Медико-экологическое обоснование мониторинга здоровья населения на территориях размещения твердотопливных теплоэлектроцентралей

4.2.1. Распространенность заболеваний среди детей раннего возраста….....147

4.3. Характеристика комплексного влияния экологических факторов

городской среды на общую заболеваемость населения……………………..159

Глава V. Экспериментальная оценка биологического действия пыли

летучей золы твердотопливных ТЭЦ…………………………………………168

5.1. Физико-химические свойства изучаемых образцов пыли летучей

золы……………………………………………………………………………...168

5.2. Оценка цитотоксичности пыли летучей золы и ее влияния на генера -

цию фагоцитами активных форм кислорода…………………………………169

5.3. Исследование биологического действия пыли летучей золы в составе

пылегазовой смеси в хроническом эксперименте при интратрахеальном

введнии.…………………………………………………………………………175

5.4. Оценка протекторного действия биологически активной добавки

к пище “РЕКИЦЕН - РД” при воздействии пылегазовой смеси в хрони -

ческом эксперименте..…………………………………………………………189

Глава VI. Основные направления по охране здоровья населения на территориях размещения твердотопливных теплоэлектроцентралей...…………….194

6.1. Совершенствование системы мониторинга здоровья населения...…….194

6.2. Комплексные оздоровительные мероприятия…………………………..215

Заключени. .……………………………………………………………………225

Выводы .………………………………………………………………………..240

Практические рекомендации …………………………………………………244

Список литературы …………………………………………………………....246

Приложения…………………………………………………………………….286

Список использованных сокращений

АОА - антиоксидантная активность

ALT - аланинаминотрансфераза

AST - аспартатаминотрансфераза

БАД - биологически активная добавка к пище

БАЖ – бесконтактная активация жидкости

БОД - болезни органов дыхания

БПКД - болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением

БСК – болезни системы кровообращения

ГГТ - γ – глутамилтрансфераза

ЗВУР - задержка внутриутробного развития

ИАС – информационно-аналитическая система

ИБП - индивидуальная биологическая профилактика

ИБС - ишемическая болезнь сердца

ИИР - интегральный индекс риска

ЛЗ – летучая зола

ОВП - окислительно-восстановительный потенциал

ОР - относительный риск

ПГС - пылегазовая смесь (система)

ПОЛ - перекисное окисление липидов

ПТЭ - предприятия теплоэнергетики

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль

ХЛ – хемилюминесценция

ХРБС - хронические ревматические болезни сердца

ЦВБ - цереброваскулярные болезни

ЦГЭ - Центр гигиены и эпидемиологии

ЦИК - циркулирующие иммунные комплексы

ЦНС – центральная нервная система

Основная часть энергии производится путем сжигания органического топлива на предприятиях теплоэнергетики. В мировой практике доля энергетики на органическом топливе составляет более 90%. По данным исследований, выполненных в различные периоды, предприятия теплоэнергетики (ПТЭ), работающие на органическом топливе, относятся к числу наиболее значимых и распространенных источников загрязнения атмосферного воздуха населенных мест вредными химическими веществами, оказывающих существенное негативное влияние на здоровье населения (Л.В. Тимофеева, 1967; Р.С. Гильденскиольд, 1971-1994; К.А. Буштуева, 1976; Г.В. Киреев и соавт., 1994; Ю.А. Рахманин и соавт., 1995; В.Б. Выборов, 2005; Е. Л. Денисова, 2005).

В топливно-энергетическом балансе отечественной теплоэнергетики превалирует доля природного газа и мазута. Согласно Энергетической стратегии России на периоды до 2020 года и до 2030 года одним из приоритетных направлений является устранение газового перекоса в топливном балансе теплоэнергетической системы страны и увеличение в нем доли твердого топлива. Решение данной задачи намечено осуществить путем внедрения перспективных, экологически чистых угольных технологий (А.Н. Егоров, 2006; А.Н. Тугов, 2007; Е.А. Шипова, 2007; Г.А. Рябов и соавт., 2009; В.Ф. Резинских и соавт., 2010; К.Ю. Алексеев, 2011). В связи с этим актуальное значение приобретают эколого-гигиенические исследования в районах размещения действующих угольных ПТЭ, на которых в рамках реализации стратегических задач проводятся мероприятия по модернизации производства тепловой и электрической энергии (Б.А. Ревич, 2010).

Актуальное значение для решения задач по обеспечению экологической безопасности, сохранению и укреплению здоровья населения урбанизированных территорий, имеют научные исследования по совершенствованию систем медико-экологического мониторинга, методов оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием экологических факторов городской среды, разработке целевых оздоровительных программ (Г.Г. Онищенко и соавт., 2004; Е.Н. Беляев и соавт., 2004; С.В. Кузмин, 2004; Ю. А. Рахманин и соавт., 2005; И.С. Киреева и соавт., 2007; Ю.А. Рахманов, 2007; Ю.А. Рахманов, 2008; Г.Г. Онищенко, 2008; А.И. Потапов, 2008; В.М. Боев, 2009).

Среди загрязнителей окружающей среды большой удельный вес принадлежит аэрозолям с твердой фазой, основными источниками, поступления которых в воздушный бассейн населенных мест являются промышленные предприятия, энергетические объекты, транспорт. В России около 40% всего объема пылевыбросов в атмосферу приходится на долю предприятий теплоэнергетики (Г.Г. Онищенко, 2008). Взвешенные вещества, наряду с оксидами серы, азота и углерода отнесены к наиболее опасным для здоровья городского населения веществам, способствующих возникновению различных по своим качественным особенностям эффектов. Судя по литературным сообщениям, в основном зарубежных авторов, в настоящее время отмечается повышенный интерес к изучению влияния взвешенных веществ на формирование среди городского населения болезней системы кровообращения, органов дыхания, аллергических заболеваний (Б.Т. Величковский, 2003; Ю. А. Рахманин и соавт., 2007; C. R. Bartoli et al., 2009; R. C. Puett et al., 2009; C. A. Pope, 2009; T. G. Weinmayr et al., 2010).

К числу наименее изученных, в отношении действия на организм, загрязнителей атмосферного воздуха городской среды относится пыль летучей золы (ЛЗ) предприятий теплоэнергетики, удельный вес которой в структуре выбросов угольных ПТЭ составляет более 30 процентов. Немногочисленные литературные сообщения о характере биологического действия пыли ЛЗ, касаются в основном изучения развития фиброгенного процесса в легких экспериментальных животных и не дают представления о первичных механизмах патогенного действия данного загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест (Г.В Белобрагина, Т.С. Егорова, 1967; Т.С. Егорова, Г.В Белобрагина, 1967). В технологическом оборудовании и газоходных системах, в атмосферном воздухе аэрозоли летучей золы и газообразные соединения образуют пылегазовые смеси (ПГС), изучение характера биологического действия которых не служило предметом специальных исследований.

Одной из актуальных проблем современной профилактической медицины является разработка средств индивидуальной биологической профилактики, направленных на снижение риска воздействия на организм вредных экологических и производственных факторов (Т.Д. Дегтярева и соавт., 2004; Б.А. Кацнельсон и соавт., 2004; С.В. Кузьмин и соавт., 2007). Учитывая, что современный инженерно-технический уровень развития теплоэнергетики не позволяет обеспечить полного исключения выброса в атмосферный воздух токсических соединений, средства индивидуальной биологической профилактики становятся одним из важных элементов системы обеспечения экологической безопасности населения в районах размещения предприятий отрасли.

Перечисленные выше эколого-гигиенические проблемы по охране здоровья населения, проживающего на территориях размещения твердотопливных ПТЭ, определяют актуальность темы настоящего научного исследования, его цель и основные задачи.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить условия образования, состав производственных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей и влияние их на качество атмосферного воздуха городской среды с учетом промышленных и транспортных выбросов.

2. Провести исследование по изучению физико-химических свойств и первичных механизмов патогенного действия пыли летучей золы ПТЭ c разработкой нового способа оценки цитотоксичности малорастворимых пылей "in vitro".

3. В условиях хронического эксперимента на животных изучить биологическое действие пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси с оценкой эффективности средств индивидуальной биологической профилактики.

4. Дать эколого-эпидемиологическую оценку здоровья взрослого и детского населения, прожи­вающего в зонах влияния атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей с установлением причинно-следственных связей в системе “атмосферный воздух городской среды – вредные химические вещества - здоровье населения”.

5. Определить в районах размещения предприятий теплоэнергетики структуру детерминирующих экологических факторов городской среды.

6. Разработать научно-обоснованные рекомендации по орга­низации мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей, включающих, в том числе, новые аналитические программные технологии.

- дана комплексная оценка влияния производственных выбросов твердотопливных ТЭЦ на качество атмосферного воздуха городской среды с учетом автотранспортных выбросов;

- определены приоритетные для контроля в системе медико-экологиче­ского мониторинга в районах размещения твердотопливных ТЭЦ химические загрязнители атмосферного воздуха;

- установлено ведущее неблагоприятное влияние компонентов атмосферных выбросов твердотопливных ТЭЦ на общую заболеваемость взрослого и детского населения, развитие осложнений беременности и неонатального периода, адаптационные возможности детского организма, смертность взрослого населения от болезней системы кровообращения и органов дыхания;

- обоснованы группы повышенного риска среди населения, проживающего в районах размещения твердотопливных ТЭЦ и в зонах влияния их атмосферных выбросов по направлению господствующих ветров;

- по результатам математического моделирования определена ведущая роль взвешенных веществ (РМ_2,5 , PM₁₀) в формировании болезней системы кровообращения и органов дыхания;

- определена структура детерминирующих экологических факторов на территориях размещения городских твердотопливных ТЭЦ, в которой наибольший удельный вес приходится на фактор, характеризующий химическое загрязнение атмосферного воздуха;

- применительно для систем мониторинга на основе искусственных нейронных сетей разработана принципиально новая технология оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды;

- изучены физико-химические свойства, и первичные механизмы патогенного действия пыли летучей золы твердотопливных ТЭЦ;

- разработан не имеющий аналогов в мире способ определения цитотоксичности малорастворимых производственных пылей, основанный на использовании эффекта бесконтактной активации жидкости (БАЖ);

- изучено биологическое действие пыли летучей золы ТЭЦ в составе пылегазовой смеси при хроническом воздействии в малых дозах; установлено, что сорбированный газовый компонент оказывает влияние на усиление токсичности пыли ЛЗ и активизацию формирования иммунопатологических процессов, дестабилизацию системы антиоксидантной защиты, а также на относительное снижение интенсивности процессов липопероксидации.

Практическая значимость исследования и внедрение результатов работы в практику. Результаты исследования позволили определить основные направления по обеспечению экологической безопасности населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных ТЭЦ, и использованы при разработке концептуальной модели целевой оздоровительной программы, включающей технологические, санитарно-технические и медико-профилактические мероприятия.

Материалы проведенного комплексного исследования положены в основу информационного обеспечения системы мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей.

Данные аналитической оценки влияния производственных выбросов твердотопливных ТЭЦ на качество атмосферного воздуха городской среды и здоровье населения, использованы для построения нейросетевых моделей на основе которых была разработана, не имеющая аналогов в нашей стране и за рубежом, автоматизированная информационно-аналитическая система (АИАС) мониторинга здоровья детского населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды.

Результаты экспериментального исследования по изучению первичных механизмов патогенного действия пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси явились научной основой для разработки рекомендаций по применению средств индивидуальной биологической профилактики.

Получены патент на изобретение № 2480751 от 27.04.2013 г. «Способ определения цитотоксичности малорастворимых производственных пылей» и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ “Экориск - ДН” № 2012616332 от 11.07.2012 г.

Материалы исследования применяются в практической деятельности ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» Роспотребнадзора при изучении и прогнозировании состояния среды обитания и здоровья населения на территориях размещения городских предприятий теплоэнергетики. Данные работы были использованы при подготовке государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2011 году». Материалы диссертации используются на курсах тематического усовершенствования специалистов органов и организаций Роспотребнадзора, проводимых на базе Федерального центра (Акт внедрения от 03.04.2013 г.).

Разработки по совершенствованию методов оценки риска для здоровья населения, развитию систем медико-экологического мониторинга применяются в практической деятельности ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Кировской области» при проведении территориального социально-гигиенического мониторинга по разделу влияние экологических факторов городской среды на здоровье населения (Акт внедрения от 12.02.2010 г.).

Основные положения, изложенные в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедр общественного здоровья и здравоохранения (Акт внедрения от 27.03.2013 г.), общественного здоровья и здравоохранения Института последипломного образования (Акт внедрения от 27.03.2013 г.), общей гигиены и экологии ГБОУ ВПО “Кировская государственная медицинская академия” Министерства здравоохранения Российской Федерации (Акт внедрения от 27.03.2013 г.).

1. Современные твердотопливные ТЭЦ мощностью свыше 300 МВт/час, являются основными источниками поступления в атмосферный воздух городской среды сложного комплекса вредных химических веществ, среди которых наиболее гигиенически значимыми являются пыль, оксиды азота и серы. Основной объем пылевых выбросов твердотопливных ТЭЦ составляет летучая зола, биологическое действие которой в составе пылегазовой смеси при хроническом воздействии, наряду с выраженным резорбтивно-токсическим действием, характеризуется дестабилизацией системы антиоксидантной защиты, формированием иммунопатологических процессов, относительным снижением интенсивности процессов липопероксидации.

2. Математическое моделирование зависимости показателей здоровья населения от степени воздействия экологических факторов городской среды, позволило определить ведущее неблагоприятное влияние атмосферных выбросов твердотопливных ТЭЦ и научно обосновать приоритетные медико-экологические показатели для системы территориального мониторинга здоровья населения, а также основные направления профилактических мероприятий.

3. Применение в системе медико-экологического мониторинга для оценки и прогнозирования риска здоровью населения в связи с воздействием аэротехногенных загрязнителей городской среды технологий на основе искусственных нейронных сетей позволяет моделировать зависимости без ограничений свойственных общепринятым методикам, с учетом изменившихся средовых условий.

По материалам диссертации опубликована 31 научная работа, в том числе 15 в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК, изданы 2 монографии, в том числе одна в соавторстве.

Диссертация изложена на 287 страницах машинописного текста, содержит 71 таблицу, 45 рисунков. Библиографический указатель включает 327 источников, в том числе 116 публикаций зарубежных авторов.

В развитии промышленности и всей инфраструктуры государства ведущее место занимает энергетика. Проблемы энергоснабжения и охраны окружающей среды вошли в число важнейших государственных задач Российской Федерации. Решение проблем энергообеспеченности и благоприятной экологической среды как основы высокого качества жизни особенно актуально для граждан России с ее суровыми климатическими условиями (35, 140, 162, 163).