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

Энергетика в современном мире является важнейшей отраслью экономики. В целом она включает взаимосвязанные структуры по производству, распределению и потреблению энергетических ресурсов и энергоносителей для обеспечения нормального функционирования секторов народного хозяйства. В силу специфики оказываемых энергетическим хозяйством услуг, оно представляет не только экономическую, но и огромную социальную значимость для государства. Стратегической целью энергетического хозяйства является надежное снабжение экономики и населения страны электрической и тепловой энергией, а также топливными ресурсами, обеспечивая минимальное воздействие на окружающую среду [122, 190].

Основная часть энергии производится путем сжигания органического топлива. В мировой практике доля энергетики на органическом топливе в общем топливно-энергетическом балансе планеты составляет более 90%. В связи с этим тепловая энергетика является в настоящее время и, по прогнозам, останется в обозримом будущем одним из главных источников загрязнения окружающей среды [73].

Тепловые электростанции дают 25% всех вредных выбросов в атмосферу. В настоящее время наиболее перспективным признано производство электроэнергии совместно с производством тепла. Такой единый цикл может быть в 4-10 раз эффективней, чем традиционные способы получения электроэнергии на теплоэлектростанциях (ТЭС). В настоящее время более 800 городов бывшего СССР имеют централизованное теплоснабжение; около 60% тепла, необходимого городам, выработано на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Известно, что ТЭС и ТЭЦ при прочих равных условиях создают примерно одинаковые нагрузки на окружающую среду. Предприятия теплоэнергетики России ежегодно выбрасывают в атмосферу 17 млн. т вредных веществ, или четвертую часть их общего поступления в воздушный бассейн страны от стационарных источников. При этом 11 млн. т приходится на разнообразные соединения, представляющие особую опасность для здоровья населения и окружающей человека среды [190, 166].

Несмотря на то, что тепловая энергетика вносит определяющий вклад в загрязнение ат­мосферы диоксидом серы (до 50% антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу в России при­ходится на долю предприятий теплоэнергетики), системы сероочистки газов на действующих тепловых электро­станциях РФ отсутствуют. Это приводит к тому, что удельные выбросы диоксида серы при выработке 1 МВт-ч на тепловых станциях России превышают аналогичные для США в 3 - 9 раз. В США, Японии, ФРГ все вновь строящиеся ТЭЦ подлежат оснащению установками сероочистки ко времени ввода в эксплуатацию. Около трети наиболее крупных ТЭЦ в этих странах име­ют сероочистные установки, и их число постоянно растет [96].

Социально-экономический потенциал современных городов непосредственно обусловлен развитием промышленно-энергетических комплексов (ПЭК), как территориальных социально-экономических подсистем, представляющих собой совокупность предприятий и объектов инфраструктуры, объединенных единым энергетическим центром и обеспечивающих производство общественно полезных продуктов. В объем атмосферных выбросов ПЭК основной вклад вносят предприятия теплоэнергетики [22, 65, 90, 117, 121].

Развитие энергетики в РФ невозможно без учета как сложившейся экологической ситуации в различных регионах, так и новых требований к качеству окружающей среды, предъявляемых директивами ЕС, ВОЗ и другими международными организациями. Многие производства топлива и энергетические установки размещены в населенных пунктах с высоким уровнем загрязнения окружающей среды, а часть из них и на территориях, признанных зонами чрезвы­чайной экологической ситуации [164].

Выполненными в 60-х - 80-х годах XX столетия исследованиями были определены закономерности формирования полей загрязнения атмосферы в зоне влияния выбросов крупных предприятий теплоэнергетики в различных климатических регионах, на основе которых созданы ныне действующие прогнозные модели распространения примесей в воздушной среде - ОНД-86 [20, 43, 44, 45, 46, 47, 189].

По данным исследований, выполненных в различные годовые периоды, предприятия теплоэнергетики, работающие на твердом и жидком органическом топливе, были отнесены к числу наиболее значимых и распространенных источников загрязнения окружающей среды населенных мест, в выбросах которых в атмосферу, водные объекты и опосредовано в почву содержится большое количество различных вредных веществ, способных вызывать среди взрослого и детского населения болезни органов дыхания и пищеварения, эндокринной системы, системы кровообращения, крови и кроветворных органов, мочеполовой системы, кожи и подкожной клетчатки, онкологические заболевания [38, 39, 40, 69, 125, 165, 192].

Газообразное топливо представляет собой наиболее “чистое” органическое топливо, так как при его полном сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании в выбросах присутствует оксид углерода [136, 153]. Исследованиями в Москве, Воронеже, Великом Новгороде, Вельске и Нижнем Новгороде доказано, что переход с использования угля на природный газ улучшает качество атмосферного воздуха городской среды и снижает риск для здоровья населения. Так, установлено, что как отдельные ТЭЦ, так и все 15 крупных ТЭЦ Мосэнерго, вносят 10 %-й вклад в суммарный неканцерогенный риск для здоровья с учетом всех источников выбросов изученных веществ (диоксида азота, оксида углерода, взвешенных веществ и диоксида серы) на исследованных территориях. Диапазоны колебаний уровней неканцерогенного риска (HQ) по данным мониторинга составили: азот диоксид - от 0,5 до 3,0; сера диоксид - от 0,12 до 2,4; углерод оксид - от 0,8 до 5,97; взвешенные вещества - от 0,33 до 6,0. Уровни неканцерогенного риска по данным моделирования находились в пределах: азот диоксид - от 0,05 до 0,2; сера диоксид - от 0,008 до 0,018; углерод оксид - от 0,0001 до 0,0005; взвешенные вещества - от 0,0013 до 0,004. Канцерогенный риск, обусловленный хроническим ингаляционным воздействием бенз(а)пирена, контролируемого в атмосферном воздухе на территории 10 районов в пяти административных округах, и расчетные концентрации данного вещества с использованием метода моделирования рассеивания выбросов от ТЭЦ "Мосэнерго" свидетельствуют о том, что крупные объекты теплоэнергетики (ТЭЦ) не оказывают значительного влияния на здоровье населения г. Москвы [4, 134, 208].

В настоящее время возможен перевод ряда отечественных предприятий теплоэнергетики на сжигание угля вместо дефицитного газа. По мнению ряда авторов, быстрое увеличение доли угля в энергобалансе России при условии его сжигания на уже существующем сильно изношенном оборудовании представляет наибольшую опасность для здоровья населения. Отечественные энергоблоки, работающие на угле, имеют недостаточно высокий уровень технологии улавливания, транспортировки, хранения и использования золы и шлака и относительно большие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Выбросы мелкодисперсных взвешенных частиц и диоксида серы на многих отечественных энергоблоках угольных электростанций примерно в десять раз выше, чем на угольных ТЭС в странах ЕС [96].

Основной парк паровых котлов в теплоэнергетике, работающих на твердом топливе, составляют серийные котлы российского производства, изготовленные в 70 – 80 г.г. прошлого века и предназначенные для сжигания качественных углей с ограниченным содержанием мелочи на слоевых колосниковых решетках различных конструкций. В настоящее время качество поступающих углей продолжает неуклонно снижаться, что не позволяет эффективно сжигать их в топках существующих котлов. Изношенность серийных котлов и непригодность их к использованию низкокалорийного и мелкофракционного топлива диктует необходимость их замены или серьезной реконструкции [60, 109, 130, 153].

Приведенные расчеты c использованием разработанной в Штутгартском университете модели Экосенс, показали, что быстрое увеличение доли угля в энергобалансе России приведет дополнительно к заметному увеличению смертности в первую очередь в европейской части России [14]. Предполагаемый рост потребления угля и экспорт высвободившегося газа, приведет к пятикратному росту риска от воздействия взвешенных частиц, более чем двукратному увеличению риска от выбросов SO₂ и трехкратному увеличению риска от выбросов N₂O, по сравнению с текущей ситуацией [4].

Экологические последствия таких решений и их опасность для здоровья населения наиболее детально исследованы в Великом Новгороде. В этом городе энергетическое обеспечение осуществляют ТЭЦ-20, муниципальные и промышленные котельные. В случае увеличения доли угля в энергобалансе города, в т.ч. переводе крупной ТЭЦ-20 на уголь, риски воздействия загрязненного атмосферного воздуха резко увеличиваются. Дополнительная смертность населения, вызванная воздействием мелкодисперсных частиц (РМ₁₀) и от выбросов диоксида серы, может возрасти почти в 2 раза; среди детей ожидается увеличение дополнительной заболеваемости нижних дыхательных путей – в 3 раза, бронхитом – на 15%, дополнительное число приступов бронхиальной астмы от выбросов диоксида вырастет на 35%; дополнительный канцерогенный риск от выбросов сажи – на 30% [1, 4, 56, 96, 104].

По результатам исследования с использованием набора данных временного ряда из 41 страны с переменными траекториями развития между 1965 г. и 2005 г., была разработана авторегрессивная модель продолжительности жизни и детской смертности, основанной на потреблении электричества и угля. Основанные на модели выводы свидетельствуют о том, что увеличение потребления угля связано с увеличением уровня детской смертности и уменьшением продолжительности жизни. Эти результаты совместимы с результатами, основанными на модели GAINS и ранее изданных оценках, относящихся к связанным с энергией факторам окружающей среды [248].

Обоснованность принятия тех или иных управленческих решений по расширению топливно-энергетических комплексов (ТЭК), увеличению доли угля в энергобалансе России в обязательном порядке должна сопровождаться оценкой риска для здоровья населения и мероприятиями по снижению рисков до допустимого уровня. Экологически неграмотные решения по строительству и(или) расширению объектов ТЭК могут привести к дальнейшему ухудшению условий проживания и здоровья населения [164].

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 [21, 166, 207].

К числу таких технологий относится – технология высокотемпературного циркулирующего кипящего слоя (ВЦКС). Технология ВЦКС является одной из модификаций передового метода сжигания топлива в кипящем слое и сохраняет все основные его основные достоинства, а именно, способность сжигать практически любые марки углей, включая отсевы, низкий уровень вредных выбросов, значительно более высокий КПД, в сравнении с фактическим КПД слоевых котлов на аналогичном топливе. Котлы ВЦКС могут комплектоваться высокоэффективным очистным оборудованием (например, тканевыми фильтрами), удовлетворяющим самые высокие экологические требования по твердым выбросам. Двухступенчатое сжигание с газификационной 1-й ступенью обеспечивает снижение концентрации NOx в уходящих газах до 200 - 130 мг/м³ [113, 168, 188, 210].

Промышленные котлы со слоевым способом сжигания из-за низкой компоновки топочной камеры характеризуются повышенными выбросами летучей золы и, соответственно, высокими потерями с механическим недожогом. В аспекте снижения твердых выбросов реконструкция типовых слоевых промышленных котлов на сжигание угля в ВЦКС обеспечивает применение эффективных золоуловителей последнего поколения со степенью очистки газов до 96% [188].

Современной эффективной технологией энергетического использования твердого органического топлива, технологией дальнейшего совершенствования традиционного пылеугольного способа сжигания твердого органического топлива является также низкотемпературная вихревая (НТВ) технология сжигания. В основу НТВ технологии заложен принцип организации низкотемпературного сжигания грубо размолотого твердого топлива в условиях многократной циркуляции частиц в камерной топке. В результате применения НТВ-сжигания удается снизить генерацию оксидов азота в 1,2 - 2,0 раза в сравнении с традиционной технологией сжигания в прямоточном факеле. Низкий уровень температуры, условия вихревой топки определяют активное связывание оксидов серы основными оксидами (CaO, MgO) минеральной части топлива. Укрупнение помола топлива при НТВ-сжигании приводит к укрупнению летучей золы уноса. Испытания золоулавливающего оборудования котлов, переведенных на НТВ-сжигание, показали повышение эффективности работы, как установок циклонного типа, так и электрофильтров. Применение НТВ-технологии позволяет обеспечить снижение выбросов оксидов азота NOx на 30 - 50 %, снижение выбросов оксидов серы SOx на 20 - 40 % [129, 133, 155, 204].

К новым экологически эффективным технологиям сжигания углей можно отнести ВИР-технологию. Сущность ВИР-процесса сжигания твёрдого топлива заключается в комбинированном аэродинамическом перераспределении топливных и воздушных масс в объёме топочного пространства с целью интенсификации теплообмена и обеспечения низкоэмиссионного сжигания, что достигается изменением наклона горелок и подаваемого нижнего дутья. В результате обеспечивается снижение температурного уровня факела, а отводом окислителя из критических зон снижается эмиссия NOx. Снижение уровня эмиссии SO₂ достигается практически полной десульфуризацией при сжигании за счёт собственного CaO, содержащегося в минеральной части топлива в результате сепарации крупных частиц топлива в нижнюю зону топки [83].

На пылеугольных котлах с жидким шлакоудалением топочными методами достичь нормативных величин содержания NO_x в уходящих газах не удаётся, поэтому необходимо дооснащение котлов установками азотоочистки. В настоящее время промышленное применение в энергетике получили 2 технологии азотоочистки: селективного каталитического восстановления (СКВ) в присутствии оксидных ванадий - титановых катализаторов и селективного некаталитического восстановления (СНКВ) [142, 143].

Кардинальное решение проблемы эколого-гигиенической рационализации угольных ТЭЦ возможно путем внедрения принципиально новых технологий, к числу которых можно отнести технологию чистого сжигания угля (clean coal). По данной технологии угольная пыль смешивается не с воздухом, как на обычных станциях, а с практически чистым кислородом. В специальной установке удаляется азот, доля которого в воздухе достигает 78%. Для удаления диоксида серы в поток дымовых газов подается струя из смеси воды и известняка. Диоксид серы вступает в реакцию и образуется гипс, который в дальнейшем может использоваться в строительстве. Для удаления золы используются электромагнитные фильтры. Поскольку азот был удален из воздуха еще до попадания в котел, в дымовых газах отсутствуют опасные соединения азота (NOx) и они представляют собой практически чистый поток углекислого газа. При давлении около 70 атмосфер углекислый газ становится жидким, напоминающим по плотности тяжелую нефть. После этой стадии сжиженный углекислый газ готов к транспортировке и захоронению [141].

К высокоэффективным золоуловителям относятся аппараты мокрой очистки дымовых газов - скоростные газопромыватели с турбулентными коагуляторами Вентури (ТКВ) конструкции ОРГРЭС-ВТИ. Степень очистки газов в установках этого типа может составлять 92 - 97% в зависимости от степени орошения и скорости дымовых газов в горловине трубы Вентури [131].

К числу эффективных золоуловителей относятся также батарейные золоуловители БЦ-512 - мультициклоны последнего поколения с улиточными завихрителями газов, специально разработанные для эффективного инерционного улавливания уносов из котлов. При высокой зольности топлива перед мультициклонами устанавливается предварительная ступень очистки газов в виде одного или двух параллельно включенных прямоточных циклонов. Среднеэксплуатационная эффективность одноступенчатого золоуловителя типа БЦ-512 составляет не менее 92%, двухступенчатого – 94 - 95%, что обеспечивает снижение твердых выбросов в атмосферу до 3,5 раза [61].

В настоящее время в электроэнергетике для защиты воздушного бассейна от выбросов угольной золы широко применяются аппараты мокрой очистки-скрубберы с коагуляторами Вентури, обеспечивающие эффективность золоулавливания до 94,96%. В СибВТИ разработан вариант повышения эффективности мокрого золоуловителя путем воздействия специальных устройств на пылегазовый поток для интенсификации процесса коагуляции золы, отделения золы и водяных капель в каплеуловителе. Модифицированный мокрый скруббер Вентури типа ММС – СибВТИ позволяет повысить эффективность очистки газов с 94,96% до 98,99% [62].

За рубежом, в связи с чрезвычайно жестким природоохранным законодательством, наиболее широкое применение для очистки дымовых газов за котлами кипящего слоя нашли тканевые фильтры, эффективность которых достигает 97 - 99%. Применение рукавных фильтров позволяет также производить очистку газов и от оксидов серы. К числу таких методов относится технология NID (Nova Integrated Desulfurisation) – новой интегрированной десульфуризации, разработанная специалистами Alstom Power Flaekt (Швеция). Она осуществляется путём введения в газовый поток перед рукавным фильтром растворов или водных суспензий сорбентов, которые связывают сернистые соединения и улавливаются фильтрующим материалом рукавов. В качестве реагентов для улавливания сернистых соединений при такой схеме газоочистки могут быть использованы щелочные отходы других производств [51].

В качестве золоуловителей за промышленными котлами кипящего слоя применяются также электрофильтры. Однако, широкому применению в теплоэнергетике электрических фильтров существенно препятствуют внушительные габариты установок и высокие капитальные и эксплуатационные затраты. В качестве альтернативы электрофильтрам представляется возможным использовать электроциклоны (ЭЦВ – I, ЭЦВ - II) разработанные на кафедре “Процессы и аппараты химической технологии” Уральского государственного технического университета. В отличие от электрофильтров, в которых возникают проблемы с улавливанием пыли, обладающей высоким удельным электрическим сопротивлением, разработанные устройства, за счет рационального сочетания аэродинамики потока и электрического поля высокой напряженности, успешно очищают газы от промышленных пылей с неблагоприятными электрофизическими свойствами. Электроциклоны ЭЦВ – I, ЭЦВ – II обладают высокой степенью очистки газов от мелкодисперсной пыли, которая достигает 99,5 – 99,9 % [150, 302].

Альтернативным химическому способу очистки топочных газов является электронно-лучевой метод одновременной очистки от оксидов азота и серы. Предварительно очищенные электрофильтром от золы дымовые газы смешиваются с аммиаком и подаются в реактор. Внутри реактора полученная смесь облучается пучками электронов. Радиолиз молекул смеси приводит к образованию активных радикалов, которые доокисляют SOx и NOx до кислот. При реакции этих кислот с аммиаком образуются сухие, твердые соли аммония. Сразу после реактора пыль и частицы солей аммония, образовавшиеся в процессе очистки, собираются и удаляются из потока топочных газов системой сбора. Очищенный газ выбрасывается в дымовую трубу. Соли аммония используются как удобрения для сельского хозяйства [42, 58, 169].

К перспективным методам очистки дымовых газов теплоэлектростанций можно отнести разработанные в научно-исследовательском центре GKSS (Германия) мембраны на основе сверхтонких пленок [126].

Приведенные выше данные аналитического обзора отраслевых инновационных технологий свидетельствуют о том, что современные инженерно-технические разработки позволяют обеспечить гигиеническую и экологическую рационализацию производства электрической и тепловой энергии на теплоэлектроцентралях, где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь.

1.2. Условия образования, токсикологическая характеристика и влияние на здоровье населения основных компонентов атмосферных выбросов предприятий теплоэнергетики.

Наиболее значимыми видами выбросов при сжигании органического топлива на предприятиях теплоэнергетики являются SO₂, NO_X, СО, твердые частицы и парниковые газы, такие как СО₂. Другие вещества, например тяжелые металлы, фтороводород, галоидные соединения, несгоревшие частицы углеводородов, неметановые летучие органические соединения и диоксины выбрасываются в меньших количествах [96].

Выбросы оксидов серы являются результатом присутствия серы в топливе. Органическое топливо содержит серу в виде неорганических сульфидов или органических соединений. Среди оксидов серы, образующихся в процессе сжигания, значительно преобладает диоксид серы. От 1 до 3 % серы окисляется до триоксида серы при наличии в топливе переходных металлов, катализирующих реакцию. Триоксид серы адсорбируется соединениями, входящими в состав твердых частиц, и, участвует в формировании кислой сажи. Поэтому триоксид серы вносит вклад в увеличение объемов выбросов твердых аэрозолей РМ₁₀, PM_2,5 (РМ от “particulate matter”). Кроме того, в составе выбросов котлов, использующих мазут, может появляться «голубой дым». Считается, что это оптическое явление связано с образованием сульфатов (SO₂ + пыль) и усиливается в присутствии ванадия, входящего в состав мазута, и, возможно, катализатора установок селективного каталитического восстановления [96].

Оксиды серы обладают резким раздражающим и общетоксическим действием. Раздражающее действие диоксида серы объясняется его хорошей растворимостью в воде и биологических субстратах, а вследствие этого высокой способностью поглощаться влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием сернистой и серной кислот. При действии малых концентраций наблюдается воспаление слизистых верхних дыхательных путей бронхов, выражающееся в приступах сухого кашля, ощущения жжения и боли в носу и горле. Резорбтивно-токсическое действие диоксида серы проявляется в виде изменений со стороны центральной нервной системы, нарушения белкового и углеводного обмена, торможения окислительного дезаминирования аминокислот и окисления пировиноградной кислоты, снижения содержания витаминов В₁, В₂ и С, угнетения иммунобиологического статуса организма. Диоксид серы обладает гонадо – и эмбриотропным действием, способен вызывать мутагенный и коканцерогенный эффекты. Токсическое действие диоксида серы значительно усиливается при одновременном присутствии во вдыхаемом воздухе диоксида азота и оксида углерода, сероводорода. Длительное действие менее высоких концентраций сернистого ангидрида приводит (в особенности при сочетании с пылевой экспозицией) к развитию хронического бронхита, эмфиземы легких, пневмосклероза, а также различных клинических проявлений токсического поражения вышеперечисленных систем организма (в том числе, токсического гепатита и гастрита) [10, 73, 86, 110, 148, 158, 184, 304, 321].

Основные оксиды азота, образующиеся в процессе сжигания органических видов топлива - оксид азота (NO), диоксид азота (NO₂). Данные соединения образуют смесь, которая называется NOx и составляет более 90% всех выбросов оксидов азота предприятий теплоэнергетики. Концентрация выбросов NO_х находится в прямой зависимости от параметров процесса сжигания. Наибольшее влияние на количество образующихся оксидов азота оказывают особенности распределения окислителя (кислорода), подаваемого в топочную камеру, которые определяются величиной избытка воздуха в зоне активного горения, наличием или отсутствием второй ступени сжигания и рециркуляции дымовых газов [200].

Диоксид азота проникая в легкие, будучи сильным окислителем, непосредственно поражает ткани бронхо-легочной системы. Основной биохимический механизм развития этого эффекта связан с сильными окислительными свойствами, в связи с чем инициируется перекисное окисление мембранных липидов и нарушается контроль проницаемости мембран, в первую очередь – альвеолярной. Возможно и токсическое действие при всасывании в кровь, связанное с блокадой сульфгидрильных групп и сильными окислительными свойствами. В экспериментах доказано угнетение механизмов противоинфекционной защиты легких, в том числе, фагоцитарной [238].

В бронхах и альвеолах патологические изменения проявляются уже при концентрациях, реально наблюдаемых в атмосферном воздухе городов. У лиц, подвергающихся длительному воздействию оксидов азота в малых дозах, развиваются хронические заболевания верхних дыхательных путей, бронхиты, бронхоэктатическая болезнь. У детей, проживающих в районах с концентрацией диоксида азота в атмосфере 117 – 205 мкг/м³, обнаруживались функциональные признаки нарушения бронхиальной проходимости, некоторые изменения со стороны крови (в том числе, повышенный уровень метгемоглобина), повышение общей заболеваемости. Анализ, проведенный с использованием мультивариантного моделирования и ГИС-технологии, показал, что смертность населения тем выше, чем выше среднегодовая концентрация диоксида азота [32, 86, 110, 154, 158, 170, 171, 184, 263, 305, 310]. Диоксид азота не обладает мутагенностью и способностью инициировать канцерогенез, но в недавно опубликованном авторитетном обзоре проблемы канцерогенов в окружающей среде он отнесен к промоторам и ко-канцерогенам, опираясь на показавшие эти эффекты экспериментальные исследования. В частности, было показано, что, соединяясь с бенз(а)пиреном, NO₂ образует продукт более высокой мутагенности – нитробензо(а)пирен [217]. Эпидемиологическое исследование, проведенное по материалам 10 европейских стран, показало, что при повышенных экспозициях к диоксиду азота повышен риск рака легких у некурящих. По оценке, обоснованной этим исследованием, не менее 5-7% случаев рака легких у некурящих может быть связано с этими экспозициями, в то время как 16-24% - с пассивным курением. Авторы рассматривают диоксид азота не как таковой, а скорее как индикатор загрязнения атмосферы смесью ультратонких частиц и газов, связанны с транспортом, а также с электростанциями и мусоросжигательными установками. Тем не менее, они подчеркивают, что при снижении норматива загрязнения воздуха диоксидом азота до < 30 мкг/м³ мог бы быть достигнут существенный эффект профилактики рака [312].

Оксид углерода образуется в качестве промежуточного продукта горения, особенно при нестехиометрических условиях. Длительное воздействие оксида углерода в малых дозах проявляется неспецифическими симптомами, не всегда ясно выраженными – головные боли, головокружение, бессоница, раздражительность. Вместе с тем, оксид углерода оказывает и непосредственное токсическое действие на клетки, нарушая тканевое дыхание и уменьшая потребление тканями кислорода. Он влияет на углеводный, фосфорный, азотистый, липидный, водно-солевой обмен. При хроническом воздействии оксид углерода существенно увеличивается содержание вне гемоглобинового железа в эритроцитах и сыворотке, что может рассматриваться как защитно-приспособительный механизм (создающий своего рода депо, связывающее оксид углерода и тем предохраняющее железо в составе гема), но одновременно нарушает синтез гема и геминовых ферментов. Все эти механизмы играют наиболее существенную роль в токсикодинамике хронической интоксикации окисью углерода [110].

При сжигании органического топлива могут выделяться полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлордибензодиоксины (ПХДБД) и полихлордибензофураны (ПХДБФ). Бензпирен (БП) является одним из продуктов пиролиза любого углеводородного топлива, поэтому он и другие ПАУ образуются в той или иной степени при всех процессах, связанных с термической переработкой топлива. На уровень содержания БП в уходящих газах газомазутных котлов влияют теплонапряжение топочного объема, коэффициент избытка воздуха в топке, нагрузка котла, способ организации и степень подачи газов рециркуляции в топку котла, организации и степень подачи вторичного дутья при ступенчатом сжигании топлива, подача влаги в топку для снижения образования оксидов азота. Содержание БП в уходящих газах котлов при сжигании твердого топлива определяется следующими параметрами: теплотой сгорания угля; конструкцией нижней части топки (твердое или жидкое шлакоудаление); коэффициентом избытка воздуха в топке; нагрузкой котла; типом золоуловителей и эффективностью их работы. На пылеугольных котлах основным способом снижения выбросов БП в атмосферу является повышение эффективности улавливания летучей золы в золоуловителях, особенно ее мелкодисперсных фракций, на которых наиболее активно сорбируется БП по мере охлаждения продуктов сгорания по тракту котла. Следует отметить, что в большинстве случаев расчеты рассеивания валовых выбросов БП как для газомазутных, так и для пылеугольных котлов показывают, что содержание БП в приземном слое воздуха не превышает 0,05 ПДК, поэтому на основании действующих нормативных документов выбросы БП не подлежат учету и нормированию [41, 114, 115].

По степени воздействия на организм человека БП отнесен к I классу (вещества чрезвычайно опасные). Бензпирен независимо от пути попадания в организм проникает в кровь, токсично воздействуя в первую очередь на печень, желудочно-кишечный тракт, почки. Ряд эпидемиологических исследований свидетельствует о канцерогенной активности как самого БП, так и некоторых продуктов, содержащих его в повышенных количествах. Известно также, что при наличии БП в каждой конкретной среде подразумевается присутствие в ней большинства других ПАУ. Кроме непосредственного воздействия, БП, как и другие ПАУ, попадая в атмосферу и взаимодействуя с оксидами азота, под влиянием солнечной радиации образует фотохимические оксиданты - компоненты фотохимического смога, что является дополнительным фактором ухудшения экологической обстановки [73, 110, 184, 197, 282, 291].

По данным польских исследователей, содержащиеся в атмосферном воздухе ПАУ влияют на интеллектуальное развитие детей до 5 лет, c последствиями по успеваемости в школе [243].

В структуре атмосферных выбросов ТЭЦ относительно большой удельный вес (более 30 %) принадлежит пыли летучей золы, образующейся при сжигании каменного угля, торфа при температуре выше 1200^OC. Тип используемой технологии сжигания сильно влияет на содержание золы-уноса в дымовых газах котла. Например, котел с подвижной решеткой производит относительно малое количество летучей золы (20-40% от общего количества золы), в то время как пылеугольный котел производит значительно большее количества летучей золы (80-90%). В меньшей степени твердые частицы образуются при сжигании жидкого топлива. Дисперсный состав летучей золы за­висит как от природы топлива, так и от технологических процессов пылеприготовления и пылесжигания. Топлива, содержащие примеси трудно размалываемой породы, об­разуют в результате размола и сжигания более крупнодисперсную летучую золу, чем топлива, месторождениям которых сопут­ствуют глинистые породы. Малозольные топлива, как правило, имеют более мелко­дисперсную золу, чем многозольные. На дисперсный состав летучей золы оказывает влияние степень измельчения топлива перед сжиганием в топках котлов. Так, более мелкодисперсные фракции наблюдаются при размоле топлива в шаровых барабан­ных мельницах. Наконец, дисперсный со­став золы сильно зависит от степени осаж­дения минеральной части топлива в шлак. При увеличении выхода жидкого шлака повышается дисперсность золы как за счет осаждения более крупных частиц в шлак, так и в результате возгона в топочной ка­мере при высоких температурах некоторых соединений минеральной части топлива с последующей конденсацией их при охлаждении дымовых газов. Наличие вы­сокодисперсных частиц в продуктах сгора­ния является причиной, обусловливающей трудности очистки дымовых газов [2, 7, 84].

В условиях низких температур зимнего периода водяной пар в газо-аэрозольной струе может конденсироваться и выпадать в виде ледяной крупы вблизи источника, вымывая при этом часть загрязняющих веществ. Результаты проведенного в холодное время года исследования показывают, что концентрация золы от ТЭЦ максимальна вблизи нее, затем убывает до минимума на расстоянии примерно 3 км, а затем снова возрастает с удалением от источника, и на расстояние 5–8 км от ТЭС достигает максимума. Далее концентрация убывает по закону q ~l x , характерному для турбулентной диффузии. Такое распределение концентрации объясняется одновременным действием вблизи ТЭЦ двух механизмов: вымывания золы льдом и турбулентной диффузией, а вдали от ТЭЦ – действием диффузии в условиях преобладания слабых ветров и устойчивой стратификации атмосферы. Из-за слабого турбулентного перемешивания по вертикали зола уносится ветром и достигает подстилающей поверхности вдали от источника, формируя здесь максимум концентрации [206].

Гигиеническое значение аэрозолей с твердой фазой обусловливается их физико-химическими свойствами, среди которых наиболее важное значение имеют дисперсность, растворимость, химический состав. От дисперсности пылевых частиц зависит глубина их проникновения в дыхательные пути, химическая и биологическая активность. Скорость осаждения частиц зависит от их размера, плотности и формы. Частицы с диаметром > 10 мкм осаждаются достаточно быстро. Их воздействие проявляется в непосредственной близости от источника. Частицы с диаметром < 10 мкм и особенно < 2,5 мкм могут преодолевать сотни километров, прежде чем осядут. Аэрозоли могут выполнять функцию ядер конденсации при образовании облаков и таким образом вымываются из атмосферы с осадками. Химический состав и растворимость пыли определяют характер биологического действия, в частности фиброгенное, аллергенное, раздражающее и токсическое действие [27, 150, 220, 300].

Способность пылевых частиц вызывать повреждение клеточных мембран принято называть цитотоксичностью. В гигиенической практике для ускоренной оценки цитотоксичности малорастворимых пылей “in vitro” применяется сравнительный принцип, когда наряду с вновь изучаемыми исследуются пылевые частицы, известные своей высокой или низкой цитотоксичностью. В настоящее время для сравнительной оценки цитотоксичности “in vitro” применяются способы, основанные на измерении тех или иных показателей (активности ферментов-маркеров, хемилюминесценции, жизнеспособности по не включению специального красителя, гемолитической активности) в культурах изолированных макрофагов, эритроцитов при инкубации их с вновь изучаемыми и с известными своей высокой или низкой цитотоксичностью пылевыми частицами. Недостатками перечисленных способов являются сложность и трудоемкость выполнения отдельных технологических операций, применение дорогостоящих реактивов и оборудования [27].

В атмосферном воздухе твердые аэрозоли и газообразные соединения наиболее часто образуют пылегазовые композиции, причем локальная концентрация адсорбированных газов может превышать их концентрацию непосредственно в газовой фазе. Выраженная способность пылевых частиц сорбировать токсичные газообразные соединения, оказывает влияние на характер биологического действия [128, 148, 221, 250].

Единичные литературные сообщения о характере биологического действия пыли летучей золы касаются в основном изучения фиброгенного действия данного загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест. Так, по данным экспериментальных исследований однократное интратрахеальное введение белым крысам пыли летучей золы ТЭЦ приводит к образованию в легких через 6 месяцев клеточно-пылевых очажков с отдельными нежными коллагеновыми волокнами на их периферии [11, 64]. Сведения по изучению биологического действия пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси, как постоянного фактора воздушного бассейна районов размещения ТЭЦ, в доступной нам литературе отсутствуют.

Современные представления о первичных механизмах патогенного действия пылевых частиц связаны с пагубным воздействием на фагоцитирующие их мононуклеарные и полиморфнонуклеарные лейкоциты, благодаря способности стимулировать длительное избыточное образование в легких активных форм кислорода (АФК). Многолетние исследования, выполненные под руководством Академика РАМН, профессора Б.Т. Величковского показали, что в основе этого процесса лежат три механизма. Первый из них обусловлен активизацией фагоцитов пылевыми частицами за счет слабых химических взаимодействий при контакте поверхности пылинки с клеточной мембраной. Второй связан с трансформацией образовавшихся АФК на каталитических центрах пограничного слоя частиц. Третий связан с развитием в кониофаге энергодефицитного состояния и внутриклеточной гипоксии. Образующиеся под влиянием пылевых частиц АФК не только вызывают гибель кониофагов, но и обусловливают развитие морфологических, патофизиологических и иммунологических изменений, лежащих в основе клинических проявлений различных заболеваний [23, 24, 26].

Первичный механизм образования АФК обусловлен активизацией фагоцитов за счет слабых физико-химических взаимодействий (дисперсионное и гидрофобное взаимодействие; электростатическое связывание) при контакте поверхности пылевых частиц с клеточной мембраной [27].

Интенсивность генерации АФК во многом определяется свойствами дисперсности и поверхности пылевых частиц. При взаимодействии пылевых частиц с клеточной мембраной для активизации фагоцита требуется одновременное многоточечное связывание. Поэтому уровень активизации фагоцитов напрямую зависит от дисперсности аэрозолей. Чем выше дисперсность пылевых частиц, тем большее количество мест связывания на поверхности фагоцита занимает весомая единица пыли и, следовательно, тем в большей степени выражена ее активирующая способность. Уровень активации фагоцитов зависит также от свойств поверхности аэрозолей. Судя по интенсивности генерации АФК, взаимодействие поверхности исследуемых пылевых частиц с клеточной мембраной представляет собой электростатическое связывание. Оно обусловлено неравномерным распределением электронной плотности на поверхности излома, создающим суммарный, эффективный заряд частицы. Чем выше дзета-потенциал, тем больше способность пылевой частицы активизировать фагоциты. Участками электростатического связывания на поверхности клетки являются фосфолипиды мембран [23, 24, 26, 27].

Дальнейшее накопление активных форм кислорода связано с интенсивной вторичной трансформацией АФК на поверхности частиц пыли за счет развития каталитических реакций с участием ионов переходных металлов [27].

Возможен и другой механизм вторичной трансформации АФК. Согласно, разработанной отечественным физиком Ф.Ф. Волькинштейном, теории гетерогенного катализа на полупроводниках, можно предположить, что на поверхности пылевых частиц возможна каталитическая реакция полупроводникового типа, продуктами которой могут быть свободные радикалы [34].

Способность фагоцитов генерировать свободные радикалы существенно повышается после кислородного прайминга в легочных капиллярах. Избыточное количество свободно-радикальных соединений способно вызывать воспаление. Роль этого механизма детально изучена при пылевой патологии легких, однако можно предположить, что этот же механизм может представлять повышенную опасность для левого предсердия и левого желудочка сердца, куда попадает из легких кровь, содержащая активированные нейтрофилы [24, 26].

Известно, что АФК химически исключительно активны и вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов биологических мембран.

Активация процессов ПОЛ приводит к нарушению структурной и функцио­нальной ориентации мембран, мембранного транспорта, модификации клеточных белков и развитию преморбидных и патологических со­стояний [13, 241].

Интенсификация под влиянием свободных радикалов процессов перекисного окисления липидов может влиять на структуру и барьерные свойства клеточных мембран, ответственных за транспорт Са2+, вызывая нарушение их нормального функционирования. В возникновении подобного рода повреждений существенную роль играют не только первичные (гидроперекиси, диеновые конъюгаты), но и вторичные продукты свободнорадикального окисления (малоновый диальдегид, пентан, основания Шиффа) [31].

При нарушении равновесия между образованием липоперекисей, с одной стороны, и регуляторным влиянием антиоксидантной системы (АОС), с другой, формируются патологическмие состояния, именуемые свободнорадикальными болезнями. Это возможно при активации систем, генерирующих О^2- или угнетением одного или нескольких компонентов АОС [147, 172, 187].

Промежуточные и конечные продукты ПОЛ: гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот, малоновый диальдегид (МДА) и продукты, ассоциированные с ТБКап, диеновые конъюгаты являются мутагенами. Наибольшую опасность в этом отношении, по-видимому, представляют альдегиды, которые за счет образования белковых сшивок способны инактивировать ферменты, обеспечивающие це­лостность генетических структур. Свободные радикалы могут вызывать разрыв нитей ДНК, обладая, в зависимости от ситуации, мутагенным, канцерогенным или цитостатическим действием. С другой стороны, реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, радикалы гидроксила инициируют цепную реакцию их пероксидации [30, 31, 201].

В литературных источниках подчеркивается роль избыточного количества свободных радикалов в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний, которая заключается в развитии воспалительных процессов в миокарде, митохондриальной гипоксии и нарастании энергетического дефицита в кардиомиоцитах, что может привести к дистрофическим изменениям миокарда. Продукты перекисного окисления липидов способны изменять барьерные свойства клеточных мембран, вызывать вазоконстрикцию артериол и повышение общего периферического сопротивления [33, 91, 98, 108, 111, 269].

Свободнорадикальные механизмы лежат в основе формирования хронических ревматических болезней сердца. Развитие хронической ревматической болезни сердца сопровождается увеличе­нием метаболической активности нейтрофильных гранулоцитов и гиперэкспрессией факторов окислительного стресса [74, 75].

Свободные радикалы, обладая высокой химической активностью, вызывают асептическое воспаление в органах дыхания и как следствие развитие хронических бронхообструктивных заболеваний [26, 227, 229, 266].

Одним из факторов, способных приводить к активизации свободнорадикальных механизмов повреждения липопротеинов, могут являться присутствующие в окружающей среде различные вещества, оказывающие прооксидативное действие, среди которых основная доля приходится на переходные металлы или d – элементы Co (II), Mn (VII), Zn (II), Cr (VI), Cr (III), Ni (II) [16].

Патогенетическое значение в развитии болезней органов дыхания имеют рефлекторный и аллергический механизмы, раздражающее и цитотоксическое действие адсорбированных на поверхности пылевых частиц газообразных соединений [152, 315].

Взвешенные вещества, наряду с диоксидами серы и азота, оксидом углерода и озоном, отнесены к наиболее опасным для здоровья городского населения веществам, способствующих возникновению различных по своим качественным особенностям эффектов: понижение защитно-приспособительных сил организма, повышение уровня заболеваемости, прежде всего легочными, сердечно-сосудистыми и аллергическими заболеваниями, злокачественными новообразованиями [213, 219, 222, 226, 230, 251, 252, 256, 270, 317, 322, 325].

Исследования, проведенные по методологии оценки риска влияния на здоровье населения техногенных токсических веществ, поступающих в окружающую среду, показали, что среди всех выбросов в атмосферный воздух приоритетная роль принадлежит взвешенным частицам. Вслед за взвешенными веществами по величине негативных последствий располагаются диоксид серы, оксиды азота, бензпирен и свинец [26, 217, 281, 307, 311, 314, 323].

Загрязнение атмосферного воздуха оксидом углерода, диоксидами серы и азота, озоном и взвешенными частицами размерами менее 10 мкм напрямую связано с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в частности с ишемической болезнью сердца [214, 216, 223, 228, 235, 254, 264, 285, 286, 296, 308, 309, 310].

Вдыхаемые человеком твердые частицы оказывают влияние на частоту сердечных сокращений, могут поражать вегетативную нервную систему непосредственно, вызывая стрессовую реакцию симпатической нервной системы, или косвенно, через воспалительные цитокины, производимые в легких и выпускаемые в систему кровообращения. Изменение автономного контроля сердечной деятельности после воздействия твердых частиц может быть связана с производством цитокинов и со стрессовой реакцией симпатической нервной системы соответственно или с кумулятивным эффектом, который появляется вскоре после начала вредного воздействия [231, 239, 249, 253, 267, 273, 274, 277, 284, 294, 301].

Отмечается тесная взаимосвязь при воздействии взвешенных веществ между сердечной и легочной патологиями [215, 226, 252, 261, 280, 298].

Эпидемиологические исследования показывают, что воздействие мелких твердых частиц (аэродинамическим диаметром ≤ 2,5 мкм) увеличивает общую суточную смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. Основными причинами повышения уровня смертности являются отрицательное воздействие РМ_2,5 на желудочковую реполяризацию и нарушение сердечной вегетативной функции, которая проявляется в виде снижения вариабельности сердечного ритма [ 265, 278, 283, 287, 321].

В атмосферном воздухе населенных мест подъемы среднесуточных концентраций взвешенных веществ, даже не превышающие ПДК, могут сопровождаться увеличением смертности населения и обострением респираторной симптоматики у детей, особенно на фоне хронических заболеваний легких обструктивного типа [25, 26].

Снижение концентрации взвешенных веществ в атмосферном воздухе с 0,39 до 0,11 мг/м³ позволило предотвратить 1730 случаев дополнительных смертей от хронического и 1020 случаев смертей от острого воздействия мелкодисперсной фракции взвешенных веществ [205].

Эколого-эпидемиологическими исследованиями определены различные группы характеристик, которые могут привести к повышенному риску здоровью населения при воздействии взвешенных частиц. К числу таких характеристик относятся вещественный состав взвешенных частиц, территориальная близость проживания населения к источникам загрязнения атмосферного воздуха, вредные привычки, стадии жизни (например, дети и пожилые люди), предшествующие сердечно - сосудистые и респираторные заболевания, генетический полиморфизм, и низкий социально-экономическим статус [240, 268, 297, 316, 319].

По данным ученых из Университета Южной Калифорнии, дети, чьи мамы во время беременности жили в районах с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота и взвешенными веществами (PM_2,5, PM₁₀), в 3 раза чаще болели аутизмом, чем дети, проживающие в относительно экологически чистых местах [313].

Предприятия теплоэнергетики, работающие на твердом и жидком топливе, наряду с металлургической, химической и цементной промышленностью, дизельным автотранспортом являются источниками поступления в атмосферный воздух наночастиц (НЧ) размером меньше 100 нанометров [196, 275].

Отмечены корреляции между промышленным использованием НЧ, уровнем загрязнения атмосферы и состоянием здоровья населения, в частности, наблюдается повышение смертности по мере нарастания содержания НЧ в атмосферном воздухе, особенно от болезней органов дыхания и системы кровообращения [260, 276].

Чрезвычайно высокая поверхностная энергия наночастиц обуславливает их почти мгновенную коагуляцию в воздухе с образование оседающих хлопьев. При образовании аэрозолей дезинтеграции, возникающие наночастицы прилипают к поверхности более крупных пылинок и без специальной обработки не могут быть выделены в виде самостоятельной фракции [28].

Наночастицы способны проникать в клетки, минуя гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, и избирательно накапливатся в разных типах клеток и клеточных структурах. Наночастицы способны к трансцитозу через эпителиальные и эндотелиальные клетки, распространяются по ходу дендритов и аксонов нервов, циркулируют в кровеносных и лимфатических сосудах, имеют тропность к определенным тканям. В экспериментах in vitro показано, что разрушающее действие НЧ на альвеолярный эпителий обусловлено повреждением клеточных структур вследствие прооксидантного эффекта и зависит от состава НЧ, заряда и площади их поверхности [212, 232, 233, 234, 245, 246, 257, 258, 271, 272, 288, 303].

При ингаляционном воздействии особенно токсичны нерастворимые в воде НЧ размером менее 20 нм, 90% которых проникает через слизистую в ткани, всасывается в кровь и уже через 2 - 4 часа обнаруживается в печени, почках, головном и костном мозге. Около 15% НЧ крупных размеров депонируется в носоглотке и более 50% - в альвеолярной области. Вследствие трансцитоза через эпителиальные клетки дыхательной системы и сенсорные нервные окончания НЧ проникают в кровь и лимфу. Из-за неспособности альвеолярных макрофагов фагоцитировать НЧ размером менее 20 нм, они легко проникают через альвеолярный эпителий и продолжают внутритканевое перемещение. При ингаляционном поступлении НЧ в организм человека, воспалительные поражения легочной ткани обусловлены преимущественно их прооксидантным и генотоксическим действием [224, 234, 242, 255, 258, 279].

В формировании неблагоприятных эффектов атмосферных НЧ размером менее 2,5 нм для системы кровообращения показана роль воспалительных реакций, повышения свертываемости крови и развития коагулопатий, способствующих образованию тромбов и манифестации ишемической болезни сердца. В основе цитотоксических эффектов наночастиц лежат окислительный стресс и воспалительные реакции [237, 245, 276].

Выбросы тяжелых металлов являются результатом их естественного присутствия в органическом топливе. Тяжелые металлы (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) обычно выбрасываются в форме соединений в составе твердых частиц. Менее летучие элементы стремятся сконденсироваться на поверхности малых частиц в потоке дымового газа. Поэтому тонкодисперсные фракции частиц, как правило, обогащены тяжелыми металлами. Содержание тяжелых металлов в угле, как правило, больше, чем в нефти или в природном газе. В процессе сжигания угля частицы подвергаются сложным изменениям, которые ведут к испарению летучих элементов. Скорость испарения соединений тяжелых металлов зависит от свойств топлива (концентрации в угле, доли неорганических соединений, таких как кальций) и характеристик применяемой технологии (тип котла, режим эксплуатации) [96].

Согласно современным представлениям, общим в механизме токсического действия тяжелых металлов (свинца, меди, цинка) является их способность влиять на процессы декарбоксилирования и инакцивации функциональных групп ферментных белков, образовывать прочные связи с SH – группами. Тяжелые металлы обладают большим сродством к сере и легко вступают с ней в соединение, блокируя SH – группы в аминокислотах. Высокая реакционная способность металлов способствует нарушениям окислительно-восстановительных процессов, обуславливая снижение активности оксидаз, в частности, цитохромоксидазы, вызывая дефицит витаминов С и В₁. Экспериментально установлено тератогенное, мутагенное и канцерогенное действие свинца, цинка и меди. Токсическое действие тяжелых металлов проявляется в виде поражения центральной и периферической нервной системы, паренхиматозных органов, костной ткани. Механизм токсического действия кадмия связан с угнетением активности ряда ферментных систем в результате блокирования карбоксильных, аминных и SH – групп белковых молекул, нарушением фосфорно-кальциевого обмена. Исследования, проведенные на животных различных уровней организации – от микроорганизмов до млекопитающих, – показали, что соединения кадмия обладают гонадотоксическими, тератогенными, мутагенными и канцерогенными свойствами и представляют потенциальную генетическую опасность. Одним из проявлений резорбтивно-токсического действия тяжелых металлов является кардиотоксический эффект, в результате которого развиваются изменения сосудов и сердца, главным образом, гипертензивной направленности сосудистых реакций, повышением сосудистого тонуса, а также диффузными изменениями мышцы сердца, связанными с изменениями кровоснабжения и метаболизма миокарда. Тяжелые металлы активизируют процессы перекисного окисления липидов. Под их влиянием повышается образование диеновых коньюгатов и малонового диальдегида. Экологическая опасность тяжелых металлов усугубляется их исключительной кумулятивностью, способностью накапливаться в объектах окружающей среды, органах и тканях животных и человека [9, 10, 27, 105, 110, 112, 174, 191, 262, 290].

При сжигании твердого топлива, содержащего мышьяк, образуется триоксид мышьяка. Первичный механизм токсического действия триоксида мышьяка связывают с блокированием SH-групп тиолсодержащих ферментов. Нарушается жировой и углеводный обмен, понижаются окислительные процессы в тканях. Воздействие мышьяка на дигидролипоатдегидрогеназы, липоамидокси-редуктазы и ряд коферментов нарушает окислительное декарбоксилирование пировиноградной и -кетоглутаровой кислот и происходит их накопление в организме. Соединения мышьяка обладают выраженным капилляротоксическим действием. Длительное воздействие неорганических соединений мышьяка, вызывает нарушения со стороны системы кроветворения. Исследования костного мозга обнаруживают нарушения эритропоэза и иногда мегалобластические изменения. Доказана роль неорганических соединений мышьяка в онкопатологии. Канцерогенная активность соединений мышьяка связана с мутагенной активностью данных соединений, различные соматические эффекты которых могут вызывать злокачественную трансформацию. Установлено, что соединения мышьяка могут изменять ферментный статус организма и выступать в роли онкопромоторов или коканцерогенов [244, 289, 292, 318].

В большинстве типов органического топлива присутствуют радиоактивные вещества - изотопы калия, урана и бария. Количество радионуклидов, выносимых в атмосферу, в результате переработки органического топлива, зависит от концентрации их в угле, метода сжигания и эффективности улавливания летучей золы. Благодаря тому, что после сгорания топлива значительная часть радиоактивных веществ остается в золе, эти выбросы практически не влияют на радиационную обстановку в районе ТЭЦ, хотя их общее количество может превышать выбросы радиоактивных аэрозолей на атомной электростанции той же мощности. Оценки показывают, что интегральная активность аэрозольных выбросов ТЭЦ составляет порядка 1011 Бк/год, что сравнимо со штатными выбросами АЭС с реактором ВВЭР–1000 [123, 124, 146].

1.3. Влияние экологических факторов городской среды на здоровье населения.

Среди социально-экономических процессов, существенно влияющих на здоровье населения, следует отметить интенсивную урбанизацию, которая характеризуется развитием крупных городских агломераций, транспортных сетей, концентрацией промышленного производства, изменением природной среды. Гигиенические проблемы урбанизации продолжают оставаться одним из приоритетных и сложных направлений научных исследований в области экологии человека и гигиены окружающей среды. В настоящее время почти половина населения земного шара – это жители городов (в 1800 г. доля городского населения составляла лишь 8 %). Если в 1926 г. в России в городах проживало 17,7 % населения, то к периоду 1989 – 2005 г.г. численность городского населения составляла 73 % общей численности населения Российской Федерации, причем доля городского населения в течение последних лет остается неизменной [59, 119, 120, 162, 194, 198].

Современный город представляет собой сложную систему, в которой человек взаимодействует с природной и антропогенной системами. Природная система включает в себя еще ряд подсистем “вертикальной” структуры: лито- , гидро- , и биосистемы. Антропогенная система делиться на подсистемы в основном по “горизонтальному” принципу: производственную, инфраструктурную и градостроительную. Если первая (природная) характеризуется непрерывностью своих подсистем, то вторая (антропогенная) прерывна. Вследствие этой “прерывности” условия жизни людей в пределах города различны и во многом зависят от искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммунально-складской застройки. Антропогенная система в результате своего функционирования и развития оказывает увеличивающееся отрицательное влияние на экологическую ситуацию внутри микросистем, ухудшая экологическую обстановку [61].

Планировочная структура промышленных городов характеризуется высокой плотностью застройки и сочетанием промышленной и селитебной зон. Около промышленных зон, включающих предприятия различных отраслей промышленности, естественным образом возникли селитебные территории, образуя жилые районы с населением до 100 – 200 тыс. жителей. Происшедшие в нашей стране за последние годы преобразования, направленные на формирование рыночного сектора экономики, изменили облик большинства промышленных городов. В структуре промышленного комплекса городов изменилась доля черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, а также социально ориентированных отраслей промышленности (строительных материалов, пищевой, полиграфической и др.). В тоже время промышленные предприятия продолжают работать в основном по старым несовершенным технологиям и на старом изношенном оборудовании, а промышленные выбросы поступают в атмосферу либо после недостаточно эффективной очистки, либо совсем без очистки. Отмечается дальнейший рост загрязнения воздушного бассейна городов веществами, содержащимися в выбросах автотранспорта, что напрямую связано с увеличением автомобильного парка [29, 71, 186].

Масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду значительны и приобрели актуальность с точки зрения изменений в среде обитания человека и экологических последствий не только для крупных промышленных центров, но и для средних и малых городов. В средних и малых городах (с численностью населения 100 – 150 тыс. человек и менее) в условиях концентрации промышленных предприятий на небольших площадях и не соблюдения требований к санитарно-защитным зонам промышленных предприятий вопросы воздействия факторов окружающей среды приобретают особое значение с точки зрения профилактической медицины [8, 29, 148].

Одним из негативных проявлений влияния процессов урбанизации на здоровье человека является рост показателей заболеваемости населения. Заболеваемость населения, проживающего в городских агломерациях, имеет четкую тенденцию к увеличению. Так, растет число сердечно-сосудистых заболеваний с преобладанием ишемической болезни сердца и гипертонической болезни; увеличивается число больных с впервые установленным диагнозом злокачественных новообразований, и прежде всего рака легких; увеличивается патология эндокринной системы; растет число нервно-психических и аллергических заболеваний [3, 8, 50, 92, 94, 119, 120, 198, 295, 306, 321].

Согласно мнению экспертов ВОЗ, в ближайшее десятилетие автомобильный транспорт будет продолжать вносить значительный вклад в загрязнение воздушной среды в городах Европейского региона. По имеющимся оценкам, 100 тыс. случаев смерти в этих городах могут быть связаны с загрязнением атмосферного воздуха, что приводит к сокращению ожидаемой продолжительности жизни в среднем на 1 год. Значительная часть этих случаев смерти и ряда других неблагоприятных последствий для здоровья связана с загрязнением воздуха транспортными средствами. По оценкам экспертов, от загрязнения атмосферного воздуха в мире ежегодно преждевременно умирает около 800 тыс. человек [162].

Для городских условий характерны сложные режимы сочетания воздействий химических веществ и ряда других факторов окружающей среды (физические, микробиологические, пыльца растений и др.). Оценка вклада острых воздействий атмосферных загрязнений в показатель общей смертности позволила установить, что на долю острого воздействия химических веществ приходится около 11 тыс. случаев смерти в год. Основной вклад в формирование суммарного числа неблагоприятных исходов (более 50%) вносят взвешенные вещества [158, 162].

Актуальной для большинства промышленных городов России остается проблема интенсивного загрязнения почвы тяжелыми металлами вследствие выбросов в приземный слой атмосферы от городских предприятий и автотранспорта. Повышенный риск воздействия тяжелых металлов может испытывать население, проживающее вблизи санитарно-защитных зон предприятий по добыче, обогащению и переработке руд черных и цветных металлов, химических и нефтехимических производств, электротехнических и энергетических предприятий. Данная проблема требует организации системы экологического мониторинга за состоянием почв городских территорий с учетом их функционального зонирования, фонового состояния и региональных особенностей [9, 112, 174, 192].

Важной применительно к городской среде задачей, является оценка риска многосредовых воздействий химических веществ с характеристикой их экспозиций, обусловленных загрязнением питьевой воды и воды водоемов, используемых для рекреационных целей (пероральное, а нередко ингаляционное и перкутанное поступление), местных пищевых продуктов, почвы (пероральное, ингаляционное и перкутанное поступление) [139].

В современных условиях обеспечение городского населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой из-за интенсивного химического и микробиологического загрязнения источников питьевого водоснабжения, низкого уровня внедрения прогрессивных технологий водоподготовки питьевой воды, нарастающего ухудшения состояния водоразводящих сетей. Установлена достоверная зависимость между содержанием в питьевой воде ряда химических веществ и уровнем заболеваемости населения: повышенной минерализацией воды и заболеваниями сердечно-сосудистой [19, 88, 139, 195].

На территории современного города в результате хозяйственной деятельности, движения городского транспорта, работы промышленных предприятий и энергетических объектов образуются шумовые поля, оказывающие неблагоприятное воздействие на здоровье и комфортность проживания людей. Шум, являясь общебиологическим раздражителем, в определенных условиях может влиять на все органы и системы целостного организма, вызывая разнообразные физиологические изменения. Воздействуя на организм как стресс-фактор, шум вызывает замедление реактивности центральной нервной системы, следствием чего являются расстройства регулируемых функций органов и систем, в том числе сердечно-сосудистой. Так, при длительном шумовом воздействии у людей наблюдаются нарушения регуляций мозгового кровообращения, тонуса периферических сосудов, особенно капилляров [72, 154].

Актуальна для городских агломераций также проблема электромагнитного “загрязнения”, связанная с насыщенностью разнообразных источников электромагнитных полей и высокой плотностью населения. Установлено, что высокой чувствительностью к электромагнитным полям обладают иммунная, нервная, репродуктивная, эндокринная, кроветворная и другие системы организма человека, причем стойкие и иногда необратимые изменения могут наблюдаться даже при периодическом воздействии электромагнитных полей сравнительно невысокой интенсивности, а для электромагнитных полей радиочастот при многократно повторяющемся воздействии характерна кумуляция биологического эффекта [15, 95, 151].

1.4. Организация медико-профилактических мероприятий.

Среди мероприятий по защите национальных интересов Российской Федерации в части санитарно-эпидемиологического благополучия населения важное значение придается организации социально-гигиенического мониторинга (СГМ), как государственной системы наблюдений за состоянием здоровья населения и средой обитания. Дальнейшее развитие системы СГМ требует целенаправленного оптимального научно-методического обеспечения и внедрения новых научных разработок. Среди основных задач по совершенствованию и развитию СГМ следует назвать продолжение работ по расширению унифицированной системы показателей путем включения в нее новых данных эпидемиологических исследований, развитию разделов СГМ, связанных с оценкой риска и экономического ущерба вследствие ухудшения здоровья населения, вызванного промышленным загрязнением объектов окружающей среды [1, 3, 12, 29, 57, 66, 68, 138, 159, 163, 140].

При организации социально-гигиенического мониторинга необходимо обосновать приоритетные для наблюдения загрязнители окружающей среды, в отношении которых целесообразно осуществлять программы снижения риска здоровью населения. Разработке систем СГМ должны предшествовать углубленные исследования, позволяющие создать базу данных для экспертной оценки и в итоге решить вопрос о целесообразности проведения мониторинга на определенной территории. В ходе предварительного исследования дается исчерпывающая количественная пространственно-временная характеристика выраженности на изучаемой территории комплекса факторов внешней среды, проводится комплексное изучение здоровья населения с получением интегральных оценок, строятся математические модели, описывающие количественные зависимости между степенью выраженности наблюдаемых факторов окружающей среды и интегральным показателем здоровья. Проводимая в дальнейшем экспертная оценка результатов предварительных исследований позволяет определить источники экологической опасности, необходимый факторный набор для постоянного наблюдения, выделить группы населения для наблюдения, определить наиболее информативные показатели здоровья населения, периоды временного осреднения наблюдения [29, 66, 148, 209].

Установление причинно-следственных связей занимает центральное место в комплексных эколого-гигиенических исследованиях в регионах и населенных пунктах, проводимых в рамках социально-гигиенического мониторинга с целью разработки профилактических и оздоровительных мероприятий по защите населения от действия установленных в ходе этих исследований приоритетных вредных факторов. Современная методология анализа зависимости здоровья населения от факторов окружающей среды базируется на двух взаимосвязанных и взаимодополняющих подходах: доказательном установлении этой зависимости для тех нарушений популяционного здоровья, которые уже имеют место и прогнозировании вероятности развития таких нарушений [100, 118].

В условиях возрастающего антропогенного воздействия на природную и окружающую среду оценка риска для здоровья населения от воздействия различных факторов становится чрезвычайно актуальной при разработке и проведении оздоровительных и природоохранных мероприятий. Концепция риска, принятая в настоящее время в большинстве развитых стран, представляется наиболее надёжным аналитическим инструментом, позволяющим на научной основе определять факторы риска для здоровья человека, их соотношение, и на этой основе проводить ранжирование медико-экологических проблем по степени их важности, определять приоритеты деятельности по минимизации, а по возможности - и устранению риска [63, 70, 79, 86, 87, 88, 94, 106, 107, 144, 157, 293].

Важным аспектом оценки риска для здоровья, в том числе для установления целесообразности и приоритетности принимаемых управленческих решений по минимизации неблагоприятного воздействия факторов окружающей среды на население, является определение структуры детерминирующих факторов. Многофакторность антропогенной нагрузки в городской среде определяет сложность установления взаимосвязи в системе здоровье населения – окружающая среда. Факторы окружающей среды могут иметь многообразные прямые или опосредованные связи с нарушением состояния здоровья населения. Редко они выступают в качестве первопричины тех или иных нарушений в состоянии здоровья человека, значительно чаще заболевания возникают при воздействии множества слабых причинных факторов, обладающих, в том числе модифицирующим действием [28, 52, 76, 89, 160, 178, 179, 186, 209].

Широко применяемые в настоящее время методики установления причинно-следственных связей в системе “окружающая среда – здоровье населения”, основанные на применении линейных моделей и переменных с нормальным распределением, а так же методов непараметрической статистики, имеют ряд особенностей негативно влияющих на качество оценки и прогнозирования риска здоровью населения в зависимости от уровней воздействия экологических факторов. К числу таких особенностей относятся линейный характер зависимости, ограничения по нормальности распределения переменных, крайне низкая способность к экстраполяции, чувствительность к размерности данных. Современные методики установления причинно-следственных связей в системе “окружающая среда – здоровье населения” должны быть независимы от ограничений по распределению переменных модели, обладать способностью моделировать как линейный, так и нелинейный характер зависимости, а так же способностью к обучению, приспособлению к изменившимся условиям [17, 49].

Формирование эффективной стратегии медико-профилактических мероприятий невозможно без учета региональных и местных особенностей. Эпидемиологические исследования должны быть основными при оценке существующей ситуации и потребностей здравоохранения. При этом приоритетным остается стремление к оценке индивидуального сердечно-сосудистого риска, основанного на знании совокупного вклада патологических факторов, имеющихся у конкретного индивидуума в конкретной ситуации [135].

Продолжающийся рост общей и первичной заболеваемости и смертности населения, снижение продолжительности жизни россиян обусловливают необходимость принятия незамедлительных мер, направленных на выявление первичных и вторичных факторов риска, своевременную диагностику и адекватную терапию заболеваний. Наиболее эффективными мерами для решения этой проблемы являются всеобщая диспансеризация и скрининговые обследования населения, позволяющие доступными методами выявлять патологию. Проблемой в данном случае является необходимость массового обследования населения с минимальной временной затратой и достаточным уровнем качества диагностики [48, 161, 175, 185].

При организации диспансеризации населения необходимо предусмотреть внедрение эффективных технологий функциональных и лабораторных исследований для выявления начальных, обратимых стадий патологических состояний. В этом плане крайне важна оценка функциональных резервов организма, существенное место в которых должно быть отведено антиоксидантному статусу. При массовых обследованиях населения, особенно детского, оценка адаптационных возможностей организма должна проводиться неинвазивными методами. К числу таких методов можно отнести - оценку естественной резистентности организма путем определения уровня содержания лизоцима в слюне; установление уровня интегрального показателя резистентности организма, характеризующего отношение интенсивности процессов свободно-радикального окисления и антиокислительной активности при исследовании конденсата альвеолярной влаги (экспирата) из выдыхаемого воздуха [135, 156, 236].

Планирование, осуществление и контроль эффективности профилактических мероприятий могут быть более действенными, если учитывать информированность населения по вопросам, связанным со здоровьем. По мнению исследователей, занимающихся проблемами общественного здоровья населения, мероприятия по первичной профилактике хронических неинфекционных заболеваний необходимо начинать с повышения уровня знаний населения по этой проблеме [6].

Одной из проблем современной профилактической медицины является коррекция донозологических состояний, возникающих под влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды. Наиболее реальным путем коррекции донозологических состояний является применение индивидуальной биологической профилактики (ИБП), предусматривающей использование средств и воздействий, направленных на повышение эффективности естественных механизмов детоксикации и элиминации, снижение задержки вредного вещества в организме, повышение функциональных резервов на всех уровнях организма, повышение эффективности репаративных и замещающих процессов, использование функциональных антагонизмов между металлами. Типичными примерами биопротекторов могут служить энтеросорбенты (овощные и фруктовые пектины), сапарал, витамины, антиоксидантные системы пищевых компонентов [54, 55, 81, 193].

Многочисленными исследованиями было подтверждено, что одним из рациональных путей повышения антирадикальной активности, обладающим, кроме того, и устойчивым во времени эффектом, является полноценное и сбалансированное питание, содержащее естественные антиоксиданты. Наиболее адекватные способы коррекции окислительного баланса должны включать достижение сбалансированности и микроэлементного состава внутренней среды организма, тесно связанного с уровнем свободнорадикального окисления при направленной антиоксидантно-нутриционной поддержке организма, которая давала хороший результат в 90 % случаев [51, 77, 134, 135, 136, 180, 181, 211].

В организационном плане внедрение индивидуальной биологической профилактики наиболее реально осуществляется в организованных детских коллективах – в детских дошкольных учреждениях и школах. В качестве примера можно привести, разработанную в Екатеринбургском медицинском научном центре профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий, систему биологической профилактики, которая состоит из 3 этапов, включающих разработку и экспериментальное обоснование принципов, методов и СБП, внедрение экспериментально апробированных СБП в практику, проведение биопрофилактических курсов среди широких контингентов детского населения, проживающих в зонах экологического риска [82, 101, 102, 103].

Таким образом, анализ доступной нам литературы показал, что в приведенных материалах содержатся сведения, касающиеся вопросов, связанных с эколого-гигиеническими проблемами теплоэнергетики, развития городских промышленно-энергетических комплексов, которые продолжают оставаться одним из приоритетных и сложных направлений научных исследований в области экологии человека и гигиены окружающей среды, общественного здоровья и здравоохранения.

В литературных источниках приводятся сведения по изучению состояния окружающей среды и здоровья населения в районах размещения ПТЭ в периоды применения в отрасли несовершенного в техническом и эколого-гигиеническом отношениях технологического и санитарно-технического оборудования, модельному прогнозированию риска здоровью населения по общепринятым методикам, токсикологической характеристике и современным представлениям о патогенетических механизмах действия отдельных компонентов атмосферных выбросов ПТЭ, общим вопросам организации медико-профилактических мероприятий и оценки риска здоровью населения.

Вместе с тем, в литературе имеются лишь единичные сообщения, касающиеся медико-экологических проблем в районах размещения современных твердотопливных ТЭЦ, отсутствуют сведения о комплексном влиянии экологических факторов в районах размещения городских ПТЭ, по изучению первичных механизмов патогенного действия пыли летучей золы и характере биологического действия данного загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест в составе пыле-газовой смеси, по организации мониторинга здоровья населения в районах размещения городских ПТЭ, что и послужило основанием для проведения настоящего исследования.