепатоцеллюляр-ном раке, раке толстой кишки, опухолях мозга, саркоме, раке легкого, мочевого пузыря и пищевода, карциномах, пролиферирующих аденомах и т.д. Мутации в онкогене RAS характерны для канцерогенеза в толстом кишечнике и для аденом размером более 1 см. В развитии опухоли важен факт накопления повреждений. Доказано, что накопление повреждений в онкогенах и генах-супрессорах при хроническом воздействии канцерогенов и наличии способствующих факторов приводит к прогрессии опухоли и в конечном итоге к ее малигнизации и метастазированию.
Причина 90-95% злокачественных заболеваний -факторы окружающей среды и образ жизни: курение -причина 30% патологий; особенности питания (высококалорийная диета, ожирение, канцерогены в продуктах, малое количество клетчатки в пище)- 35% патологий; инфекционные агенты (вирусы, хронические очаги инфекции) - 10%; профессиональные канцерогены - 4-5%; ионизирующее и ультрафиолетовое излучение - 6-8 %; алкоголизм - 2-3%; загрязненный воздух - 1-2%; репродуктивные (половые) факторы -4-5%; низкая физическая активность - 4-5% всех злокачественных новообразований.
Вмешательство в процесс канцерогенеза и его нивелирование возможны уже сегодня. Информация о маркерах молекулярно-генетических изменений для выявления канцерогена и ранних стадий рака постоянно пополняется и увеличивается. Появляется возможность профилактики рака, доклинической диагностики и его терапии на ранних стадиях канцерогенеза, что в конечном итоге способствует значительному снижению риска злокачественной онкопатологии и вселяет уверенность в борьбе с онкологической патологией в XXI веке.
В настоящее время предложено классифицировать канцерогены по происхождению, химической структуре, степени участия в различных стадиях развития рака, степени доказанности их канцерогенной активности и т.д. Принято различать природные канцерогены, это вещества, содержание которых в среде не зависит от деятельности человека. Их вклад в он-козаболеваемость считается незначительным. Так, установлено, что ежесуточно на поверхность Земли оседает около 170 т метеоритной пыли, в составе которой обнаруживаются ПАУ. На планете в настоящее время действует около 520 вулканов, их ежегодный выброс составляет 3-6 млрд т химических веществ (аэрозоли, пепел, лава, газы). С пеплом в атмосферу может поступить до 12-24 т только одного бенз(а)пирена, не считая других ПАУ.
Канцерогены антропогенного происхождения появились тогда, когда люди научились пользоваться огнем (около 500 тыс. лет назад). По-видимому, первыми искусственными канцерогенами были продукты пиролиза белков. Накопление канцерогенов в био-
сфере возрастало параллельно интенсификации промышленного производства. Процесс ускорился в последние десятилетия ХХ века. Например, производство бензола, вызывающего у людей лейкозы, составляет ежегодно 12 млн т. Полихлорированных бифени-лов произведено к настоящему времени 1,2 млн т. Несмотря на запрещение выпуска и использования концентрация ПХБ во всех средах биосферы и биообъектах не снижается. Суммарное поступление этих токсикантов в окружающую среду достигает 35% от произведенной массы. Из этого количества лишь 4% подвергается естественной деградации.
Бенз(а)пирен выделяется в окружающую среду при сжигании всех видов топлива и перераспределяется в объектах окружающей среды, представляет угрозу здоровью человека. Согласно данным Государственного доклада "О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2009 году" приоритетными загрязнителями атмосферы городов Иркутской области являются бенз(а)пирен, формальдегид, диоксид и оксид азота, взвешенные вещества, оксид углерода, в Братске - дополнительно сероуглерод и фторид водорода.
Наибольшие из среднемесячных концентраций бенз(а)пирена превышали санитарные нормы в 10 и более раз (очень высокий уровень загрязнения) в Иркутске, Братске, Зиме; 10 ПДК и более достигали среднемесячные концентрации сероуглерода, формальдегида в Братске. Загрязнение городов и посёлков области основными примесями является следствием выбросов предприятий электроэнергетики, угольной, деревообрабатывающей промышленности, большого количества мелких котельных, жилого сектора с печным отоплением, автотранспорта [2].
Автомобильный транспорт вносит значительный вклад в постоянно ухудшающуюся экологическую ситуацию городов. Интенсивность загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами двигателей внутреннего сгорания связана с интенсивно увеличивающимся парком автомобильного транспорта. На 1 января 2009 года автомобильный парк города Иркутска составлял 193 564 единицы, это более чем на 20000 единиц больше по сравнению с 2008 годом. За год количество единиц автотранспорта в Иркутске в среднем увеличивается на 10-12%. На сегодняшний день 76% приходится на легковой транспорт, 17% - на грузовой и 7% - на автобусы. Вклад выбросов от передвижных источников в общее загрязнение атмосферного воздуха на территории Иркутска составляет более 52% [3].
Главной экологической проблемой автомобильного транспорта является высокая токсичность выхлопных газов. В их состав входит более 200 токсичных компонентов, в том числе таких биологически активных, как бенз(а)пирен и сажа. Бенз(а)пирен является одним из наиболее опасных углеводородов, вызывающих лейкемию, врожденные уродства. При нанесении на кожу развивает хроническое воспаление с переходом в рак. Его отличительными свойствами являются высокая химическая устойчивость, возможность долгой миграции из одних объектов в другие,
биоаккумуляция. Для него не существует пороговых концентраций - он представляет угрозу для здоровья в любом количестве.
В настоящей работе предпринята попытка оценки канцерогенного риска, создаваемого автотранспортом г. Иркутска при заправке на автозаправочных станциях и комплексах.
Под канцерогенным риском понимается вероятность развития или увеличение частоты возникновения доброкачественных и/или злокачественных опухолей у людей и/или животных и/или сокращение периода развития этих опухолей. В Иркутской области с начала 2000 года онкологическая заболеваемость возросла практически на 40%! С постоянно растущим автомобильным парком количество канцерогенных веществ, выбрасываемых в атмосферу, увеличивается с каждым годом, поэтому проблема выбросов таких веществ является значимой на настоящий день.
Оценка риска для здоровья населения является естественной поведенческой реакцией человека и сопровождает его в течение всей жизни. Оценка риска для здоровья - вид экспертной деятельности, направленный на определение числа людей, способных проявить негативные реакции на воздействия конкретного неблагоприятного фактора за заданный промежуток времени.
Риск является вероятностной оценкой неблагоприятного исхода развивающейся (незакончившейся) ситуации. Приемлемый (допустимый) риск - это такая минимальная величина риска, которая достижима по техническим, экономическим и технологическим возможностям и представляет собой некоторый компромисс между уровнем безопасности и возможностями ее достижения.
Расчет рисков для здоровья жителей г. Иркутска был проведен для ингаляционного пути поступления указанных веществ в организм человека. Обоснование такого выбора заключается в том, что дыхание является непрерывным процессом и человек за сутки вдыхает около 20 тыс. л воздуха. При таком объеме вдыхания даже минимальные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе могут приводить к значительному их поступлению в организм.
Для численного определения величины рисков нами впервые для данного города рассчитаны массовые выбросы канцерогенов от передвижных источников. В качестве контрольной точки проведения расчетов была выбрана территория автозаправочных станций и комплексов, именно через это городское сечение проходит весь автотранспорт, находящийся в городе.
Расчет выбросов сажи и бенз(а)пирена в атмосферный воздух складывался из двух составляющих. Первая - определение массовых выбросов в моменты въезда автотранспорта на территорию АЗС или АЗК и выезда с этой территории по формуле Т к
мТ =-У мП, ■ ок ■ К ,
Т 3600 У к ^ где k - количество групп автомобилей; МП - пробе-говый выброс -го вредного вещества автомобилями k-
ой группы для городских условий эксплуатации; вк -фактическая наибольшая интенсивность движения, т.е. количество автомобилей каждой из К групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в единицу времени; К - поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспорта (км/ч); I (км) - протяженность пути проезда по территории АЗС и АЗК.
Вторая составляющая - вычисление выбросов в момент торможения, глушения мотора автомобиля, запуска двигателя внутреннего сгорания, именно на этом режиме выброс загрязняющих веществ увеличивается в десятки раз, - определяется по формуле р
мп =р Е Е ■ х г/мин
40 п—1 к—1
где Р (мин) - продолжительность заправки транспорта; Мц - количество циклов заправки за 20-минутный период времени; Мгр- количество групп автомобилей; МП,к (г/мин) - удельный выброс /'-го ЗВ автомобилями к-ой группы, находящимися в «очереди» у заправочных островков; Окп - количество автомобилей к-ой группы, находящихся в «очереди» в зоне АЗС и АЗК [4]. Результаты расчета представлены на рис. 2.
Рис. 2. Выбросы ЗВ на АЗС и АЗК г. Иркутска, т/год
Расчет рисков для здоровья населения города был проведен в два этапа. На первом этапе были рассчитаны индивидуальные риски. На втором - популя-ционные риски. Индивидуальный и популяционный канцерогенные риски характеризуют верхнюю границу возможного канцерогенного риска на протяжении периода, соответствующего средней продолжительности жизни человека (70 лет). Величину годового риска не следует использовать для проведения каких-либо прямых аналогий между уровнями фактической онкологической заболеваемости или смертности и значениями этих рисков. Значения канцерогенных рисков отражают, главным образом, долгосрочную тенденцию к изменению онкологического фона [5]. Индивидуальный канцерогенный риск основывается на "доза-ответной" зависимости и оценки экспозиции (воздействия). Популяционный риск определяет число случаев смерти или заболеваний, которое может возникнуть во всей популяции или в отдельных ее группах (наиболее уязвимых) в результате воздействия изучаемого загрязнителя, и может быть получен умножением индивидуальных канцерогенных рисков на численность населения, подвергающегося этому воздействию.
Расчет риска для здоровья при ингаляционном воздействии взвешенных веществ (в частности сажи)
был проведен по формуле Риск = 1-exp[-0,174-(Ссг/ПДКпС.)ь/Кз], где Ccr - среднегодовая концентрации, мкг/м ; Кз - коэффициент запаса; ПДКСС -предельно допустимая среднесуточная концентрация, мкг/м3. Взвешенные вещества относятся к III классу опасности. Для веществ этого класса опасности b= 1,00 и Кз=4,5.
2005 200Í 2007 200S 2009 20111
Рис. 3. Динамика популяционных рисков для здоровья населения Иркутска при ингаляционном воздействии сажи
Индивидуальный риск при ингаляционном воздействии сажи составляет 0,0975, что в 5 раз превышает допустимый уровень, оцениваемый величиной 0,020 (20 дополнительных случаев на 1000 человек). Результаты расчетов популяционных рисков приведены на рис. 3. На вертикальной оси показано количество населения (человек), находящегося в зоне канцерогенного риска. Если эти цифры выразить в процентном соотношении, то около 10% населения г. Иркутска находятся в зоне риска.
Рис. 4. Динамика популяционных рисков для здоровья населения г.Иркутска при ингаляционном воздействии бенз(а)пирена
Расчет риска здоровью при ингаляционном воздействии бенз(а)пирена был проведен по формуле Риск = Осг-БР -а-20/70, где Осг - среднегодовая концентрация канцерогенного вещества; БР - фактор потенциала канцерогенного эффекта при ингаляционном пути поступления; а - коэффициент, отражающий влияние времени, в течение которого индивидуум находится под воздействием бенз(а)пирена. Проведенные расчеты показали, что величина канцерогенного риска при ингаляционном воздействии бенз(а)пирена составляет 7,9-10"6. Данное значение находится на границе приемлемости и поэтому нужно срочное уменьшение выбросов автотранспорта или
снижение токсичности отработанных газов ДВС. По-пуляционные риски представлены на рис. 4, где вертикальная шкала показывает численность населения г. Иркутска, находящегося в зоне канцерогенного риска.
Полученные значения позволяют всерьез задуматься о развивающейся проблеме канцерогенных рисков, а проведенный анализ может стать первой ступенью к решению вопросов экологической безопасности г. Иркутска.
Библиографический список
1. Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб., 2002. 350 с.
2. О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2009 году: гос.доклад / Министерство природных ресурсов и экологии Иркутской области. Иркутск: Облмаш-информ, 2010. 410 с.
3. http://www.admirkutsk.ru/7rubR327
4. Фрумин Г.Т. Оценка риска для здоровья населения Санкт-Петербурга при ингаляционном воздействии взвешенных веществ и бенз(а)пирена // Безопасность жизнедеятельности. 2011. №2. С.38-41.
5. http://ehc.hut.ru/txt/rus/risk/r13.htm
УДК 550.42.556.124 (571.53)
ГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ЛАНДШАФТОВ ПРИБАЙКАЛЬСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА В ЗОНАХ РЕКРЕАЦИИ И ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ
1 9
Л.А.Филиппова1, И.В.Юркова2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты изучения влияния хозяйственной и рекреационной деятельности населения и отдыхающих на загрязнение природных ландшафтов, в первую очередь, почв на территории Прибайкальского национального парка. Установлено, что антропогенное загрязнение аллювиальных почв концентрируется, главным образом, в границах поселка и на территории поселковой свалки. Основными загрязняющими элементами являются токсичные и высокотоксичные тяжелые металлы (РЬ, Ад, Zn, Sn и др.), а также Р, В. Их источники - работа автотранспорта, сельхозтехники, разнос удобрений и замусоренность территорий. Ил 3. Табл. 2. Библиогр. 16 назв.
Ключевые слова: химические элементы; загрязнение; классы; аномалии; рекреационная деятельность; геохимические поля.
GEOCHEMICAL CONDITION OF SOIL MANTLE OF TRANS-BAIKAL NATIONAL PARK LANDSCAPES IN RECREATIONAL ZONES AND AREAS OF POPULATION ECONOMIC ACTIVITY L.A. Filippova, I.V. Yurkova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074
The article presents study results of the influence of economic and recreational activities of population and tourists on the pollution of natural landscapes, primarily soils of the Baikal National Park. It is determined that the anthropogenic pollution of alluvial soils is concentrated mainly within the boundaries of the village and on the territory of the village disposal dump. The main contaminants are toxic and highly toxic heavy metals (Pb, Ag, Zn, Sn, etc.), and P, B as well. Their sources are the operation of vehicles, agricultural machinery, spread of fertilizers and territory littering. 3 figures. 2 tables. 17 sources.
Key words: chemical elements; pollution; classes; anomalies; recreational activities; geochemical fields.
Изученная территория входит в Приольхонскую рекреационную зону [6] Байкальского национального парка (рис.1). Главными источниками загрязнения природных ландшафтов и прежде всего их почв являются хозяйственная деятельность и бытовые отходы населения и отдыхающих, а также автомобильный транспорт. Проведенные ранее исследования [13] показали, что средние содержания химических эле-
ментов, в том числе тяжелых металлов, в основных компонентах ландшафтов Приольхонья (коренных породах, элювии, склоновых и пойменных почвах, аллювии, воде, наземной растительности) находятся на кларковом или близкларковом уровнях для соответствующих образований. Таким образом, в настоящее время Приольхонье в целом по уровням содержаний большинства элементов, в том числе и тяжелых
1Филиппова Людмила Александровна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых, тел.: 89500811800, e-mail: [email protected]
Filippova Lyudmila, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Geology and Geochemistry of the Institute of Exploration of Mineral Resources, tel.: 89500811800, e-mail: [email protected]
2Юркова Ирина Владимировна, специалист по учебно-методической работе кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых, тел.: 89500811800, e-mail: [email protected]
Yurkova Irina, Specialist for teaching and studies of the Department of Geology and Geochemistry of Minerals of the Institute of Exploration of Mineral Resources, tel.: 89500811800, e-mail: [email protected]
