ГБОУ ВПО Кировская Государственная Медицинская Академия
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Н а правах рукописи
Петров Сергей Борисович
МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОНИТОРИНГА ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИЯХ РАЗМЕЩЕНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ
14.02.01 – гигиена
14.02.03 – общественное здоровье и здравоохранение
Диссертация
на соискание ученой степени
доктора медицинских наук
Научные консультанты:
Доктор медицинских наук,
профессор Шешунов И.В.
Доктор медицинских наук,
профессор Цапок П.И.
Оренбург - 2013
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение …………………………………………………………………………5
Глава I. Современное состояние охраны атмосферного воздуха и здоровья
населения в районах размещения предприятий теплоэнергетики (обзор
литературы) ……………………………………………………………………..15
1.1. Эколого-гигиенические проблемы отечественной теплоэнергетики…...15
1.2. Условия образования, токсикологическая характеристика и влияние
на здоровье населения основных компонентов атмосферных выбросов
предприятий теплоэнергетики………………………………………………….26
1.3. Влияние экологических факторов городской среды на здоровье насе -
ления……………………………………………………………………………...44
1.4. Организация медико-профилактических мероприятий………………….48
Глава II. Объекты, объемы и методы исследования ………………………….55
Глава III. Гигиеническая характеристика окружающей среды в районах
размещения твердотопливных ТЭЦ……………………………………………73
3.1. Краткое описание основных принципов работы твердотопливных
теплоэлектроцентралей…………………………………………………………73
3.2. Гигиеническая оценка состояния атмосферного воздуха в районах
размещения городских теплоэлектроцентралей………………………………75
3.3. Гигиеническая характеристика качества водопроводной питьевой
воды и акустического режима на исследуемой городской территории…….95
Глава IV. Эколого-гигиеническая оценка здоровья населения, прожи -
вающего в районах размещения твердотопливных ТЭЦ……………………..99
4.1. Общая заболеваемость взрослого населения……………………………..99
4.1.1. Смертность взрослого населения от болезней системы кровообра-
щения и органов дыхания……………………………………………………...126
4.2. Общая заболеваемость детского населения……………………………...127
4.2.1. Распространенность заболеваний среди детей раннего возраста….....147
4.2.2. Физиометрические показатели развития детей, проживающих в районах влияния атмосферных выбросов городских теплоэлектроцентралей….153
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
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность вопроса. В развитии социально-экономического потенциала государства ведущее место занимает энергетика. Проблемы энергоснабжения и охраны окружающей среды вошли в число важнейших государственных задач Российской Федерации как основы высокого качества жизни населения (В.П. Воронин, 2006; Е.Е. Васильев, 2008).
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.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось научное обоснование мониторинга здоровья городского населения, проживающего в районах воздействия атмосферных выбросов твердотопливных теплоэлектроцентралей.
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.
Научная новизна исследования. В данной работе впервые представлены материалы комплексного эколого-гигиенического и эпидемиологического исследования в районах размещения современных мощных теплоэлектроцентралей, где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь:
- 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 (РМ2,5 , 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.).
Положения, выносимые на защиту:
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.
Апробация работы и публикации. Материалы исследования и основные положения работы были доложены на совместной научно-практической конференции сотрудников кафедр общественного здоровья и здравоохранения, общественного здоровья и здравоохранения Института последипломного образования, общей гигиены и экологии ГБОУ ВПО “Кировская государственная медицинская академия” Минздрава РФ (Киров, 2013), VII Международной научно-практической конференции “Состояние биосферы и здоровье людей” (Пенза, 2007), VII Международной научно-практической конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности” (Пенза, 2007), Всероссийской научно-практической конференции “Актуальные вопросы современной биохимии” (Киров, 2007), XII Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2007), XIII Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2008), 10 – й Всероссийской научно-практической конференции “Региональные и муниципальные проблемы природопользования” (Киров, 2008), VII Съезде аллергологов и иммунологов СНГ (Санкт-Петербург, 2009), II Всемирном форуме по астме и респираторной аллергии (Санкт-Петербург, 2009), III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Медико-физиологические проблемы экологии человека" (Ульяновск, 2009), Международном конгрессе по реабилитации в медицине и иммунореабилитации (Дубай, ОАЭ, 2009), Всероссийской научно-практической конференции “Проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий и устойчивого развития (Вологда, 2010), XV Международном конгрессе “Экология и здоровье человека” (Самара, 2011), IX Международной научно-практической конференции “Окружающая среда и здоровье” (Пенза, 2012).
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.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы описания объектов, материалов и методов исследования, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений.
Диссертация изложена на 287 страницах машинописного текста, содержит 71 таблицу, 45 рисунков. Библиографический указатель включает 327 источников, в том числе 116 публикаций зарубежных авторов.
Связь работы с научными программами. Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО “Кировская государственная медицинская академия” Минздрава РФ (номер государственной регистрации 01.2.01.358.206).
Личный вклад. Автору принадлежит инициатива в выборе научного направления исследования, ведущая роль в проведении работ на всех этапах комплексного исследования, в том числе в анализе и обобщении полученных результатов, в их обсуждении в публикациях, докладах на научных форумах и внедрении в практику. В работах, выполненных в соавторстве, автором лично проведена статистическая и аналитическая обработка результатов эколого-гигиенических, эпидемиологических, физиометрических и экспериментальных исследований, математическое моделирование причинно-следственных связей в системе “экологические факторы городской среды - здоровье населения”. Доля участия автора в разработке инновационных технологий составила более 75 %.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные положения диссертации соответствуют формулам специальностей 14.02.03 – общественное здоровье и здравоохранение, 14.02.01 – гигиена. Результаты проведенного исследования соответствуют областям исследования специальностей, конкретно пунктам 2, 3 паспорта общественного здоровья и здравоохранения, 1, 2 и 4 паспорта гигиены.
|
