Оценка риска для здоровья населения Пермского края, обусловленного болезнями органов дыхания, при воздействии загрязнения атмосферного воздуха в условиях волн жары

Введение

В условиях растущей антропогенной нагрузки и меняющегося климата возникают особые задачи при обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения. Система органов дыхания ‒ одна из наиболее уязвимых в организме человека [1‒4]. Согласно официальным данным Федеральной службы государственной статистики (Росстат), в 2024 г. болезни органов дыхания (БОД) остаются одной из основных причин заболеваемости населения Российской Федерации (48,8% от общего числа зарегистрированных случаев болезней)¹.

Релевантными научными источниками подтверждено, что такие загрязняющие вещества, как оксид и диоксид азота, диоксид серы, взвешенные частицы, оксид углерода, ксилол, аммиак и др., могут способствовать обострению хронических болезней органов дыхания и, следовательно, увеличению числа госпитализаций пациентов по причине астмы, острого и хронического бронхита, хронической обструктивной болезни лёгких и др. [1, 4‒8]. На фоне прогрессирующих климатических изменений отмечается устойчивая тенденция к росту частоты, интенсивности и продолжительности волн жары [9, 10], которые также оказывают значительное влияние на увеличение заболеваемости населения БОД [10‒15].

Согласно имеющимся научным данным, загрязнение атмосферного воздуха в условиях экстремально высоких температур, характерных для волн жары, способствует усилению воздействия на органы дыхания, вызывая снижение функции лёгких, аллергии, обострения хронических респираторных болезней и увеличение смертности населения [1, 2, 16, 17].

Патофизиологически тепловой стресс в сочетании с загрязнением воздуха вызывает воспаление слизистой оболочки бронхов и снижает порог сужения бронхов (бронхоконстрикции). Сопутствующая потеря жидкости дополнительно способствует последующим изменениям перфузии и вентиляции, вызывая острое и хроническое повреждение лёгочной ткани химическими загрязнителями [1, 13, 18, 19]. Также в условиях волн жары происходит расширение сосудов и увеличение скорости вентиляции и объёма лёгких, что может влиять на повышение экспозиции токсичными веществами [2, 20, 21].

Многие работы прямо или косвенно указывают на усиление негативных эффектов при совместном воздействии химического загрязнения атмосферного воздуха и волн жары на рост заболеваемости БОД, однако не было найдено исследований, содержащих количественные параметры вероятности формирования риска возникновения БОД у населения под влиянием химических веществ в условиях волн жары. Указанные параметры формируют основу количественной оценки риска для здоровья населения ‒ одного из наиболее актуальных направлений методологии анализа риска в задачах государственного управления санитарно-эпидемиологическим благополучием, позволяющую не только оценить существующие уровни риска, но и прогнозировать его нарастание в условиях изменяющейся экспозиции для дальнейшей разработки регулирующих мер [22].

Пермский край ‒ один из ключевых индустриальных регионов России с высокой концентрацией предприятий химической, нефтехимической, металлургической и машиностроительной промышленности. Города Пермь, Березники, Соликамск ‒ это крупные промышленные центры, в атмосферный воздух которых поступают многие химические вещества, регистрируемые Пермским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю. Основные загрязнители атмосферного воздуха в названных городах ‒ азота диоксид, азота оксид, аммиак, бенз(а)пирен, бензол, ксилолы, углерода оксид, взвешенные вещества, сероводород, сероуглерод, серы диоксид, толуол, фенол и др.² При этом Приволжский федеральный округ, к которому относится Пермский край, в соответствии с данными ФГБУ «Институт глобального климата и экологии им. академика Ю.А. Израэля», характеризуется значимым коэффициентом линейного тренда увеличения числа дней со средней суточной температурой выше 90-го процентиля в летний сезон, характеризующего интенсивный рост числа жарких дней, который отмечен начиная с 1990-х годов. Пермский край относится к регионам, в которых зафиксированы максимальные значения коэффициентов линейного тренда всех рассматриваемых индексов экстремумов жары за период 1976‒2023 гг.³ На основании статистических данных установлено увеличение заболеваемости населения Пермского края класса БОД: в 2020 г. ‒ 46 072 случая на 100 тыс. населения, в 2023 г. – 50 795,6 случая)⁴. Это обусловливает актуальность выбора данной территории для оценки риска, обусловленного БОД, при воздействии на население химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях волн жары.

Таким образом, волны жары могут способствовать формированию у населения риска для здоровья, обусловленного БОД, обусловленного химическим загрязнением атмосферного воздуха. В складывающихся условиях для сохранения здоровья населения Пермского края актуальна количественная оценка риска для здоровья, ассоциированного с воздействием химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях волн жары.

Цель исследования – провести количественную оценку риска для здоровья, обусловленного БОД, при воздействии на население Пермского края химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях волн жары.

Материалы и методы

Источником данных о среднесуточных концентрациях химических веществ в атмосферном воздухе трёх крупных городов Пермского края (Пермь, Березники, Соликамск) за период 2010‒2020 гг. были материалы Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю.

В работе использованы данные Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) о среднесуточной температуре воздуха на анализируемых территориях за 2010‒2020 гг.⁵ В качестве дней, относящихся к волнам жары (аномально тёплые дни), использованы дни, во время которых среднесуточная температура атмосферного воздуха превышала пороги «умеренных экстремумов» (90-й процентиль многолетнего распределения температур за 2010‒2020 гг. в летние месяцы [23], который для Пермского края составил плюс 20,6 °C)⁶^,⁷. Исходными данными о заболеваемости населения были деперсонифицированные показатели ТФОМС о посуточном числе обратившихся за медицинской помощью и застрахованных в городах (Пермь, Березники, Соликамск) за 2010‒2020 гг. по нозологическим формам, относящимся к классу болезней органов дыхания, в разрезе возрастных групп: дети (население младше трудоспособного возраста), население трудоспособного возраста, население старше трудоспособного возраста. В анализ включены хронические неинфекционные болезни, для которых, по данным литературы, характерны обострения в дни, соответствующие волнам жары: хронические болезни миндалин и аденоидов (J35), хронический ларингит и ларинготрахеит (J37), астма (J45), хронический бронхит неуточнённый (J42) [1, 11‒14]. Расчёт вероятности заболеваемости, ассоциированной с воздействием каждого химического вещества в аномально тёплые дни, осуществлялся с использованием предложенной логистической регрессионной модели (формула (1)).

На анализируемых территориях 95-й процентиль многолетнего распределения среднесуточных концентраций химических веществ с установленными достоверными связями по результатам моделирования составил для азота оксида 0,06 мг/м³, для ксилолов ‒ 0,036 мг/м³, для серы диоксида ‒ 0,009 мг/м³.

Расчёт и категорирование уровней риска для здоровья населения проведены в соответствии с Р 2.1.10.3968‒23⁸. Для всех установленных ответов использована величина тяжести 0,105 в соответствии с Р 2.1.10.3968‒23 (приложение 7, табл. П 7.1).

Величины ПДК для определения уровней риска, обусловленного БОД, для здоровья населения Пермского края при воздействии химического загрязнения атмосферного воздуха на уровне установленных гигиенических нормативов в условиях волн жары регламентированы СанПиН 1.2.3685‒21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Для оценки риска, формируемого за один день волны, были использованы ПДК_м.р., а для оценки волн жары – ПДК_с.с.. Поскольку для азота оксида и ксилолов величина ПДК_с.с. не установлена, использовали значение ПДК_м.р..

Результаты

Для расчёта вероятности заболеваемости, ассоциированной с воздействием химического вещества в аномально тёплые дни, предложено соотношение (1):

где С – среднесуточная концентрация химического вещества в атмосферном воздухе (мг/м³); T – дни, относящиеся к аномально тёплым (качественный показатель); b₀ – свободный член; b₁ – параметр модели, характеризующий вероятность ответа, ассоциированного с воздействием химического вещества в атмосферном воздухе; b₂ ‒ параметр модели, характеризующий вероятность ответа, ассоциированного с влиянием температуры, характерной для аномально тёплых дней; b₃ – параметр математической модели, характеризующий вероятность ответа, ассоциированного с воздействием химического вещества в атмосферном воздухе в аномально тёплые дни.

С использованием формулы (1) установлены достоверные зависимости воздействия азота оксида, ксилолов и серы диоксида в условиях аномально тёплых дней на обострение астмы и хронического бронхита. Результаты корреляционно-регрессионного анализа приведены в табл. 1 (b₀, b₁, b₂ и b₃ – параметры модели, R² – коэффициент детерминации, p < 0,05).

На основе полученных параметров рассчитаны количественные уровни риска для здоровья населения Пермского края, ассоциированные как с воздействием отдельных химических веществ, так и с их эффектом в дни аномально высоких температур, а также количество аномально тёплых дней (волн жары), при которых будет достигнут неприемлемый уровень риска, ассоциированный с действием фактических концентрации химических веществ (табл. 2).

Для детского населения Пермского края установлено увеличение уровня риска, обусловленного обострением астмы, ассоциированного с действием азота оксида и ксилолов в условиях аномально тёплого дня, на 3,7 и 8,3% соответственно. Вклад химического фактора составил 96,5% для оксида азота и 92,3% ‒ для ксилолов. При 15 аномально тёплых днях (волна жары) будет достигнут неприемлемый для Пермского края уровень риска (1,07 · 10^–⁴), ассоциированный с действием фактических концентрации азота оксида, а при 14 днях – с действием ксилолов (1,06 · 10^–⁴).

Для населения трудоспособного возраста анализируемой территории установлено повышение уровня риска обострения астмы в аномально тёплые дни, ассоциированного с воздействием серы диоксида, на 0,94%, вклад химического фактора составил 99,1%. Неприемлемый уровень риска (1,01 · 10^–⁴), ассоциированный с фактической концентрацией серы диоксида, будет достигнут при продолжительности волны жары 18 дней.

Повышение уровня риска, обусловленного обострением астмы, для населения старше трудоспособного возраста при ассоциации с действием азота оксида и ксилолов в условиях аномально тёплого дня составило 5,7 и 6,2% соответственно. Вклад оксида азота в уровень риска сочетанного действия составил 94,6%, ксилолов – 4,2%. Вместе с тем повышение риска для населения данной возрастной группы, обусловленного обострением бронхита, в условиях сочетанного влияния серы диоксида и аномально тёплой температуры составило 12,2%, а вклад химического фактора – 89,1%. При пяти последовательных аномально тёплых днях будут достигнуты неприемлемые уровни риска, ассоциированного с действием фактических концентрации азота оксида и ксилолов (1,08 · 10^–⁴ и 1,09 · 10^–⁴ соответственно), а при 22 днях – с действием серы диоксида.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что население старше трудоспособного возраста является наиболее уязвимой группой, так как имеет более высокие уровни риска, в том числе обусловленного обострением астмы, ассоциированной с действием азота оксида и ксилолов, по сравнению с детским населением. Также в формирование уровней риска, обусловленных действием химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях аномально тёплых температур, наибольший вклад вносят химические вещества (от 89,1 до 99,1%).

Количественные уровни риска при воздействии химического загрязнения атмосферного воздуха на уровне ПДК для каждого аномально тёплого дня, а также непрерывный период таких дней, когда уровень риска будет недопустимым, приведены в табл. 3.

Для населения старше трудоспособного возраста воздействие диоксида серы на уровне ПДК_м.р. способствует формированию недопустимых уровней риска обострения бронхита в условиях химического загрязнения атмосферного воздуха на уровне 0,9 ПДК_м.р. (0,45 мг/м³) без учёта температуры атмосферного воздуха или в условиях дня с аномально тёплой температурой при концентрации 0,15 ПДК_м.р. (0,075 мг/м³). При соблюдении ПДК_м.р. для населения старше трудоспособного возраста недопустимые уровни риска могут формироваться при действии химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях одного дня с аномально тёплой температурой. При увеличении количества таких дней до 12 недопустимые уровни риска будут достигнуты при соблюдении ПДК_с.с.. Для населения трудоспособного возраста недопустимые уровни риска обострения астмы в условиях сочетанного действия серы диоксида и аномально тёплых температур формируются при количестве таких дней до 5 при соблюдении ПДК_м.р. и до 16 – при соблюдении ПДК_с.с.. Недопустимые уровни риска обострения астмы, ассоциированные с действием азота оксида и ксилолов, формируются при соблюдении ПДК_м.р. оксида азота при четырёх аномально тёплых днях для населения старше трудоспособного возраста и при 12 днях для населения младше трудоспособного возраста, а ксилола – при трёх и девяти днях соответственно.

Таким образом, соблюдение ПДК_м.р. в условиях аномально тёплой температуры даже в течение одного дня может привести к формированию недопустимого уровня риска для отдельных групп населения, а при более длительных периодах аномально тёплых температур недопустимые уровни риска могут формироваться даже при соблюдении ПДК_с.с.. Для территорий с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха недопустимые уровни риска будут достигнуты при меньшей продолжительности волн жары, что необходимо учитывать при разработке профилактических мероприятий, в том числе в рамках адаптации к изменениям климата.

Обсуждение

Повышение заболеваемости населения, в том числе по причинам БОД, ассоциировано с эпизодами экстремально высоких температур и ухудшения качества атмосферного воздуха [1‒15]. Хотя многочисленные исследования установили связь независимого влияния повышенных температур и загрязнения воздуха на показатели заболеваемости, эффект их сочетанного воздействия остаётся недостаточно изученным, а существующие зависимости зачастую не имеют параметрических оценок для количественной оценки [2].

По результатам проведённого исследования установлено наличие достоверных связей зависимости обострения астмы и хронического бронхита у населения Пермского края разных возрастных групп при сочетанном действии азота оксида, ксилолов и серы диоксида в условиях аномально тёплых дней, что подтверждается результатами ранее проведённых исследований [2, 8, 13‒15, 24, 25]. В работах Witt C. и соавт., Song X. и соавт., Lin S. и соавт. установлено, что волны жары увеличивают количество госпитализаций и обращений в отделения неотложной медицинской помощи у пациентов с обострениями хронических болезней лёгких [13‒15]. В исследовании De Sario M. и соавт. показано, что оксиды азота и летучие органические соединения выступают как факторы, способствующие обострению хронических респираторных патологий, в том числе астмы, в летние месяцы [2]. Данные Esposito S. и соавт. свидетельствуют о том, что кратковременное воздействие загрязнённого воздуха усугубляет симптомы у детей с диагностированной астмой, а длительное воздействие загрязняющих веществ, в том числе оксидов азота, может способствовать развитию астмы у здоровых детей [8]. В исследовании Wu D.W. и соавт. установлено, что концентрации в атмосферном воздухе некоторых химических веществ, в том числе азота оксида, серы диоксида, имели положительные корреляционные связи с обострениями хронических болезней органов дыхания, индуцируя воспалительный ответ [24].

В целом результаты исследований воздействия загрязнения атмосферного воздуха и повышенной температуры на развитие БОД свидетельствуют о том, что необходимо изучать их сочетанное влияние, чтобы избежать недооценки формируемых уровней риска [2]. Это подтверждают и рассчитанные количественные параметры. Установлено повышение уровней риска до 12,2% при действии химического загрязнения атмосферного воздуха в условиях аномально тёплых дней по сравнению с риском без учёта температуры воздуха.

Существующее химическое загрязнение атмосферного воздуха представляет собой значительно бóльшую опасность для здоровья населения, чем это следует из оценок риска по отдельным веществам [1, 2, 16, 17], особенно в контексте происходящих изменений климата, выражающихся в том числе в увеличении количества и интенсивности волн жары [9, 10], и на фоне роста распространённости хронических респираторных болезней. Даже при соответствии концентраций химических веществ нормативам высокие температуры действуют как катализатор, провоцируя декомпенсацию патологических состояний на фоне сниженных компенсаторно-адаптационных возможностей организма, усугубляя токсическое действие загрязняющих веществ. Для лиц с хроническими болезнями органов дыхания такое сочетание способствует увеличению частоты обострений, госпитализаций и смертности от БОД. В связи с этим целесообразны дальнейшие исследования риска для здоровья населения в условиях влияния других компонентов химического загрязнения объектов среды обитания и сочетаний метеорологических факторов.

Ограничения исследования обусловлены тем, что в качестве исходных данных для расчёта вероятности заболеваемости, ассоциированной с влиянием химических веществ при наличии волн жары, были использованы сведения по одному региону Российской Федерации.

Заключение

Уровни риска, обусловленные обострением астмы и хронического бронхита, у населения Пермского края разных возрастных групп, достоверно связанные с химическим загрязнением атмосферного воздуха оксидом азота, ксилолами и серы диоксидом, в условиях волн жары выше до 12,2% уровней без учёта аномально тёплых дней. Вклад химического фактора в уровень риска составляет до 99,1%. Население старше трудоспособного возраста является наиболее уязвимой группой, так как для него характерны более высокие уровни риска.

Проведённая оценка показала, что при существующем уровне химического загрязнения, не превышающем гигиенических нормативов, в Пермском крае уровни риска находятся в диапазоне приемлемых значений, а период достижения неприемлемого уровня риска составляет от 5 до 22 аномально тёплых дней в зависимости от химического вещества и возрастной группы населения. При увеличении концентраций до уровня ПДК прогнозируемый период достижения неприемлемого уровня риска составит от 1 до 16 аномально тёплых дней.

Химическое загрязнение атмосферного воздуха в условиях волн жары приводит к увеличению риска для здоровья населения по причине обострения болезней органов дыхания, что необходимо учитывать при разработке профилактических мероприятий в рамках программ адаптации населения к изменениям климата.

¹ Деев И.А., Кобякова О.С., Стародубов В.И., Александрова Г.А., Голубев Н.А., Оськов Ю.И., Поликарпов А.В., Шелепова Е.А. и др. Заболеваемость всего населения России в 2024 году с диагнозом, установленным впервые в жизни: статистические материалы. М: ФГБУ «ЦНИИОИЗ» Минздрава России, 2025. 244 с.

² Пермский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды [Электронный ресурс]. URL: https://meteo.perm.ru/monitoring-zagryazneniya-okruzhayushchej-sredy/sostoyanie-atmosfernogo-vozdukha-za-god/

³ Мониторинг климата. Экстремумы температуры [Электронный ресурс]. ФГБУ «Институт глобального климата и экологии имени академика Ю.А. Израэля». URL: https://www.igce.ru/climatechange/temperature_extremes/

⁴ Деев И.А., Кобякова О.С., Стародубов В.И., Александрова Г.А., Голубев Н.А., Оськов Ю.И., Поликарпов А.В., Шелепова Е.А. и др. Заболеваемость всего населения России в 2023 году с диагнозом, установленным впервые в жизни: статистические материалы. М.: ФГБУ «ЦНИИОИЗ» Минздрава России, 2024. 152 с.

⁵ Специализированные массивы для климатических исследований [Электронный ресурс]. В.М. Веселов, И.Р. Прибыльская, О.А. Мирзеабасов. ВНИИГМИ-МЦД. URL: https://aisori-m.meteo.ru/waisori/ (дата обращения: 15.09.2025 г.).

⁶ Guidelines on the definition and monitoring of extreme weather and climate events: Draft version – first review by TT-Dewce desember 2015 [Электронный ресурс]. World Meteorological Organization. 2016. 62 p. URL: https://www.wmo.int/pages/prog/wcp/ccl/opace/opace2/documents/DraftversionoftheGuide-linesontheDefinitionandMonitoringofExtremeWeatherandClimateEvents.pdf (дата обращения: 08.10.2025 г.).

⁷ Мониторинг климата. Экстремумы температуры [Электронный ресурс]. ФГБУ «Институт глобального климата и экологии им. академика Ю.А. Израэля». URL: https://www.igce.ru/climatechange/temperature_extremes/

⁸ Р 2.1.10.3968–23. Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания / утв. Федеральной службой по надзору в сфере здравоохранения от 5 сентября 2023 г. [Электронный ресурс]. ГАРАНТ: информационно-правовое обеспечение. URL: https://base.garant.ru/408644981/ (дата обращения: 10.09.2025 г.).