CC BY
4
and in half of the rural areas, the prevalence of musculoskeletal abnormalities, revealed during the 2002-2005 All-Russian clinical examination of children, was 1.03-3.9 times as high as the official morbidity rates. Among locomotor diseases, there was a preponderance of lower extremity deformities, ky-
phosis, lordosis, and scoliosis. Osteodensitometric studies demonstrated that osteopenia is more common in urban dwellers than in villages. The osteopenic syndrome develops in the girls earlier than in boys and it is mostly associated with the onset of puberty.
Методы гигиенических исследований
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2007 УДК 614.72:001.891.7(470+571)
С. А. Воронин, Б. А. Кацнельсон, Е. А. Селезнева
ОРГАНИЗАЦИЯ ФРАКЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВЗВЕШЕННЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ В РОССИИ
Медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпрсдприятий, Территориальное управление Роспотребнадзора по Свердловской области, Екатеринбург
К важнейшим отличиям методологии мониторинга загрязнения атмосферного воздуха населенных мест и регламентации допустимых уровней этого загрязнения, принятых в США и странах ЕЭС, от тех, которые были приняты в СССР и унаследованы Российской Федерацией, следует отнести несовпадение подходов к оценке содержания в нем твердых (пылевых) частиц. Если в России обязательный мониторинг по-прежнему ведется лишь по суммарной массовой концентрации атмосферной пыли, которая и нормируется в зависимости от содержания свободного диоксида кремния в пылеобразующем материале, то на Западе в основу мониторинга и соответствующего нормирования положено выделение и взвешивание относительно тонких фракций. Здесь обязательным является измерение концентрации частиц с аэродинамическим диаметром до 10 мкм (РМ10 от "particulate matter"), которую только и нормируют в Европе, а фракцию с аэродинамическим диаметром до 2,5 мкм (РМ2 5) в некоторых странах до недавнего времени, как правило, не выделяли. Однако в последние годы в связи с установлением для нее в США самостоятельного норматива выделение РМ25 становится все более общепринятым. Химический же состав частиц при нормировании РМ не учитывается вовсе, хотя его значение и подтверждается все большим числом эпидемиологических исследований, а анализ этого состава все шире внедряется в систему мониторинга РМ.
Международная гармонизация подходов к оценке загрязнения атмосферного воздуха населенных мест и тем самым к оценке связанных с ним рисков для здоровья населения стала актуальной задачей,
Методы мониторинга РМ10 и РМ2 s
в связи с чем Европейское бюро ВОЗ подготовило в 2006 г. и передало для обсуждения и использования "Рамочный план организации мониторинга взвешенных веществ в атмосфере в странах Восточной Европы, Кавказа и Центральной Азии". Согласно этому документу, методы мониторинга РМ10 и РМ25 классифицируются следующим образом (табл. 1).
Наш собственный опыт, который получен только при проведении мониторинга одним из вариантов эталонного ("ручного") метода, свидетельствует, что фракционный мониторинг вполне осуществим и в условиях России, но требует специального аппаратурного обеспечения и оценка пылевой экспозиции населения на основе такого мониторинга позволяет установить в принципе те же самые существенные связи этой экспозиции с неблагоприятными эффектами со стороны популяционного здоровья, которые обнаруживались в целом ряде эколого-эпидемиологических исследований (ЭЭИ) западных авторов. Мы полагаем, что это делает возможным рассматривать фракционный мониторинг в качестве вполне приемлемой основы гармонизации российских и западных подходов к оценке рисков для здоровья населения, связанных с загрязнением атмосферы пылевыми частицами.
Впервые в России мониторинг содержания пылевых фракций РМ|0 и РМ2 5 в атмосферном воздухе мы осуществили в 1998—1999 гг. на 12 постах в 9 городах Свердловской области (Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Первоуральске, Красноуральске, Березовском, Верхней Пышме, Среднеуральске, Кушве, Сысерти) и на двух постах в Череповце (Вологодская область) в рамках Проекта управления
Таблица 1
Метод мониторинга
Качество
Комментарии
А — Ручной отбор проб и гравиметрия
Эталонный метод
Требуется ежедневная ручная замена фильтра. Передача данных в режиме online невозможна.
В — Автоматическая замена фильтров с гра- Эквивалентный гравиметрический метод Автоматическая замена фильтров. Персда-виметрией ча данных в режиме on-line невозможна.
С — Автоматическое устройство непрерыв- Прибор для непрерывного измерения с Возможна передача данных в режиме оп-ного измерения локальным поправочным коэффициентом line.
окружающей средой в России, финансировавшегося Мировым банком. Позже на основе этого опыта мы организовали мониторинг в одном из этих городов (Красноуральске), а также в Ростове-на-Дону.
Для фракционного отбора частиц из воздуха мы использовали импакторы конструкции гарвардской школы общественного здоровья (США), а для взвешивания фильтров — чувствительные электронные микровесы, находящиеся в специ&чьном помещении с регуляцией температуры и влажности воздуха. Отметим, что такие весы и такие условия взвешивания являются обязательными, учитывая, что масса задержанных на фильтрах частиц, как правило, крайне мала даже при непрерывном отборе пробы в течение недели, но особенно при отборе, ограниченном сутками или даже часами.
Посты мониторинга размещали вблизи центра той зоны, в которой ставилась задача оценить усредненную пылевую экспозицию населения, но как можно дальше от локальных источников загрязнения воздуха и в таком месте, где маловероятны аэродинамические возмущения. В наших исследованиях эти посты базировались, как правило, на 2—3-этажных зданиях школы или дошкольного образовательного учреждения. Воздуходувки и измерители объема протянутого воздуха размещали внутри здания, а пробоотборники фиксировали на штанге, которую закрепляли на оконной раме снаружи под таким углом, чтобы пробоотборник (им-пактор) находился на расстоянии 1,5 м от стены и на 1,5 м выше уровня крыши. Их прикрепляли к тросику, протянутому через блоки, так чтобы легко передвигаться в верхнее (рабочее) и нижнее положение (для смены фильтров). Один из постов мониторинга показан на фотографии (см. рисунок).
Нами проведен анализ колебания концентраций РМ 10 и РМ2 5, измеренных при непрерывном отборе проб в течение каждой последующей недели на протяжении периода между 03.11.98 и 18.05.99 на 14 постах мониторинга в перечисленных выше городах. В 13 из 14 точек эти концентрации практически никогда не превышали нормативов США и ЕЭС, а при пересчете на суммарную массу пыли они в большинстве случаев не превышали даже наиболее низкую из российских ПДК. Исключение составляет один из постов в Череповце, размещенный (в отличие от всех остальных) в пределах са-нитарно-защитной зоны металлургического комбината, являющегося здесь основным источником загрязнения атмосферы.
Однако даже при исключении этого поста и наиболее к нему близко расположенной школы из базы данных проведенного нами поперечного эко-логическо-эпидемиологического исследования (ЭЭИ) анализ показал, что такие "субнормативные" концентрации явно не безразличны для детского организма. Было найдено, что между нарастанием средних или медианных концентраций РМ,0 и РМ25, с одной стороны, и нарастанием вероятности развития различных проявлений респираторной патологии у младших школьников в соответствующей зоне, с другой — существуют статистически значимые связи (при внесении поправок на ряд априорных и эмпирически установленных индивидуальных факторов риска). Результаты этого ЭЭИ в деталях опубликованы ранее [1, 4], а
Пост мониторинга РМ|0, РМ2 5 и газовых загрязнителей атмосферного воздуха.
здесь мы приводим в качестве примера 2 из полученных уравнений регрессии, в которых odds — шанс, т. е. отношение поправленной вероятности рассматриваемого эффекта (Р) к вероятности его отсутствия (1 - Р), а С — концентрация:
— для бронхита, диагностированного в течение последних 12 мес, и медианной концентрации РМ10 log odds = -4,146 + 0,060 • С;
— для бронхита, диагностированного в течение последних 12 мес, и медианной концентрации РМ25 log odds = -4,127 + 0,084-С. Обе регрессии статистически значимы при р < 0,05. Отметим также, что для более тонкой фракции пыли (РМ2 5) вероятность бронхита нарастает более круто. То же самое показали и регрессии на основе средних арифметических концентраций. В связи с этим наша база данных была использована при проведенном с нашим участием мета-анализе в рамках муль-ти национального проекта PATY (pollution and the young). Поскольку в большинстве стран-участни-ков данных по РМ2 5 не было, рассматривали только связи с РМ,0, и было показано, что эта фракция повышает вероятность респираторных нарушений, в том числе бронхита [5].
В другом ЭЭИ, проведенном в городе Нижнем Тагиле, анализировали связи между колебаниями среднесуточных концентраций пылевых фракций РМ10 и РМ25 и изменениями ото дня ко дню частоты регистрации родителями респираторных симптомов в группе младших школьников, обучаю-
Таблица 2
Статистически значимое увеличение частоты (в %) симптомов со стороны нижних дыхательных путей на интерквартильное приращение концентрации (с лагом 1 день)
Группа детей
Фракция (приращение концентрации) вся с бронхообст-руктивным синдромом без бронхообст-руктивного синдрома
РМ10 (на 9 мкг/м3) 16,5 12 33
РМ25 (на 6 мкг/м3) 10,5 — —
щихся в тех же школах, на которых были установлены посты мониторинга, и проживающих поблизости. Методику и результаты ЭЭИ в Нижнем Тагиле в деталях мы описали [2, 4] в сопоставлении с данными ряда западных исследований того же типа, результаты которых нашим ЭЭИ в целом подтверждены. Более того, зависимости того типа, которые иллюстрирует табл. 2, мы получили при существенно более низких "пиковых" концентрациях (опять-таки, как правило, в рамках допустимых значений).
Анализ эколого-эпидемиологической литературы свидетельствует, что наиболее надежно установленные функции популяционного риска для здоровья имеются по фракционным концентрациям пылевых частиц в атмосферном воздухе, в первую очередь по РМ10. Однако, как известно, в России в подавляющем большинстве случаев пока монитори-руется только суммарная пыль (по западной терминологии TSP — total suspended particulate), и только для нее имеются апробированные математические модели рассеивания выбросов. В связи с этим для использования указанных функций в российских проектах оценки риска необходимо было обосновать коэффициенты пересчета суммарной концентрации в фракционные. Сопоставление фракционных концентраций, измеренных с помощью гарвардских импакторов, и суммарных концентраций, параллельно измерявшихся нами в городах Свердловской области в тех же точках по российской стандартной методике, давало нам собственные соотношения между РМ|0 и общей пылью. На 4 постах они были довольно близки к предложенному американскими исследователями коэффициенту 0,55 [6], а именно: в Нижнем Тагиле 0,61 на одном и 0,63 на другом посту мониторинга, а в Первоуральске 0,41 и 0,55 соответственно. В остальных городах он варьировал от 0,11—0,19 (Верхняя Пышма, Сысерть, Кушва, Екатеринбург, Средне-уральск) до 0,28 (Березовский) и 0,35 (Красно-уральск). Различие между зонами по этому коэффициенту вероятнее всего связано с тем, что вклад фракции РМ|0 в суммарную массу витающей пыли зависит от соотношения между различными источниками ее образования, которое может быть не одинаковым в разных городах. Нельзя не заметить в связи с этим, что самые высокие коэффициенты (от 0,35 до 0,63, а в среднем 0,51) получены в Нижнем Тагиле, Первоуральске и Красноуральске, т. е. в городах, наиболее загрязняемых атмосферными выбросами предприятий черной и цветной металлургии. Однако ограниченное число параллельных проб в каждом изученном городе не позволяет считать полученные местные коэффициенты закономерными для каждого из них. В связи с этим и в
проектах оценки риска, и вообще для любых сопоставлений с российскими ПДК мы считаем пока вполне оправданным ориентироваться во всех зонах на предложенный американскими исследователями и широко используемый коэффициент 0,55.
В известной нам литературе не приводится соответствующий коэффициент для пересчета с TSP на РМ2 5, поэтому мы можем использовать только собственное соотношение между этими двумя показателями, измеренными в том же параллельном исследовании. На разных постах мониторинга оно варьировало от 0,07 до 0,34, составляя в среднем 0,16, причем наибольшие величины опять-таки получены на постах в Нижнем Тагиле (0,34 и 0,29) и в Первоуральске (0,30 и 0,19), а средний показатель для названных выше трех "металлургических" городов оказался равен 0,26. В этом случае мы также считаем недостаточно надежными показатели, полученные на относительно малом числе сопоставлений по каждому отдельно взятому посту мониторинга. Исходя из того, что для РМ10 мы выбрали как наиболее достоверный для всех пересчетов общепринятый показатель 0,55 и что с ним практически совпадает средний показатель, полученный в 5 зонах Нижнего Тагила, Первоуральска и Красно-уральска, логично использовать и для РМ2 5 пересчетный коэффициент, средний для тех же зон, т. е. 0,26. Естественно, мы считаем оба коэффициента ориентировочными и нуждающимися в подтверждении более широкими исследованиями в разных регионах России.
Переходя к уже затронутой выше проблеме регламентации допустимых концентраций пылевых фракций, отметим, что согласно директиве Европейского союза (1999 г.), нормируется только РМ|0, причем норматив этот вводился поэтапно: с 1 января 2005 г. не допускается превышение среднесуточного уровня 50 мкг/м3 более чем в 35 раз в течение года при среднегодовой концентрации не выше 40 мг/м3; с 1 января 2010 г. — соответственно не более чем в 7 раз в течение года при среднегодовой концентрации 20 мкг/м3. Федеральные нормативы США, действующие с 1997 г.: для РМ10 — 150 мкг/м3 (как 90-й процентиль из среднесуточных концентраций, измеряемых в течение 3 лет) при среднегодовой концентрации 50 мкг/м3, для РМ2 5 — 65 и 15 мкг/м3 соответственно [3]. Наконец, последние глобальные рекомендации ВОЗ [1] для РМ2 5 25 мкг/м3 в качестве среднесуточной и 10 мкг/м3 в качестве среднегодовой, а для РМ2 5 — 50 и 20 мкг/м3 соответственно (исходя из вышеприведенного соотношения). При этом, однако, рекомендуются три промежуточных "целевых" уровня осуществления этих рекомендаций на национальном уровне (без уточнения сроков). Так, ближайшая цель для РМ2 s 75 мкг/м3 в качестве среднесуточной и 35 мкг/м3 в качестве среднегодовой (для РМ10 — соответственно 150 и 70 мкг/м3)1.
'Прим. редакции. В настоящее время стандарты качества атмосферного воздуха по РМ10 и РМ2 5 впервые рекомендованы Европейским региональным бюро ВОЗ. Стандартное соотношение РМ2 5/РМ10 = 0,7.
Напомним, что в России нормируются в зависимости не от дисперсности, а от процентного содержания 8Ю2 различные уровни ПДК "пыли неорганической": более 70% — максимально разовая 0,15 мг/м3, среднесуточная — 0,05 мг/м3; 70—20% — соответственно, 0,3 и 0,1 мг/м3; менее 20% — соответственно 0,5 и 0,15 мг/м3. Если воспользоваться только что рассмотренными коэффициентами пересчета, то наименее жесткая из наших среднесуточных ПДК (150 мкг/м3), фактически относящаяся к большинству случаев загрязнения городской атмосферы, соответствует концентрациям 82,5 мкг/м3 для РМ10 и 39,2 мкг/м3 для РМ2 5. Это заметно выше действующих "среднегодовых" допустимых концентраций и в Европе, и в США, между тем наши эпидемиологические данные не позволяют быть уверенными в надежной безопасности даже этих нормативов. Что же касается первого промежуточного уровня внедрения рекомендаций ВОЗ, в который российские нормативы только и укладываются, то по оценке документа [1] этому уровню соответствуют несомненные риски повышенной смертности населения.
Вопрос о том, в какой мере был оправдан перенос принципа нормирования запыленности воздуха рабочей зоны в зависимости от содержания свободного диоксида кремния в пыли на нормирование пыли атмосферной, заслуживает специальной дискуссии, выходящей за рамки данной статьи. Обратим, однако, внимание на необходимость такой дискуссии для решения актуальной задачи гармонизации российской системы гигиенической регламентации с западной, поскольку эта задача потребует, естественно, не только внедрения техники фракционного мониторинга, но и согласования принципов и конкретных величин допустимых концентраций.
Выводы. 1. Широкое использование в России мониторинга пылевых фракций РМ,0 и РМ25 наряду с мониторингом суммарной запыленности атмосферного воздуха населенных мест позволит углубить гигиеническую оценку экспозиции населения и повысить надежность прогнозирования рисков для его здоровья.
2. Для такого широкого использования необходимо разработать специальную программу с выбором оптимальной схемы мониторинга и обеспечить
соответствующую аппаратурную оснащенность как санитарной службы, так и службы Росгидромета.
3. Одновременно требуется обоснование и утверждение нормативов ПДК для фракционных концентраций атмосферной пыли. В качестве временных стандартов для РМ10 могут быть приняты величины, установленные в странах ЕЭС, а для РМ2 5 — установленные в США, однако судя по нашим эпидемиологическим данным эти величины являются, вероятно, завышенными.
4. Для расчетов риска для здоровья, проводимых на базе данных мониторинга или моделирования по суммарной весовой концентрации пыли, могут быть рекомендованы пересчетные коэффициенты
0.55.для РМ10 и 0,26 для РМ2 5, однако они нуждаются в подтверждении в конкретных условиях происхождения пылевого загрязнения атмосферы.
Литература
1. Кацнельсон Б. А., Кузьмин С. В., Привалова JI. И. и др. // Вестн. Урал. мед. акад. науки. — 2006. — № 3.
2. Привалова Л. И., Кошелева А. А., Брезгина С. В. // Гиг. и сан. - 2007. - № 3. - С. 64.
3. Региональные публикации ВОЗ, Европейская серия № 85. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека. — Копенгаген, 2001.
4. Экологическая эпидемиология: принципы, методы, применение: Привалова JI. И., Кацнельсон Б. А., Кузьмин С. В. и др. — Екатеринбург, 2003.
5. Fletcher Т., Pattenden S., Hoek G. et al. // Epidemiology. - 2004. - Vol. 15, N 4. - P. S32.
6. Wilson R., Spsngler J. Particles in Our Air. Concentrations and Health Effects. — 1996.
Поступила 07.12.06
Summary. The authors consider the organization of a system for monitoring of ambient air pollution by suspended matter (by fractions of less than 10 цт and less than 2.5 цт) as one of the most urgent tasks in the harmonization of the Russian and western methods for assessing the quality of the environment. The frame plan for organization of ambient air suspended matter monitoring in the countries of Eastern Europe, Caucasia, and Central Asia, proposed by the WHO European Regional Office provides basic guidelines for this system and may be adapted to Russian conditions, as evidenced by the author's experience. The paper summarizes the basic results of the studies that have established the association of respiratory disease in junior schoolchildren with exposure to PM10 and PMj.s.
