Загрязнение окружающей среды фтористыми соединениями алюминиевого производства и их влияние на морфогенез костей

Экспериментальная модель фтористой интоксикации выполнена в Ангарском филиале учреждения Российской академии медицинских наук Восточно-Сибирского научного центра экологии человека Сибирского отделения Российской академии медицинских наук - НИИ медицины труда и экологии человека. Институт соответствует установленным требованиям по разработке санитарно-гигиенических и эпидемиологических нормативных документов и имеет Сертификат аккредитации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия №СА 13.98 от 31.03.2005 г. и Аттестат аккредитации испытательной лаборатории №ГОЗН. КГ. ЦОА.149, зарегистрированный в Государственном реестре №РООСС. КГ 0001.510164 от 27.06.2007 г. Свидетельство об участии в Федеральной системе внешней оценки качества клинических лабораторных исследований - 2005 г. №00038-01/05.

Экспериментальная модель создавалась в зимнее время у 16 белых беспородных крыс-самок массой 150-180 г методом пассивного выпаивания раствора фторида натрия (5 мг/л) в питьевой воде на протяжении 3 месяцев. Контрольную группу составили 16 крыс-самок, получавших воду без фторида натрия. Животных содержали в стандартных условиях вивария на полноценной сбалансированной диете в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Страсбург,1986) и требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к Приказу МЗ СССР от 12.08.1977. №755). Развитие хронической фтористой интоксикации у животных подопытной группы контролировалось по экскреции фтора с мочой, которая в начале эксперимента составила 0,96±0,08 мг/л, а через 2 месяца 2,6±0,29 мг/л (в контрольной группе 1,1±0,08 мг/л; p<0,05). Через два месяца к крысам-самкам обеих групп подсаживали самцов. Животных (потомство) выводили из эксперимента с помощью эфирной эвтаназии. Экспериментальный материал (кости кисти и бедренные кости) полученный от 17 новорожденных крысят (1 сутки) и 45 крысят-подростков (1,5 месяца), родившихся от 32 крыс-самок с фтористой интоксикацией и интактных животных исследовался морфологическими методами.

Статистические методы. Статистическая обработка результатов исследования проведена согласно общепринятым методикам (с использованием программного продукта Statistica 6.0.), включала: проверку вариационных рядов на нормальность, расчет средних показателей (арифметической средней, среднего квадратичного отклонения, ошибки среднего показателя). Сравнение средних значений двух нормальных выборок осуществлялся с помощью критерия Стьюдента, экстенсивные показатели сравнивали по критерию хи-квадрат. Применялись методы линейного корреляционно-регрессивного анализа. Данные считались статистически значимыми при p<0,05 и коэффициенте корреляции r > 0,5.

Характеристика химического загрязнения объектов окружающей среды

На экспонированной территории в атмосферном воздухе гидрометеорологической службой контролируется 15 химических веществ на 2 стационарных постах. Наибольшему загрязнению атмосферного воздуха подвержены северная и центральная части г. Шелехов, особенно при южных и юго-западных ветрах, способствующих переносу примесей из промышленной зоны в селитебную. Среди вредных веществ загрязняющих атмосферный воздух в 90-е и 2000-е годы в г. Шелехове ведущее место занимали: бенз(а)пирен, взвешенные вещества, углерода оксид, формальдегид. Среднегодовые данные за два периода наблюдений приведены в (таблице 3).

Таблица 3

Средние уровни загрязнения воздуха вредными веществами (мг/м³) в г. Шелехов

В настоящее время, несмотря на тенденцию к снижению, уровни загрязнения атмосферного воздуха продолжают оставаться высокими. По большинству загрязняющих веществ в 2007 г. отмечен рост проб атмосферного воздуха с превышением гигиенических нормативов: по углероду (11,9%), фторидов неорганических плохо растворимых (4,08%), фтористых газообразных соединений (1,65%). Специфические загрязняющие вещества: газообразный фтор и твердые фториды по данным УГМС находились ниже уровня ПДК.

Оценивая концентрации загрязняющих веществ в атмосфере изучаемой территории, установлено, что доля проб выше максимально разовых и среднесуточных ПДК фтористых соединений по данным Иркутского Управления гидрометеослужбы, с 1985 по 2005 гг. несколько снизилась. Однако максимальные разовые концентрации фтористого водорода в 1985 г превышали уровни ПДК в 7,2 раза, а с 1990-2005 гг. в 6-8 раз. Максимально разовые концентрации в 1985 -2007 гг. фторидов неорганических были выше ПДК в 1,6-2 раза. За последние годы уровень валовых выбросов специфических загрязняющих веществ незначительно снизился с 0,8 до 0,3 т/год и сохранялся примерно на одном уровне до 2007 года. Валовые выбросы фторидов неорганических за исследуемый период также уменьшились с 1,3 до 1,0 т/год.

По данным заводской санитарной лаборатории ОАО “ИркАЗ-СУАЛ” на маршрутных постах в селитебной зоне экспонированной территории в атмосферном воздухе среднегодовые концентрации фторидов газообразных в 90-е годы были выше уровня ПДК в 2,4-4,2 раза. Концентрация фторидов неорганических в 90-е годы была выше ПДК в 4,0-5,3 раза, а в 2000-е годы выше ПДК в 1,1 раза, т.е. наметилась тенденция к снижению их уровня в окружающей среде. Среднегодовые концентрации газообразного фтора с 2001-2004 превышали уровни ПДКс.с. в 6,2-4,8 раза. За период с 2005-2007 гг. регистрировался уровень превышения ПДКс.с в 2,4-1,4 раза. По фторидам неорганическим плохо растворимым среднегодовые концентрации составили 0,8, а в отдельные годы незначительно превышали ПДК. Проведен расчет коэффициентов потенцирования для веществ, обладающих эффектом потенцирования: газообразного фтора и фторидов твердых, в соответствии с ГН 2.1.6.1338-07 “Предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест”:

Коэффициент потенцирования для фторсодержащих веществ составил 3,6, что превышает допустимый уровень в 4,5 раза.

Оценивая влияния фтористых соединений на здоровье населения, провели расчет коэффициентов и индекса опасности. Общий средний риск для здоровья жителей г. Шелехова с 90-х по 2005 годы составил (IH) = 28, риск для органов дыхания составил (IH) = 7,8. Коэффициенты опасности QH составили для газообразного фтора 1,1, а по твердым фторидам несколько ниже допустимого уровня - 0,8. Однако в целом при хроническом ингаляционном действии фторсодержащие примеси обусловливают риск развития патологии костно-мышечной системы (IH) = 1,9. Таким образом, мы можем предположить, что содержание газообразного фтористого водорода и твердых фторидов в воздушном бассейне г. Шелехова представляет серьезную опасность для населения, особенно детского.

Основным источником загрязнения почвы на экспонированной территории являются выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. В 90-е годы, установлено, что из общего количества проб в 85% случаев отмечалось превышение ПДК, причем в 9% проб выше ПДК в 10 раз. Концентрация фторидов водорастворимых была выше ПДК в 3,8 раза, максимальная концентрация доходила до 23,5 ПДК. Наибольшее загрязнение почвы соединениями фтора наблюдалось вокруг ОАО «ИркАЗ-СУАЛ» в радиусе 1 км, среднее содержание для водорастворимых форм фтора составляло в 90-е годы от 11 ПДК до 31 ПДК. Среднее содержание фтора в зонах радиусом 1,2-5,0 км и в радиусе 5,1-8,5 км составило 9,1-3,8 ПДК соответственно.

По данным Иркутского УГМС и ТОО «Экосол» при кафедре почвоведения Иркутского государственного университета (табл. 4.) среднее содержание фторидов в почве за период с 1985 по 2005 гг. на расстоянии 0,5 км превышало ПДК в 6,5-7,8 раз, а на расстоянии 2 км - в 4 раза. Максимальные концентрации фтора отмечены на расстоянии 3 км от источников выбросов. Содержание фторидов на расстоянии в 4 км от источника загрязнения превышало уровни ПДК в 2 раза.

Анализ многолетних наблюдений свидетельствует о сохранении высокого загрязнения фторидами почвы на протяжении 20 лет. В 2003 году из 15 проб - 6 (40%) не отвечали гигиеническим нормативам, а в 2007 году из 34 проб почвы - 31 (91,1%) не отвечали гигиеническим нормативам.

Таблица 4

Периодический мониторинг содержания водорастворимых фторидов в почвах (мг/кг почвы) г. Шелехов

По суммарному показателю почва территории г. Шелехова оценивается как умеренно загрязненная с величиной Z_сум = 22, что связано с повышенным содержанием фтора до 11 ПДК.

Характеристика атмосферного воздуха на контрольной территории

В качестве контрольной территории выбран г. Иркутск, характеризующийся качественным отличительным составом атмосферного воздуха. Г. Иркутск - крупный промышленный и культурный центр Восточной Сибири, на его территории сосредоточены 5 крупных промышленных узлов, расположенных в основном на окраинах города. Эколого-гигиеническая обстановка городской среды характеризуется высоким уровнем загрязнения. Основной вклад в суммарное загрязнение атмосферного воздуха в г. Иркутске определяют 15 химических веществ: взвешенные вещества, углерода оксид, углерод (сажа), азота диоксид, формальдегид, серы диоксид, бенз(а)пирен. Данные наблюдений УГМС приведены в (табл. 5.).

Таблица 5

Средние уровни загрязнения воздуха вредными веществами (мг/м³) в г. Иркутск

Среди вредных веществ загрязняющих атмосферный воздух в 90-е и 2000-е годы в г. Иркутске ведущее место занимали: формальдегид, бенз(а)пирен, взвешенные вещества, углерода оксид. Среднегодовые концентрации содержания вредных веществ в атмосферном воздухе превышали гигиенические нормы по диоксиду азота в 1,2 раза, взвешенным веществам в 1,5 раза, бенз(а)пирену в 2-3,5 раза, формальдегиду в 5,3-3,7 раза. Наибольшему загрязнению была подвержена левобережная часть города, где значения по взвешенным веществам достигали 2,6 ПДК, углерода оксиду 4,6 ПДК, азота оксиду 2,6 ПДК. В центральной части города максимум бенз(а)пирена (3,4 бензпирен) составил 3,8 ПДК, углерода черного 2 ПДК (2000 г). Динамика к 2007 году показала снижение доли проб атмосферного воздуха с превышением ПДК с11,7% до 3,7%.

Значимых источников эмиссии соединениями фтора в объекты окружающей среды в г. Иркутске нет. В связи с этим, исследований по содержанию фтора в почве на территории г. Иркутска не проводилось. Для г. Иркутска Zсум = 12. Уровень превышения связан с высоким содержанием в объектах окружающей среды свинца и цинка

Оценивая уровни загрязнения атмосферного воздуха на изучаемых территориях, был определен Ксум загрязняющих веществ, величина которого в 90-е годы составила - 6,0, а в 2000-е годы в г. Иркутске составила - 6,6. В г. Шелехове в 90-е годы Ксум составил - 5,9, а в 2000-е годы - 6,7. Интегральные показатели загрязнения атмосферы, представленные (табл. 3,5.) не имеют значимых различий, однако состав примесей отличается характером воздействия на отдельные органы и системы.

Население, проживающее на опытной и контрольной территориях, имели единый источник водоснабжения (водозабор «Ерши»), вода соответствовала СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», а также ГН 2.2.5.1315 - 07 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» Особенностью качества питьевой воды, употребляемой населением изучаемых территорий, является низкая степень минерализации. Содержание фтора находится на уровне 0,2-0,3 мг/л, что значительно ниже суточной физиологической потребности.

Таким образом, техногенная нагрузка на население изучаемых территорий оценивается как чрезвычайно высокая. Общетоксический риск в городах не имеет различий IH=28, однако, для жителей г. Шелехова выявлен риск патологии костно-мышечной системы, не характерный для населения г. Иркутска. В этой связи г. Иркутск можно использовать в качестве контрольной территории для определения негативного влияния фтора на здоровье населения.

Оценка общей заболеваемости детского и подросткового населения

Учитывая, что атмосферный воздух на изучаемых территориях отличается по составу примесей, обладающих различным характером воздействия на организм, проведена оценка общей заболеваемости детского и подросткового населения. Выявлен рост уровня общей заболеваемости в 2007 г. по всем классам болезней у детей г. Шелехова в 1,8 раза, у подростков в 2,9 раза по сравнению с 90-ми годами. У детей г. Шелехова в 90-е годы ведущее ранговое место в структуре общей заболеваемости занимали болезни органов дыхания, болезни нервной системы, болезни кожи и подкожной клетчатки. У подростков первые места занимали болезни нервной системы, мочеполовой системы и болезни органов дыхания. В 2007 г. произошли существенные изменения, как по уровню, так и по структуре общей заболеваемости. Возрос уровень заболеваемости детей по классу болезней системы кровообращения (в 10,5 раз), болезней костно-мышечной системы (в 5,6 раз), болезней дыхательной системы (в 2 раз). У подростков также возрос уровень болезней системы кровообращения, новообразований, болезней костно-мышечной системы (в 12 раз), болезней органов дыхания (в 7,7 раз), болезней эндокринной системы (в 6,9 раз).

У детей г. Иркутска в 90-е г. ведущее ранговое место в структуре заболеваемости занимали болезни органов дыхания, затем инфекционные и паразитарные болезни, и болезни нервной системы. В 2007 г. уровень общей заболеваемости увеличился в 2,7 раза. Возрос уровень травм и отравлений (в 7,3 раз), врожденных аномалий (в 6,0 раз), болезней эндокринной системы (в 6,6 раз), болезней органов дыхания и костно-мышечной системы (в 2,5 раза).

У подростков г. Иркутска в 90-е годы ведущее ранговое место в структуре заболеваемости занимали болезни органов дыхания, болезни нервной системы, эндокринной системы, костно-мышечной системы, мочеполовой системы. В 2007 г общая заболеваемость по классам болезней увеличилась в 1,8 раза. Возрос уровень болезней крови и кроветворных органов (в 8,6 раз), врожденных аномалий (в 4 раза), новообразований (в 3,9 раза), болезней системы кровообращения, травм и травлений (в 3,1 раза).

Сравнительная оценка показала различия по уровню и структуре заболеваемости детей и подростков на изучаемых территориях. У детей обоих городов наиболее высокой оказалась заболеваемость органов дыхания, что является закономерным, учитывая качественный состав атмосферного воздуха и анатомо-физиологические особенности детского организма. У детского и подросткового населения на изучаемых территориях отмечается высокий уровень врожденных аномалий, что согласуется с данными Н.И. Маторовой (2003). У детского населения, проживающего в зоне размещения алюминиевого завода, отмечается высокий уровень патологии костно-мышечной системы. Оценивая влияние техногенных загрязнений и соединений фтора в частности на заболеваемость, предложен коэффициент динамики заболеваемости, который представлен как отношение заболеваемости подростков к заболеваемости детей (рис. 1).

Оценивая заболеваемость органов и систем, обеспечивающих метаболизм тканей скелета, выявлено, что на опытной территории в классе болезней органов дыхания наблюдается отрицательная динамика, т.е. рост заболеваемости подростков по отношению к заболеваемости детей. Динамика заболеваемости крови в обоих городах одинакова, однако у подростков г. Шелехова она значительно ниже. Уровень заболеваемости органов системы кровообращения у подростков в г. Иркутске в 2 раза выше, чем у детей, однако в г. Шелехове она становится высокой в последние три года.

Установлено, что заболеваемость органов костно-мышечной системы у детей и подростков с 90-х г. по 2000 г. на опытной территории находилась на одном уровне, а с 2004-2007 гг. заболеваемость подростков увеличилась более чем в 2 раза.

Рис. 1. Коэффициент динамики заболеваемости (отношение заболеваемости подростков к заболеваемости детей) в городах. Иркутск и Шелехов по классам болезней

фтористый интоксикация костный мышечный дети

Аналогичную динамику имел и показатель общей заболеваемости по классу травм и отравлений, патологии эндокринной системы, направленность изменения, которого указывает на преобладание этого класса заболеваемости у подростков. Таким образом, на основании полученных данных можно предполагать, что хроническое ингаляционное воздействие токсических веществ, приводит к возникновению и увеличению роста заболеваемости детского населения и увеличению риска патологии костно-мышечной системы на экспонированной территории.

Рентгеноанатомическое исследование развития костей кисти у детей на опытной и контрольной территориях

Выявлены существенные различия морфогенеза костей кисти у детей на исследуемых территориях, а также обусловленные половой принадлежностью. На контрольной территории у девочек величина прироста длины костей варьирует незначительно, обнаруживая лишь один пик - на 6 году жизни (рис. 2), следовательно, рост костей в длину идет равномерно и пропорционально. Рост пястных костей в толщину у девочек происходит периодично, активируясь в 6, 9-10 и 13-15 лет. У мальчиков до 10 лет кости кисти растут в длину равномерно, а затем синхронно для всех трубчатых костей наблюдается 2 ростовых скачка - первый в 10-11 лет, а второй - в 13 лет. Наращивание толщины стенки диафиза происходит равномернее, чем у девочек, а периоды максимального прироста совпадают с указанными ростовыми скачками - в 10-11 лет и в 13 лет.

На опытной территории (рис. 3) у девочек рост пястных костей и проксимальных фаланг в длину характеризуется относительно равномерными периодами активации и торможения, средние и дистальные фаланги растут неравномерно. Рост пястных костей в толщину характеризуется периодичностью, периоды активации совпадают с периодами торможения роста в длину. У мальчиков г. Шелехов темпы прироста длины и толщины костей тоже неодинаковы в динамике роста скелета. В росте пястных костей выявлены 2 периода максимального прироста в длину и толщину - в 9 и 15 лет, для проксимальных фаланг - 1 период в 15 лет, для средних фаланг - 3 периода в 7, 9 и 15 лет, для дистальных фаланг - 1 период в 9 лет.

Таким образом, на опытной территории кости кисти у девочек растут в длину неравномерно и диспропорционально, а у мальчиков наблюдается 2 ростовых скачка - в 9 и 15 лет, результатом которых является опережение роста костей кисти по сравнению с девочками. Следует отметить, что у девочек ширина костномозгового канала в пястных костях в 15-16 лет меньше, чем у мальчиков, при одинаковой толщине стенки диафиза - возможно, у девочек наращивание костей в толщину происходит не только со стороны периоста, но и со стороны эндоста.

Сравнительный и корреляционный анализ показал, что у девочек г. Иркутска между всеми изучаемыми параметрами наблюдались положительные взаимосвязи в период первого детства, отражающие интенсивный и равномерный рост костей кисти в длину и толщину. В период второго детства утрата некоторых связей свидетельствует о начале перестройки остеогенеза с интенсификацией роста костей в длину.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 2. Темпы ежегодного прироста длины костей кисти и толщины стенки диафиза пястных костей у детей г. Иркутска. Периоды максимального прироста выделены овалом

В подростковый период изменение направленности взаимосвязей толщины зоны роста с други...