Гигиеническая оценка опасности воздействия горнорудных предприятий на окружающую среду и организм человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

14.02.01 - Гигиена

Гигиеническая оценка опасности воздействия горнорудных предприятий на окружающую среду и организм человека

Аллаярова Гузель Римовна

Москва - 2013

Работа выполнена в химико-аналитической лаборатории ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» и лаборатории физико-химических исследований ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России.

Научные руководители:

Доктор медицинских наук

Сулейманов Рафаэль Анварович

Доктор биологических наук, профессор

Малышева Алла Георгиевна

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, заведующая отделом химико-аналитических методов исследования ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»

Уланова Татьяна Сергеевна

Доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории гигиены атмосферного воздуха ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России

Сабирова Зульфия Фаридовна

Ведущее учреждение:

ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России

Защита диссертации состоится 24 октября 2013 г. в 13 часов на заседании Диссертационного совета Д.208.133.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Министерства здравоохранения Российской Федерации (119992, Москва, ул. Погодинская, 10, стр. 1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России.

Автореферат разослан «___» сентября 2013г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор

Беляева Наталия Николаевна

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В обеспечении устойчивого безопасного развития территорий одним из ключевых вопросов является научное обоснование методологии управления качеством окружающей среды на базе системного подхода к оценке показателей загрязнения отдельных средовых факторов. Производственная деятельность предприятий горнорудной промышленности приводит к антропогенному загрязнению химическими элементами огромных территорий, что обусловливает риск воздействия на здоровье населения. Оценка риска широко применяется для решения задач социально-гигиенического мониторинга, выявления приоритетных гигиенических проблем, а также обоснования выбора управленческих решений по регулированию воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения (Синицына О.О., 2003; Рахманин Ю.А., 2004; Малышева А.Г., 2004; Сабирова З.Ф., 2006; Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 2007; Авалиани С.Л., 2010; Уланова Т.С., 2011).

Подземный и открытый способы добычи и переработки медно-колчеданных руд на территории Южного Урала Республики Башкортостан оказывают негативное влияние на природную систему, социально-гигиеническую обстановку, что определяет необходимость анализа эколого-гигиенической ситуации в этом регионе. При добыче руд, их переработке и обогащении в окружающую среду выбрасываются значительные количества вредных веществ, в том числе тяжелых металлов. По токсичности и объемам выбросов тяжелые металлы на данных территориях являются основными загрязняющими компонентами окружающей среды (Субботин В.В., 1994; Сулейманов Р.А., 2006; Белан Л.Н., 2007). Тяжелые металлы поступают по цепи: коренные породы - почва - вода - растительность - животные в организм человека, вызывая в нем патологические изменения (Юдина Т.В., 2002; Боев В.М., 2003; Ревич Б.А., 2003; Скальная М.Г., 2004). Важнейшим направлением в области охраны здоровья населения является научная оценка суммарной техногенной нагрузки как элемента системы мониторинга (Онищенко Г.Г., 2006; Гарифуллина Г.Ф., 2010; Бакиров А.Б., 2011).

В течение 1998-2010 гг. специалистами ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» проведено комплексное гигиеническое обследование территорий Учалинского и Баймакского районов Республики Башкортостан, в которых более 60 лет функционируют ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (ОАО «УГОК») и ОАО «Башкирский медно-серный комбинат» (ОАО «БСМК»). Предприятиями накоплено около 800 млн. тонн отходов добычи, включающих некондиционные руды и пустые породы, в которых обнаружены соединения цинка, меди, мышьяка, свинца, марганца, кадмия, ртути. Среднегодовой объем образования отходов предприятий горнорудной промышленности составляет около 44% от общего объема отходов в Республике Башкортостан. Столь значительный объем отходов на ограниченных территориях создает напряженную экологическую ситуацию. Кроме того, регулярная производственная деятельность горнорудных предприятий вносит дополнительное поступление в окружающую среду вредных веществ, которые загрязняют атмосферный воздух, поверхностные водные объекты, проникают в почву и подземные водоносные горизонты, накапливаются в сельскохозяйственных культурах и в продукции животноводства. При этом недостаточно осуществляются мероприятия по снижению техногенной нагрузки и экологическому контролю качества объектов природной среды. Отставание в принятии конкретных эколого-управленческих решений и проведении природоохранных мероприятий объясняется недостаточной эколого-гигиенической базой знаний по определенным направлениям:

· не рассчитаны показатели комплексной оценки суммарной техногенной нагрузки на объекты окружающей среды и организм человека;

· не обоснованы показатели для проведения социально-гигиенического мониторинга качества природной среды;

· остаются невыясненными вопросы, касающиеся процессов транслокации металлов в природе и человеческом организме, накопления металлов в различных биологических средах.

Цель работы: комплексная гигиеническая оценка потенциальной опасности для здоровья населения приоритетных контаминантов окружающей среды и разработка перечня показателей социально-гигиенического мониторинга для региона с развитой горнорудной промышленностью (на примере Учалинского и Баймакского районов Республики Башкортостан).

Задачи исследования:

1. Провести комплексное эколого-гигиеническое исследование в регионе с развитой горнорудной промышленностью и сформировать базу данных для идентификации опасности и оценки экспозиции факторов риска. Оценить содержание металлов в объектах окружающей среды и пищевых продуктах.

2. Определить суммарную химическую нагрузку на организм жителей с оценкой риска здоровью от воздействия металлов.

3. Изучить элементный состав биологических сред населения для оценки влияния предприятий горнорудной промышленности на организм человека.

4. Определить перечень приоритетных металлов и их маркеров для включения в систему социально-гигиенического мониторинга.

5. Оценить эффективность природоохранных мероприятий, проведенных ОАО «УГОК» в 2004-2010 гг.

Научная новизна исследования. Для горнодобывающего региона (на примере Учалинского и Баймакского районов Республики Башкортостан):

· дана комплексная гигиеническая оценка суммарной техногенной нагрузки на объекты окружающей среды и здоровье населения, которая позволила установить уровни контаминации металлами пищевых продуктов, воды, почвы, воздуха;

· выявлены приоритетные металлы (никель, хром, медь, цинк, марганец, кадмий, железо, мышьяк, свинец и ртуть) - контаминанты объектов окружающей среды изучаемых районов;

· ранжирование территорий по степени антропогенного загрязнения дало возможность определить наиболее загрязненные по содержанию металлов в объектах окружающей среды территории в зависимости от расположения горнорудных предприятий;

· определена суммарная суточная доза (0,059 мг/кг-день) поступления химических элементов в организм жителей и установлены значения индексов опасности развития неканцерогенных эффектов, а также индивидуальных канцерогенных рисков здоровью, уровень которых неприемлем для населения. Величина популяционного канцерогенного риска в Учалинском районе составляет 27,5 дополнительных случаев злокачественных новообразований на 73247 жителей, в Баймакском районе - 41,9 случаев на 122009 жителей;

· получена достоверная зависимость содержания химических элементов в биологических средах от их содержания в объектах окружающей среды и пищевых продуктах, которая позволила разработать математическую модель оценки риска здоровью населения с использованием биологических маркеров (детские волосы).

Практическая значимость и внедрение результатов работы. На основе комплексной гигиенической оценки основных объектов окружающей среды горнодобывающего региона Республики Башкортостан установлены приоритетные металлы, определяющие наибольший риск формирования биологической экспозиции. Внесены предложения в существующую систему социально-гигиенического мониторинга по дополнительному контролю содержания никеля, хрома, цинка и меди в пищевых продуктах (овощи, мясо, молоко) для территорий с развитой горнорудной промышленностью. Мероприятия по внедрению элементов мониторинга металлов в биологических средах (на примере детских волос) в социально-гигиенический мониторинг позволят проводить экспресс-оценку загрязнения металлами среды обитания.

По результатам исследования разработаны методические указания, утвержденные 28.12.2010 г. Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко:

МУ 2.1.10.2809-10 «Использование биологических маркеров для оценки загрязнения среды обитания металлами в системе социально-гигиенического мониторинга»;

МУ 2.2.5.2810-10 «Организация лабораторного контроля содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий основных отраслей экономики».

Материалы исследования используются в практической деятельности Управления федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Республике Башкортостан при проведении социально-гигиенического мониторинга (справка о внедрении № 02-12-4633 от 03.04.2012 г.).

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Республиканской конференции молодых ученых «Медицинская наука - 2004» (Уфа, 2004); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы медицины труда» (Уфа, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Урал-экология. Природные ресурсы - 2005» (Уфа - Москва, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Нефть и здоровье» (Уфа, 2007); Международной межотраслевой конференции «Современная эколого-антропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения» (Казань, 2011); Инвестиционном межрегиональном форуме «Зауралье 2012» (г. Сибай, 2012).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Техногенные биогеохимические провинции Башкирского Зауралья характеризуются повышенным содержанием никеля, хрома, меди, цинка, марганца, кадмия, железа, мышьяка, свинца и ртути в объектах окружающей среды (почва, поверхностные водоемы) и пищевых продуктах и, как следствие, накоплением металлов в биологических средах (кровь, волосы) жителей этих территорий.

2. Неканцерогенный риск здоровью населения при проживании на территории размещения горнорудных предприятий обусловлен высоким уровнем меди, цинка, кадмия, ртути, хрома и мышьяка, а канцерогенный риск формируется за счет повышенного содержания хрома в пищевом рационе.

3. Элементный состав волос детского населения может служить критерием оценки риска для здоровья населения, математическая модель зависимости «содержание металлов в волосах - риск здоровью» использоваться в системе социально-гигиенического мониторинга.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. С участием автора осуществлено проведение социально-гигиенических исследований, сформулированы цель и задачи, определены объем и методы исследований, выполнены подготовка и анализ снежного и почвенного покрова, воды, биологического материала и пищевых продуктов на содержание химических элементов, обобщены полученные результаты, подготовлены публикации. Личное участие автора в сборе и обработке материала до 80 %. Автор выражает глубокую благодарность главному научному сотруднику отдела гигиены и физиологии труда, д.м.н., профессору Каримовой Л.К., ведущему научному сотруднику химико-аналитической лаборатории, к.б.н., доценту Ларионовой Т.К. за помощь в организации и проведении исследований, доценту кафедры высшей алгебры и геометрии БашГУ, к.ф/м.н. Юрьеву В.А. за консультацию при создании математической модели, а также всем сотрудникам химико-аналитической лаборатории ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека».

Связь работы с научными программами. Работа выполнена в рамках федеральных программ «Гигиеническая безопасность России: проблемы и пути обеспечения» (на 2006 - 2010 гг.), «Гигиеническое обоснование минимизации рисков для здоровья населения России» (2011г - 2015гг.) и тематики АН РБ «Развитие научной инновационной деятельности в сельском хозяйстве, биологии и медицине. Медико-профилактические технологии оздоровления населения Республики Башкортостан» (2008 - 2010 гг.).

Объём и структура работы. Диссертация изложена на 194 страницах компьютерной верстки и состоит из введения, обзора литературы, главы методов исследования, трех глав собственных исследований, заключения, выводов и приложений, документов, подтверждающих внедрение полученных результатов в практику. Диссертация проиллюстрирована 45 таблицами (в том числе 19 в приложении) и 25 рисунками. Список литературы содержит 252 источника, из них 206 работ отечественных и 46 иностранных авторов.

Эколого-гигиенические исследования проведены на территориях Учалинского и Баймакского районов Республики Башкортостан. Предметом исследования являлись объекты среды обитания: снежный и почвенный покров, отражающие различные временные характеристики загрязнения атмосферного воздуха, подземные воды и воды открытых водоемов, питьевая вода, пищевые продукты, сельскохозяйственные культуры, биологические среды организма. На примере Учалинского района изучена экологическая ситуация в динамике последних десяти лет. Виды и объем исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 Виды и объем исследований

Объекты исследований	Количество проб	Определяемые показатели
	Учалинский р-н	Баймакский р-н
1. Пищевые продукты: - мясные продукты, - молочные продукты, - овощи, - зерно	168 192 750 126	60 96 516 -	Элементы (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Hg, As)
2. Питьевые воды: источников централизованного водоснабжения, источников децентрализованного водоснабжения. 3. Вода поверхностных водоемов.	84 42 72	48 30 42	рН, минерализация, общая жесткость, перманганатная окисляемость, катионный (K, Na, Mg, Ca, Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Cr, Hg, As, Mn, Sr, Al, Fе) и анионный (Cl, SO42, NO3) состав
4. Почва (валовая и/или подвижная форма)	138	384	Элементы (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Hg, As, Mn, Со)
5. Снежный покров	150	132	Элементы (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Hg, As, Mn, Fe, Sr)
6. Волосы взрослых	146	157	Элементы (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Hg, As, Mn, Са, Мg, Fe)
7. Волосы детей	148	168
8. Кровь жителей (взрослые)	146	157	Элементы (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Hg, As, Mn, Со, Са, Мg, Fe)
Всего проб: Всего анализов:	2162 22958	1790 19544

Содержание химических элементов в образцах определяли атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометров Spectr AA 240FS и 240Z (Varian, Австралия) с пламенной и электротермической атомизацией.

Оценка загрязнения снежного покрова на исследуемых территориях проведена в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» № 5174-90, рассчитаны коэффициенты концентрации (Kc) и величины суммарного показателя загрязнения (Р_сумм).

Содержание металлов в атмосферном воздухе в зимний период рассчитывали по результатам их определения в снежном покрове по формуле, предложенной Боевым В.М. и соавторами (2003). Степень загрязнения почвы металлами оценена в соответствии с «Методическими указаниями по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами» № 4266-87 и методическими указаниями МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест». Рассчитывали коэффициенты концентрации (Kc) и показатели суммарного загрязнения почвы (Zc).

Качество питьевой воды оценивали в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Качество воды поверхностных водоемов оценивали в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Содержание микроэлементов в продовольственном сырье и пищевых продуктах местного производства оценивали на соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов». Оценка риска здоровью населения проведена в соответствии с руководством P 2.1.10.1920-04 (М., 2004) и методическими указаниями МУ 2.3.7.2519-09 (М., 2009).

Формирование групп для изучения элементного статуса взрослого населения изучаемых административных районов проводили на основании медицинского осмотра. В группу обследованных были отобраны здоровые лица без хронических неинфекционных заболеваний, функциональные показатели состояния органов и систем которых свидетельствовали о полной компенсации. Исследуемые лица не имели в своей профессиональной деятельности контакта с тяжелыми металлами. При оценке микроэлементного состава детских волос уровни металлов сравнивали с референтными значениями, концентрации металлов в волосах и крови взрослого населения сравнивали со средним физиологическим уровнем. (А.В. Скальный, 2003, 2004).

Оценка достоверности различий проводилась путем вычисления критерия Стьюдента. Заданный уровень вероятности составлял 95% (Р<0,05). Статистическая обработка полученных результатов исследования проведена с использованием пакета прикладных программ «Microsoft Excel» и «Statistica».

При выполнении комплексного эколого-гигиенического исследования территории изучаемых районов были поделены на четыре зоны географического расположения населенных пунктов относительно ОАО «УГОК» и ОАО «БМСК» с учетом розы ветров и удаления от основных источников загрязнения. При этом была выбрана следующая размерность удаления: до 5,0 км; 5 - 10 км; 11 - 20 км; более 20 км.

Установлено что, содержание металлов в снежном покрове Учалинского и Баймакского районов превышало фоновые концентрации по всем изученным металлам. Максимальное превышение фоновых концентраций меди в 12,0 раз, цинка в 5,2 раза, марганца в 2,5 раза, железа в 1,4 раза, кадмия в 3,0 раза и ртути в 2,0 раза обнаружено в северо-восточном направлении на расстоянии до 10,0 км от источников загрязнения, что согласуется с розой ветров. Содержание металлов в атмосферном воздухе не превышало ПДК_м.р. и ПДК_с.с..

Степень загрязнения почвы металлами оценена как по валовой, так и по подвижной формам. В Учалинском районе максимальное превышение ПДК по валовой форме хрома составляет 2,3 раза, кадмия - 1,8 раз, меди - 3,7 раза, цинка - 1,4 раза, никеля - 1,2 раза, мышьяка - 5,2 раз. Содержание подвижной формы меди выше ПДК в 3,4 раза, цинка - в 4,6 раза, никеля в 2,1 раза, хрома в 1,4 раза. В Баймакском районе максимальное превышение ПДК валовой формы цинка - в 2,0 раза, кадмия в 1,3 раза, меди в 3,9 раз, никеля в 1,3 раза, мышьяка в 6,8 раз; подвижных форм цинка в 2,8 раз, меди в 2,3 раза, свинца в 1,7 раза и никеля в 1,7 раза. Максимальные величины суммарного показателя загрязнения почв (Z_c) от 48 до 68 отмечены на территориях, прилегающих к ОАО «УГОК» по всем румбам на расстоянии до 5 км. Эти территории относятся к опасной категории загрязнения почв. На расстоянии от 5,0 до 10 км по всем направлениям от комбината выявлена зона умеренно опасного загрязнения почвенного покрова (показатель загрязнения 23 - 31). Уровень загрязнения металлами остальных наблюдаемых территорий характеризовался как допустимый (Z_c = 8 - 12) (рис. 1).

Рис. 1. Суммарный показатель загрязнения почв Учалинского района.

В Баймакском районе максимальная величина суммарного показателя загрязнения почв отмечалась на территории, прилегающей к ОАО «БМСК» на расстоянии до 10,0 км (показатель загрязнения 33 - 57). На расстоянии от 11,0 до 20,0 км от комбината категория загрязнения почв расценивалась как умеренно-опасная (Z_c = 16 - 29) (рис. 2).

Рис. 2. Суммарный показатель загрязнения почв Баймакского района.

Качественный состав воды (анионный, катионный состав, общая минерализация и жесткость) источников централизованного питьевого водоснабжения Учалинского и Баймакского районов, в целом, соответствовал существующим гигиеническим требованиям.

В Учалинском районе наиболее загрязненной является река Буйда, в ней обнаружены высокие концентрации железа и свинца (1,4 ПДК), марганца (36 ПДК). Вода в реке Буйда характеризуется как очень жесткая (23,3 ^оЖ). Это обусловлено присутствием в воде высоких концентраций кальция (360 мг/л) и сульфатов (931 мг/л), что является безусловным показателем загрязнения производственными сульфатсодержащими сточными водами. В Баймакском районе содержание марганца в водохранилище и реке Худолаз составляет 1,1-1,6 ПДК, а содержание ртути в водохранилище р. Худолаз находится на уровне ПДК.

Для оценки поступления металлов с пищевыми продуктами были проанализированы овощи, выращенные на приусадебных участках, а также зерновые культуры, молоко и мясо. В Учалинском районе выявлено высокое содержание никеля в мясе (1,3 ПДУ) и молоке (1,0 ПДУ). В Баймакском районе обнаружено превышение гигиенических нормативов кадмия в картофеле (1,6 ПДУ), никеля в молоке (8,5 ПДУ), мясе (1,6 ПДУ) и картофеле (1,2 ПДУ) (рис. 3).

Рис. 3. Содержание кадмия и никеля в пищевых продуктах (в долях от ПДУ).

Содержание хрома превышало ПДУ во всех, кроме зерна, пищевых продуктах от 1,5 до 4,9 раза в Учалинском районе; от 1,2 до 1,4 раза в Баймакском районе. По степени накопления цинка ведущее место занимают: мясо, зерно, молоко, овощи и картофель. Меди больше всего содержится в зерне (от 0,75 до 3,86 мг/кг) и мясе (от 0,61 до 3,46 мг/кг) в Учалинском районе, в молоке (от 0,68 до 1,25 мг/кг) и мясе (от 0,57 до 5,59 мг/кг) - в Баймакском районе.

При анализе корреляционных связей было выявлено, что с повышением содержания валовой формы мышьяка и цинка в почве Учалинского района происходит накопление мышьяка в моркови (r=0,84) и цинка в свекле (r=0,74). При высоких концентрациях подвижной формы цинка в почве наблюдается его концентрирование в зерне (r=0,81). В Баймакском районе корреляционных зависимостей высокой силы (r>0,7) между содержанием металлов в почве и продукции растениеводства не выявлено.

Данные о содержании тяжелых металлов в объектах окружающей среды и пищевых продуктах Учалинского и Баймакского районов позволили сделать расчет суточных доз поступления химических элементов в организм жителей. Суммарные суточные дозы ряда металлов, рассчитанные с учетом их поступления с питьевой водой, пищевыми продуктами, из атмосферного воздуха и почвы, приведены в таблице 2.

Таблица 2 Количественное поступление металлов (доза) в организм жителей Учалинского и Баймакского районов

Источник поступления	Средние суточные дозы, мг/кг-день	Суммарная суточная доза мг/кг-день
	Cu	Zn	Ni	Cr	Pb	Cd	Hg	As
Продукты, мг/кг-день	5,6Ч10-3	5,0Ч10-2	1,1Ч10-3	5,4Ч10-4	2,8Ч10-4	5,3Ч10-5	3,2*10-5	2,2*10-5	0,058
Почва, мг/кг-день	1,7Ч10-8	2,6Ч10-8	9,0Ч10-7	1,3Ч10-6	5,8Ч10-10	2,3Ч10-8	1,1*10-8	7,6*10-8	2,4*10-6
Вода, мг/кг-день	8,0Ч10-5	4,4Ч10-4	4,1Ч10-4	2,8Ч10-5	1,9Ч10-4	2,4Ч10-6	8,6*10-7	2,4*10-5	0,0012
Воздух, мг/кг-день	5,7Ч10-8	2,4Ч10-8	2,9Ч10-9	2,4Ч10-9	8,0Ч10-9	1,4Ч10-9	1,8*10-9	1,4*10-9	9,9*10-8
Суммарная нагрузка	5,0*10-3	5,0*10-2	7,0*10-3	7,0*10-4	5,0*10-4	8,0*10-5	1,6*10-5	4,2*10-5	0,059

Вклад различных источников поступления металлов в суммарную суточную нагрузку тяжелыми металлами на организм жителей Учалинского и Баймакского районов распределился следующим образом: пищевые продукты: 99,18%, затем следует вода - 0,82%, почва - 0,0035%, воздух - 0,0046%.

Расчет риска неканцерогенных эффектов у жителей изучаемых районов от перорального поступления тяжелых металлов из питьевой воды, почвы, пищевых продуктов и ингаляционного поступления из атмосферного воздуха представлен в таблице 3. Оценка риска здоровью населения Учалинского района показала, что вероятность развития у человека вредных эффектов при ежедневном поступлении металлов характеризуется как допустимая. На территории Баймакского района риска токсического воздействия металлов из питьевой воды, воздуха и почвы не выявлено. Суммарный индекс опасности при поступлении металлов с пищевыми продуктами равен 1,05, что свидетельствует о вероятности возникновений вредных эффектов. Наибольший вклад в суммарную величину неканцерогенного риска, обусловленного пероральным поступлением тяжелых металлов, содержащихся в пищевых продуктах, вносят медь, цинк, ртуть, кадмий, хром и мышьяк.

Наибольшему риску развития неблагоприятных эффектов подвержены: желудочно-кишечный тракт (HI=0,54), печень (0,47), почки (0,32), кровь (0,28), иммунная система (0,28).

Таблица 3 Коэффициенты опасности развития неканцерогенных эффектов при поступлении металлов

Элемент	Коэффициенты опасности
	Атмосферный воздух	Питьевая вода	Почва	Пищевые продукты
	Учалин. район	Баймак. район	Учалин. район	Баймак. район	Учалин. район	Баймак. район	Учалин район	Баймак. район
Cu	2,7*10-6	3,3*10-6	3,6*10-3	0,35	1,1*10-6	9,1*10-7	0,24	0,35
Zn	6,3*10-8	9,3*10-8	1,3*10-3	1,6*10-3	8,3*10-8	8,6*10-8	0,17	0,16
Ni	1,2*10-7	1,7*10-7	5,3*10-3	3,5*10-3	3,9*10-5	5,0*10-5	0,03	0,09
Cr	3,6*10-7	6,0*10-7	7,0*10-3	4,2*10-3	4,4*10-4	4,2*10-3	0,13	0,09
Pb	2,4*10-6	2,2*10-6	5,7*10-3	5,5*10-3	6,9*10-4	1,7*10-7	0,09	0,01
Cd	2,4*10-6	3,0*10-6	7,0*10-3	2,3*10-3	5,6*10-5	3,4*10-5	0,14	0,07
Hg	0	0	0,004	0,162	3,9*10-5	3,0*10-7	0,05	0,16
As	0	0	0,063	0,158	9,7*10-7	5,3*10-4	0,02	0,12
Индекс опасности	8,0*10-6	9,4*10-6	0,015	0,690	1,3*10-3	4,2*10-3	0,87	1,05
Уровень	Допустимый	Вероятность возникновения вредных эффектов

Расчет индивидуального канцерогенного риска проведен для четырех элементов: хрома, мышьяка, кадмия и свинца (табл. 4).

Таблица 4 Оценка канцерогенного риска здоровью населения на территории Учалинского и Баймакского районов

Индивидуальный канцерогенный риск при поступлении металлов с атмосферным воздухом, из питьевой воды и почвы находится на уровне или меньше предельно допустимого риска и не представляет опасности. Допустимый уровень канцерогенного риска зарегистрирован вследствие содержания в пищевых продуктах свинца, кадмия и мышьяка.

Высокий канцерогенный риск (2,7*10^-4) для Учалинского района и (1,8*10^-4) для Баймакского района зафиксирован от поступления с пищевыми продуктами хрома и является не приемлемым для населения в целом.

Величина популяционного канцерогенного риска в Учалинском районе составляет 27,5 дополнительных случаев злокачественных новообразований на 73247 жителей, в Баймакском районе - 41,9 случаев на 122009 жителей.

Для оценки влияния качества окружающей среды на организм человека были исследованы биологические среды жителей Учалинского и Баймакского районов. У жителей Учалинского района в крови выявлено превышение среднего физиологического уровня (Скальный А.В., 2004) кадмия в 11,7 раза, никеля в 2,3 раза. В крови жителей Баймакского района обнаружено превышение среднего физиологического уровня кадмия в 4,6 раза, никеля в 4 раза и кальция в 2 раза (рис. 4).



Рис. 4. Элементный состав крови жителей региона.

Содержание химических элементов в волосах взрослого населения Учалинского района не выходит за пределы среднего физиологического уровня, что, вероятно, свидетельствует об адаптации организма человека, длительное время проживающего в специфических условиях биогеохимической провинции. Исключение составляет марганец, концентрация которого превышает средний физиологический уровень в 1,2 раза. На территории Баймакского района содержание кадмия в волосах взрослого населения в 5,2 раза, железа в 2,2 раза и хрома в 3,0 раза выше среднего физиологического уровня (рис. 5).

Рис. 5. Содержание элементов в волосах взрослого населения Учалинского и Баймакского районов.

Содержание элементов в волосах детей дошкольного возраста может более корректно отразить конкретную экологическую обстановку. Это связано с тем, что дети основное время проводят на территории, не выходящей за границы района проживания, не имеют производственного контакта с тяжелыми металлами. У обследованных детей, проживающих в Учалинском районе, отмечено повышенное по сравнению с референтными значениями содержание в волосах железа, мышьяка, марганца, меди, свинца и магния (рис. 6).

Рис. 6. Содержание элементов в волосах детей Учалинского и Баймакского районов.

В волосах детей Баймакского района выявлен повышенный уровень марганца, никеля, железа, хрома, кальция, меди и свинца.

При анализе корреляционных связей между количественными характеристиками металлов в волосах детей и содержанием этих элементов в пищевых продуктах, питьевой воде, снеге и почве были установлены следующие зависимости. В Учалинском районе при высоких концентрациях хрома, никеля, мышьяка и ртути в молоке; свинца и ртути в снеге; мышьяка в картофеле; свинца в овощах; валовой формы цинка в почве; никеля в питьевой воде - происходит накопление этих элементов в волосах детей (r>0,7).

В Баймакском районе высокий уровень хрома и ртути в молоке; свинца, хрома и меди в мясе; кадмия в снеге; хрома и кадмия в картофеле; меди и цинка в овощах; валовой формы ртути в почве также приводит к накоплению этих элементов в волосах детей (r>0,7).

Проведенные исследования показали, что приоритетными загрязнителями окружающей среды, пищевых продуктов и биологических сред человека в горнорудном регионе никель, хром, медь, цинк, марганец, кадмий, железо, мышьяк, свинец и ртуть (табл. 5).

Таблица 5 Приоритетные загрязнители объектов окружающей среды и биологических сред человека в горнорудных районах РБ

Объект наблюдения	Населенный пункт
	Учалинский район	Баймакский район
Снег	Cu, Fe, Cd, As, Pb, Hg, Mn, Sr, Zn	Cu, Ni, Cd, As, Pb, Cr Hg, Mn, Sr, Zn
Почва: Подвижная форма Валовая форма	Zn, Cu, Ni Cr, Cu, As	Zn, Cu Zn, Cu, As
Поверхностные воды	Pb, Fe, Mn	Mn
Пищевые продукты: Молоко Мясо Корнеплоды	Cr, Ni Cr, Ni Cr	Cr, Ni, Cu, Zn Cr, Ni, Zn Cr, Ni, Hg
Биологические среды: Кровь взрослых Волосы взрослых Волосы детей	Cd, Ni Mn Mg, Fe, Cu, Mn, Pb, Hg	Cd, Ni, Са Fe, Cd, Cr Fe, Mn, Cr, Ni, Pb

Проведенные ОАО «УГОК» в 2004-2010 г.г. природоохранные мероприятия (газификация промышленных площадок, внедрение фильтр-прессов для обезвоживания медно-цинкового концентратов) позволили в 3 раза сократить выбросы вредных веществ в атмосферу. Эффективность природоохранных мероприятий оценивали, сравнивая содержание химических элементов в молоке, мясе, овощах, зерне и в волосах детей в 1999 и 2010 годах. За этот период произошло достоверное (р<0,05) снижение содержания токсичных элементов мышьяка, свинца, хрома, кадмия (кроме зерна), ртути, никеля (кроме мяса) в основных пищевых продуктах, и увеличение содержания меди (кроме молока и мяса) и цинка. В детских волосах уровень кадмия и хрома также значительно уменьшился (р<0,05), а меди и цинка увеличился, что свидетельствует о нарастающем влиянии как условий геохимической провинции с естественно-аномальным уровнем металлов, так и продолжающимся их поступлением в окружающую среду из отвалов и хвостохранилищ предприятий.

Сложность и многоплановость исследований, которые необходимо провести в регионе для адекватной оценки риска здоровью населения от воздействия тяжелых металлов, требует разработки альтернативных моделей, например, с использованием анализа биологических сред человека. С целью обоснования применения биологического мониторинга металлов в оценке риска здоровью человека был проведен сравнительный анализ содержания металлов в волосах детей с уровнем риска здоровью при комплексном поступлении контаминантов из внешней среды.

Определен максимально допустимый уровень меди в волосах детского населения (10,0 - 12,0 мкг/г), при превышении которого существует вероятность возникновения вредных эффектов (риск более 1). На основании полученных данных на примере Учалинского района создана математическая модель расчета неканцерогенного риска при известном содержании меди в волосах детей (рис. 7).



у = 0,91+0,0044 (х-12,4)³, при х ? 0,91, у = 12,4+1171,11 (х-0,91)³, при х ? 0,91

Рис. 7. Взаимосвязь между неканцерогенным риском здоровью населения и содержанием меди в волосах детей, проживающих в горнорудном районе.

металл экологический промышленность пищевой

Уровень канцерогенного риска в регионе, неприемлемый для населения в целом (более 1*10^-4), обусловлен повышенным содержанием хрома в объектах среды обитания. Содержание хрома в детских волосах пропорционально величине канцерогенного риска (r=0,97) (рис. 8).

Рис. 8. Взаимосвязь между канцерогенным риском здоровью населения и содержанием хрома в волосах детей, проживающих в горнорудных районах.Использование биологических маркеров (содержание меди и хрома в волосах детского населения) может быть рекомендовано к применению в социально-гигиеническом мониторинге для оценки риска здоровью человека в условиях горнодобывающего региона.

Выводы

1. Комплексные эколого-гигиенические исследования объектов окружающей среды, проведенные в Учалинском и Баймакском районах Республики Башкортостан, выявили, что содержание металлов в питьевых водах соответствует гигиеническим нормативам. В воде поверхностных водоемов обнаружено превышение ПДК Mn, Fe и Pb. Содержание металлов в снежном покрове превышает фоновые концентрации по всем изученным металлам (от 1,3 раза по Pb до 12,0 раз по Cu). В почвенном покрове региона, в среднем, обнаружено превышение ПДК Cu (в 1,8 раза), Zn (в 2,0 раза), Cr (в 1,9 раза), Cd (в 1,8 раза), As (в 1,4 раза) и Ni (в 1,3 раза). Максимальные концентрации элементов отмечены на расстоянии до 5,0 км от источников загрязнения (предприятия горнорудной промышленности) по всем румбам. Эти территории могут быть отнесены к опасной категории загрязнения почв.

2. В пищевых продуктах, служащих основой рациона жителей исследуемых районов, обнаружен повышенный уровень Cr, Ni в молоке, мясе и продукции растениеводства; Сd, Pb и Hg в молоке и продукции растениеводства; Zn и Cu в молоке и мясе.

3. В биологических средах жителей (кровь, волосы) обнаружено избыточное накопление Cd, Ni, Mn, Fe, Cr, Cu, Hg, As и Pb. Суммарная нагрузка тяжелыми металлами на организм жителей региона составляет, в среднем, 0,059 мг/кг-сутки, причем основная доля приходится на цинк (85%). Установлено, что 99,18% от общего количества металлов население получает с пищей, 0,82% - с водой, 0,0035% - с почвой и 0,0046% - с воздухом.

4. Уровень индивидуального канцерогенного риска здоровью населения Учалинского и Баймакского районов от поступления хрома, свинца, кадмия и мышьяка с пищевыми продуктами является неприемлемым для населения и составляет 3,2*10^-4 и 2,6*10^-4 соответственно, вклад хрома составляет 76,5%. Величина популяционного канцерогенного риска в Учалинском районе составляет 27,5 дополнительных случаев злокачественных новообразований на 73247 жителей, в Баймакском районе - 41,9 случаев на 122009 жителей.

5. Проведенные в 2004-2010 гг. ОАО «Учалинский горно-обогатитель-ный комбинат» природоохранные мероприятия (газификация промышленных площадок, внедрение фильтр-прессов для обезвоживания медно-цинкового концентратов) позволили снизить степень воздействия на среду обитания: выявлено значительное снижение As, Pb, Cd, Hg, Ni и Cr в основных пищевых продуктах и увеличение содержания Zn и Cu, при этом уровень Cd и Cr в детских волосах также уменьшился, а Cu и Zn увеличился (р<0,05) в связи с продолжающимся их поступлением в окружающую среду из отвалов и хвостохранилищ предприятий.

6. Создана математическая модель зависимости «содержание металлов в волосах - риск здоровью». Определен максимально допустимый уровень меди в волосах детского населения (10,0 - 12,0 мкг/г), при превышении которого существует вероятность возникновения вредных эффектов для населения (неканцерогенный риск более 1). Уровень канцерогенного риска в регионе, неприемлемый для условий населенных мест (более 1*10^-4), обусловлен повышенным содержанием хрома в объектах среды обитания. Содержание хрома в детских волосах пропорционально величине канцерогенного риска (r=0,97, р<0,01).

7. Использование биологических маркеров (содержание меди и хрома в волосах детского населения) рекомендовано к применению в социально-гигиеническом мониторинге для оценки риска здоровью человека в условиях горнодобывающего региона.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Ларионова Т.К. Симонова Н.И., Гарифуллина Г.Ф., Яхина М.Р., Галикеева А.Ш., Аллаярова Г.Р. Микроэлементозы человека в условиях крупного промышленного города. /Успехи современного естествознания. - 2004. - №2. - С. 47-48.

2. Ларионова Т.К., Аллаярова Г.Р., Гарифуллина Г.Ф. Безопасность пищевых продуктов как фактор снижения риска для здоровья населения /Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды «Проблемы оценки риска здоровью населения от воздействия факторов окружающей среды». - Под ред. Академиков РАМН Ю.А. Рахманина и Г.Г. Онищенко. - М., 2004. - С. 118-120.

3. Гарифуллина Г.Ф., Аллаярова Г.Р. Формирование элементного статуса организма человека в условиях Республики Башкортостана /Материалы Республиканской конференции молодых ученых Республики Башкортостан «Медицинская наука - 2004». - Уфа, 2004. - С. 49-50.

4. Аллаярова Г.Р., Гарифуллина Г.Ф., Халитова К.Х., Басырова Р.Ш., Жилкина А.А., Косолапова Н.Д., Аллабердина Л.Г., Шарафисламова З.Ф., Григорьева Л.М. Мониторинг безопасности пищевых продуктов /Сборник научных трудов «Гигиена производственной и окружающей среды, охрана здоровья рабочих в нефтегазодобывающей и нефтехимической промышленности». - Уфа, 2004. - т. 23. - С. 194-196.

5. Шарафисламова З.Ф., Сулейманов Р.А., Каримова Л.К., Аллаярова Г.Р., Яхина М.Р. Аллабердина Л.Г., Косолапова Н.Д., Валеев Т.К. Гигиеническая оценка загрязнения водоисточников на территории размещения предприятий горнорудной промышленности /Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы медицины труда». Уфа, 2005. - С. 261 - 263.

6. Шарафисламова З.Ф., Каримова Л.К., Сулейманов Р.А., Аллаярова Г.Р. Оценка риска воздействия предприятий горнорудной промышленности на загрязнение окружающей среды /Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы - 2005». Уфа - Москва, 2005. - С. 104-105.

7. Сулейманов Р.А., Аллаярова Г.Р., Каримова Л.К., Валеев Т.К., Даукаев Р.А. Комплексная экологическая оценка состояния объектов окружающей среды на территориях размещения предприятий горнорудной промышленности. /Башкирский экологический вестник. - Уфа, 2006. - №1. - С. 24-29.

8. Аллаярова Г.Р., Каримова Л.К., Шарафисламова З.Ф., Магжанова С.А., Ларионова Т.К., Сулейманов Р.А., Таирова Э.А. Содержание микроэлементов в биосредах жителей горнорудной геохимической провинции /«Нефть и здоровье». Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию башкирской нефти. Уфа, 22-23 мая 2007 г. - Уфа, 2007. - С. 143-148.

9. Сулейманов Р.А., Аллаярова Г.Р., Каримова Л.К., Валеев Т.К., Даукаев Р.А. Организация системы социально-гигиенического мониторинга на территориях с развитой горнорудной промышленностью Республики Башкортостан /Гигиена и санитария. - 2008. - №1. - С. 84-87

10. Каримова Л.К., Шарафисламова З.Ф., Ларионова Т.К., Бейгул Н.А., Аллаярова Г.Р., Гарифуллина Г.Ф. Определение приоритетных загрязнителей пищевых продуктов, произведенных в зоне влияния горнодобывающего предприятия Республики Башкортостан /Башкирский химический журнал. - 2008. - т. 15. - №3. - С. 161-162.

11. Аллаярова Г.Р. Гигиеническая оценка загрязнения пищевых продуктов на территории размещения предприятий горнорудной промышленности /Здравоохранение Российской Федерации, 2011. - №5. - С. 31-32.

12. Ларионова Т.К., Аллаярова Г.Р., Каримова Л.К. Особенности элементного состава биосред у детей в горнорудном районе /Здравоохранение Российской Федерации, 2011. - №5. - С. 21-22.

13. Калиновская М.В., Ларионова Т.К., Каримова Л.К., Бакиров А.Б., Яхина М.Р., Адиева Г.Ф., Аллаярова Г.Р., Симонова Н.И., Галикеева А.Ш., Степанов Е.Г., Цыглинцева Е.Ю., Фасиков Р.М. Использование биологических маркеров для оценки загрязнения среды обитания металлами в системе социально-гигиенического мониторинга. МУ 2.1.10.2809-10 /Методические указания. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011. - 24 с.

14. Бакиров А.Б., Аллаярова Г.Р., Сулейманов Р.А., Каримова Л.К., Ларионова Т.К. Гигиеническая оценка загрязнения тяжелыми металлами техногенных территорий Республики Башкортостан /Международная конференция, посвященная 25-летию Чернобыльской катастрофы «Современная эколого-антропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения»: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Казань, 2011. - С. 76-79.

15. Ларионова Т.К., Каримова Л.К., Ларионова А.Н., Адиева Г.Ф., Аллаярова Г.Р. Биологические маркеры в системе социально-гигиенического мониторинга / Международная конференция, посвященная 25-летию Чернобыльской катастрофы «Современная эколого-антропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения»: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Казань, 2011. - С. 87-90.

16. Каримова Л.К., Ларионова Т.К., Бейгул Н.А., Шарафисламова З.Ф., Зотова Т.М., Маврина Л.М., Шагидуллина И.Р., Аллаярова Г.Р., Гарифуллина Г.Ф., Яхина Р.Р., Бакиров А.Б., Почтарева Е.С., Колесникова Л.В., Магасумов А.М., Валеева Э.Т., Иванова С.К., Кондрова Н.С., Гареева Н.А., Мингазова С.Р., Лозовая Е.В., Степанов С.А., Минин Г.Д., Мурагимова Н.В. Организация лабораторного контроля содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий основных отраслей экономики. МУ 2.2.5.2810-10 /Методические указания. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011.- 180 с.

17. Аллаярова Г.Р., Сулейманов Р.А. Гигиеническая оценка качества водоисточников отдельных сельских территорий Республики Башкортостан /«Актуальные проблемы гигиенической оценки и управления рисками здоровью сельского населения и работников сельского хозяйства»: Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Саратов, 2011. - С. 50-53.

18. Аллаярова Г.Р., Сулейманов Р.А., Ларионова Т.К. Оценка экологического риска для здоровья населения на территории горнорудного района /«Формирование и реализация экологической политики на региональном уровне»: Материалы V всероссийской научно-практической конференции. - Ярославль, 2011. - ч. 1. - С. 257-259.

19. Ларионова Т.К., Аллаярова Г.Р., Каримова Л.К. Использование биологических маркеров в социально-гигиеническом мониторинге для оценки ущерба здоровью человека /Материалы XI Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей. - М., 2012. - т. 1. - С. 551-552.

20. Даукаев Р.А., Ларионова Т.К., Каримова Л.К., Гафурова З.Ф., Аллаярова Г.Р., Голубцова И.В. Гигиеническая оценка безопасности пищевых продуктов в Республике Башкортостан /Материалы XI Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей. - М., 2012. - т. 3. - С. 74-76.

21. Аллаярова Г.Р., Сулейманов Р.А. Влияние предприятий горнорудной промышленности на состояние водоисточников Башкирского Зауралья /Материалы симпозиума «Инновационные технологии для модернизации водохозяйственного комплекса». - Уфа, 2012. - С. 19-23.

22. Ларионова Т.К., Каримова Л.К., Аллаярова Г.Р., Даукаев Р.А. К вопросу об организации мониторинга безопасности пищевых продуктов в районах размещения горнорудных предприятий /Итоги и перспективы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения Республики Башкортостан. Материалы научно-практической конференции, посвященной 90-летию санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации. - Уфа, 2012. - С. 236-238.

23. Аллаярова Г.Р., Сулейманов Р.А., Малышева А.Г., Ларионова Т.К. Влияние предприятий горнорудной промышленности Республики Башкортостан на состояние объектов окружающей среды /Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире» с международным участием. М., 2012. - С. 19-21.

24. Ларионова Т.К., Даукаев Р.А., Адиева Г.Ф., Аллаярова Г.Р., Бадамшин К.М., Гафурова З.Ф., Голубцова И.В., Каримова Л.К., Яхина М.Р., Галикеева А.Ш., Каримова С.С., Акмалова Р.Р., Нафикова Г.Р., Цыглинцева Е.Ю. Особенности формирования элементного гомеостаза у жителей крупного промышленного города /Информационно-методическое письмо. - ФБУН Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека. - Уфа, 2012. - 20 с.

Размещено на Allbest.ru

...