Оценка риска, обусловленного загрязнением почв тяжёлыми металлами и мышьяком, для здоровья населения старопромышленного региона

Введение

В Российской Федерации уменьшение неблагоприятного воздействия окружающей среды на здоровье населения относится к важнейшим задачам здравоохранения и экологической политики, а права граждан на охрану здоровья и поддержание благоприятной окружающей среды закреплены в Конституции. Согласно Указу Президента Российской Федерации от 21.07.2020 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года», одной из национальных целей развития Российской Федерации является сохранение здоровья и благополучия людей. В условиях депопуляции задача здоровьесбережения населения страны обусловливает необходимость изучения влияния факторов среды обитания на человека с целью выработки соответствующих рекомендаций [1–5].

В настоящее время в Российской Федерации действует национальный проект «Жильё и городская среда», одна из целей которого – кардинальное повышение комфортности городской среды, при этом важными критериями индекса качества городской среды являются «экологичность и здоровье».

Проблема экологической безопасности среды обитания и охрана здоровья населения на современном этапе развития наиболее актуальна для старопромышленных регионов (СПР) России, которые представляют собой основу экономики [6]. Деиндустриализация конца XX века затронула их больше, чем другие территории России [7]. Разрушение действовавшей хозяйственной системы привело к значительному спаду производства и снижению интереса учёных к экологическим проблемам таких регионов. Считается, что техногенное воздействие за счёт низкого уровня промышленного производства здесь незначительно, следовательно, вероятность рисков для здоровья населения небольшая. Действительно, экономический кризис 90-х годов ХХ века привёл к прекращению деятельности многих градообразующих промышленных предприятий в нашей стране, однако многие из них имели продолжительную историю производственной деятельности, в процессе которой во многих случаях происходило практически неконтролируемое загрязнение окружающей среды [8]. При этом техногенное наследие прошлого наряду с проблемами настоящего времени, несомненно, может оказывать негативное влияние на здоровье населения старопромышленных регионов (СПР).

Изучению загрязнения атмосферного воздуха и питьевой воды, в том числе в промышленных центрах, посвящены многочисленные исследования, однако влияние многолетней техногенной деятельности предприятий старопромышленных регионов, особенно химического загрязнения городских почв, на здоровье населения зачастую остаётся вне сферы внимания учёных. Комплексный научный подход к оценке и решению экологических задач в старопромышленных регионах позволит достоверно определить накопленный экологический ущерб и оценить взаимосвязь загрязнения компонентов окружающей среды. Оценка риска для здоровья населения, особенно в небольших городах и депрессивных регионах, создание эффективных механизмов контроля и управления экологической ситуацией и совершенствование методов реабилитации загрязнённых территорий относятся к важнейшим задачам обеспечения безопасной среды обитания в России.

В предыдущих исследованиях, посвящённых эколого-гигиенической оценке городских почв муниципалитетов Владимирской области, было показано, что большая часть городского населения проживает в зоне с почвами умеренно опасной и допустимой категорий по степени загрязнения химическими веществами [9]. В нескольких городах региона были обнаружены локальные техногенные геохимические аномалии, обусловленные продолжительной деятельностью промышленных предприятий [10–12], что определяет необходимость оценки риска для здоровья населения в связи с загрязнением почв.

Цель исследования – оценка риска, обусловленного загрязнением почв тяжёлыми металлами и мышьяком, для здоровья городского населения Владимирской области.

Материалы и методы

Объектом исследования выбрана Владимирская область – один из полифункциональных старопромышленных регионов Российской Федерации [6, 13, 14].

Оценку риска проводили на основании фактических концентраций в городских почвах административных центров муниципалитетов Владимирской области валовых форм As, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn. В основу расчётов риска положены данные, полученные в результате эколого-гигиенической оценки почв Владимирской области [9].

Оценка риска для здоровья населения выполнена в соответствии с Р 2.1.10.3968‒23*. Были рассчитаны индивидуальный канцерогенный риск (CR), суммарный канцерогенный риск для определённого пути поступления (CRj), суммарный канцерогенный риск для нескольких канцерогенных веществ, поступающих в организм человека различными путями (TCR), и популяционный канцерогенный риск (PCR). Оценку риска развития неканцерогенных эффектов проводили для трёх возрастных групп (взрослые старше 18 лет, дети 7–17 лет и дети до 7 лет) на основе расчёта коэффициентов опасности (HQ), индекса опасности (HI) и суммарного индекса опасности (THI). Все расчёты выполнены для медианных (Me) и максимальных (Max) значений концентраций ТМ и мышьяка в городских почвах. Значения факторов экспозиции, применяемые в расчётах, были взяты из Руководства* и зарубежных источников [15, 16]. Частота воздействия, использованная для расчётов, составляла 220 дней в году.

Для вычисления параметров риска использовали значения референтных доз и факторов наклона канцерогенного риска, приведённые в Руководстве* и источниках [15, 17] (табл. 1). Для перорального и накожного пути поступления использовали одинаковые значения SFo и RfD.

Классификация риска для здоровья проведена в соответствии с Руководством*.

Результаты

Результаты расчётов канцерогенного риска представлены в табл. 2.

Результаты расчётов показывают, что загрязнённые тяжёлыми металлами почвы в городах Владимир, Гусь-Хрустальный, Ковров, Муром, Петушки и Юрьев-Польский несут канцерогенные риски для здоровья населения, соответствующие настораживающему уровню (1,1 · 10^–⁴ – 1 · 10^–³), в остальных населённых пунктах – допустимому (1,1 · 10^–⁶ – 1 · 10^–⁴). В данном исследовании при расчёте канцерогенного риска значение коэффициента тяжести злокачественных новообразований принимали равным 1. Основной вклад в структуру суммарного канцерогенного риска вносит пероральный путь поступления. Среди анализируемых токсикантов в значение канцерогенного риска наибольший вклад вносят никель, мышьяк и кобальт (см. рисунок).

Значение популяционного канцерогенного риска (TPCR) варьирует в населённых пунктах Владимирской области от 0,58 до 67,04.

Приоритетное значение в формировании суммарного индекса опасности (THI) также принадлежит пероральному пути поступления. Наибольшие значения THI отмечены для детей до 7 лет. В табл. 3 представлены результаты расчётов коэффициентов опасности (HQ) и индекса опасности (HI) по максимальным концентрациям при пероральном пути воздействия для детей.

В структуру индекса опасности, обусловленного пероральным путём поступления поллютантов, наибольший вклад вносят мышьяк, свинец и кобальт. В городах Владимир и Гусь-Хрустальный обнаружены точки с настораживающим уровнем риска (HQ = 1,1–3) по мышьяку и свинцу соответственно.

Наибольшему риску развития общетоксических эффектов подвержены дети. В табл. 4 представлены результаты расчётов суммарных индексов опасности (THI) по максимальным концентрациям ТМ для основных поражаемых органов и систем детского организма.

Наибольшему риску развития общетоксических эффектов подвержены нервная система, система кровообращения, система кроветворения, органы дыхания и кожа. Со стороны нервной системы в городах Гусь-Хрустальный, Петушки, Собинка, Юрьев-Польский и Владимир значение суммарного индекса опасности (THI) для детского населения превышает единицу, наибольший вклад в неблагоприятное воздействие на нервную систему вносят мышьяк и свинец. Важно, что по медианным значениям концентраций тяжёлых металлов и мышьяка в почве значения риска (канцерогенного и неканцерогенного) соответствуют допустимому уровню.

Обсуждение

Промышленность занимает центральное место в экономике Владимирской области. Крупные предприятия размещены не только в областном центре, но и в районных центрах региона, где они являются градообразующими. Именно производственная деятельность заводов и фабрик, некоторые из которых имеют более чем столетнюю историю, положила начало развитию и становлению данных городов, превращая их в развитые промышленные центры региона. К 1913 г. Владимирский край был одним из центров отечественного текстильного и стекольного производства. Уже в XVIII веке в Гусь-Хрустальном выпускали кровельное железо и орудия из чугуна, а также были построены стекольные заводы по выпуску посуды из стекла и хрусталя.

В 30-х годах XX века индустриализация обусловила развитие в регионе машиностроительного производства. В Коврове начинается выпуск гусеничной техники и создаётся оружейное производство. Одновременно развивается машиностроение во Владимире, Муроме, Кольчугине и Киржаче, в сороковые годы создаются предприятия тракторо- и паровозостроения, позже – тепловозостроения. В Кольчугине развиваются производство и обработка цветных металлов. Постепенно Владимирский край превращается в регион высокоразвитого машиностроения.

Интенсивное развитие экономики в середине XX века привело к тому, что основные фонды производственных предприятий к концу столетия были практически изношены, морально и физически устарели, многие не отвечали технологическим, энергетическим и экологическим требованиям. В результате окружающая среда населённых пунктов старопромышленных регионов подверглась значительному техногенному воздействию, что привело к серьёзным экологическим проблемам и ухудшению здоровья населения. Экологические проблемы обусловлены в первую очередь высокой концентрацией вредных для здоровья производств, результатом длительной деятельности которых стало накопление токсичных веществ в почвах городов и хранилищах промышленных предприятий, а это неизбежно приводило к вторичному загрязнению городских территорий. Отсутствие достаточных санитарно-защитных зон вокруг предприятий, близкое расположение жилых объектов и объектов социальной инфраструктуры (школы, детские сады, парки и др.) только усугубляло экологическую ситуацию городских территорий СПР. Кризис 90-х годов прошлого века привёл либо к закрытию промышленных предприятий, либо к их перепрофилированию и раздроблению на мелкие производства. Такая участь постигла многие машиностроительные и металлообрабатывающие заводы, текстильные фабрики, стекольные производства в городах Владимирской области, бывшие прежде градообразующими.

Современный исторический этап развития региона характеризуется постепенным выходом из затянувшегося кризиса конца прошлого столетия. В настоящее время Владимирская область за счёт некоторых конкурентных преимуществ (географическое положение, развитая транспортная инфраструктура, научная и производственная база и др.) относится к регионам с высоким промышленным потенциалом, однако монопрофильные города функционируют в условиях повышенного социально-экономического риска. Основными проблемами остаются зависимость от рыночной конъюнктуры, загрязнение окружающей среды, неразвитость инфраструктуры, в том числе образования и здравоохранения, а в случае спада производства – потеря производственных мощностей, безработица, отток молодого населения. Промышленность сосредоточена в основном в крупных городах и административных центрах области (Владимир, Гусь-Хрустальный, Ковров, Муром).

Как было установлено ранее [9], приоритетными загрязнителями почвенного покрова городов Владимирской области являются As и Pb. Механизм воздействия токсичных элементов, находящихся в почве, на население может реализоваться ингаляционно (при вдыхании попавших в воздух частиц почвы), перорально (при случайном проглатывании) и перкутанно (при накожной экспозиции). Приоритетным путём поступления химических веществ из почвы в организм человека является пероральный, что подтверждается как отечественными [18, 19], так и зарубежными [20, 21] исследованиями. Данная закономерность обусловлена особенностями взаимодействия человека с почвенной средой в условиях городской экосистемы.

Полученные результаты подтверждают, что наибольший канцерогенный риск для населения региона обусловлен воздействием никеля (Ni) в почвенном покрове муниципальных образований. Исключением являются города Владимир и Собинка, где доминирующим фактором канцерогенного риска выступают повышенные концентрации в почве мышьяка (As), что обусловлено спецификой загрязняющих веществ в указанных территориальных образованиях. Самые высокие концентрации никеля были выявлены в промышленных центрах региона – Коврове и Гусь-Хрустальном, почвенный покров которых характеризуется низкой способностью к самоочищению. Стоит отметить, что Международное агентство по исследованию рака (IARC) относит никель к группе 2В (возможный канцероген для человека), а никель очищенный и его пыль – к канцерогенам [Руководство*]. Национальный институт охраны труда (NIOSH) считает Ni потенциальным профессиональным канцерогеном [22], Агентство по охране окружающей среды США (US EPA) – канцерогеном. Немногочисленные исследования подтверждают связь между воздействием никеля и развитием рака [23–26]. Как указывает [27], процессы, лежащие в основе канцерогенеза, вызванного никелем, до сих пор полностью не изучены и требуют дальнейших исследований. Предполагается, что механизм канцерогенного действия никеля заключается в повреждении ДНК через образование активных форм кислорода, нарушении процессов репарации ДНК, эпигенетических изменениях и влиянии на экспрессию генов. Важно подчеркнуть, что никель способен выступать как канцероген при поступлении в организм различными путями. Так, согласно Национальному институту охраны труда (NIOSH), это и вдыхание пыли и аэрозолей, контакт с кожей и слизистой оболочкой глаз, а также пероральное поступление. При этом в Руководстве* значение фактора канцерогенного потенциала указано только для ингаляционного пути поступления никеля. Отечественные исследователи используют факторы канцерогенного потенциала из международных баз данных [17, 18].

Анализ неканцерогенных эффектов воздействия химических веществ показал, что при использовании в расчётах стандартных значений факторов экспозиции детское население демонстрирует более высокую чувствительность к токсическому воздействию поллютантов, депонированных почвой, что хорошо согласуется с результатами современных исследований [18, 28, 29]. Этиопатогенетические различия между возрастными группами в формировании неканцерогенного риска обусловлены комплексом факторов, среди которых можно выделить анатомо-физиологические особенности организма, специфику метаболических процессов и продолжительность экспозиции.

Территориальное распределение рисков. В городах Собинка и Владимир за счёт высоких концентраций в почве мышьяка выявлен настораживающий уровень риска болезней системы кровообращения, нервной системы, системы органов дыхания и кожи. В Гусь-Хрустальном высокие концентрации в почвенном покрове свинца формируют настораживающий уровень риска нарушений системы кроветворения и поражения нервной системы. В городах Петушки и Юрьев-Польский определён повышенный риск нарушений нервной системы, этиопатогенетическую значимость имеет сочетанное воздействие мышьяка и свинца с одинаковым вкладом в формирование риска. Полученные данные свидетельствуют о необходимости дифференцированного подхода к оценке рисков для различных возрастных групп населения и разработки целевых профилактических мероприятий с учётом региональной специфики загрязнения почвенного покрова.

Сравнительный анализ результатов настоящего исследования с данными эколого-гигиенической оценки почвенного покрова [9] выявил существенные расхождения в определении степени опасности загрязнения. Так, геохимические аномалии высокой интенсивности (индекс Z_с > 128) были зафиксированы в городах Гусь-Хрустальный и Ковров, что классифицируется как чрезвычайно опасное загрязнение почв для здоровья населения. При этом в рамках настоящего исследования на данных территориях установлен канцерогенный риск настораживающего уровня. Комплексная оценка 11 городов региона показала наличие опасного уровня загрязнения почвенного покрова [9], однако только в пяти муниципальных образованиях (Владимир, Муром, Собинка, Петушки и Юрьев-Польский) был установлен настораживающий уровень канцерогенного или неканцерогенного риска. Методологические различия в оценке рисков загрязнения подтверждаются результатами предыдущих исследований [5, 30], указывающими на необходимость унификации подходов к гигиеническому нормированию, совершенствования методологии оценки риска, синхронизации нормативной базы и разработки единых критериев оценки состояния почвенного покрова. При отсутствии унифицированной методологии для наиболее объективной оценки риска почв рекомендуется комплексный подход с одновременным использованием двух методологических приёмов. Такой подход позволит повысить достоверность результатов исследования, получить более полную характеристику почвенного покрова, обеспечить всестороннюю оценку рисков для здоровья населения, разработать обоснованные рекомендации по снижению негативного воздействия на здоровье населения.

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшего совершенствования методологической базы и нормативной документации в области оценки рисков загрязнения почв, что позволит обеспечить более точную и объективную оценку состояния окружающей среды и здоровья населения.

Ограничения настоящего исследования связаны со значениями факторов экспозиции, референтных доз и факторов наклона канцерогенного риска.

Заключение

Проведённое исследование позволило комплексно оценить риски для здоровья населения Владимирской области, обусловленные загрязнением городских почв тяжёлыми металлами и мышьяком. Промышленная структура региона на протяжении более ста лет формировала специфический экологический профиль территории. Длительная техногенная нагрузка, отсутствие достаточных санитарно-защитных зон и близкое расположение промышленных объектов к жилым массивам создали предпосылки для накопления токсичных веществ в почвенном покрове селитебных территорий.

Результаты исследования показали, что в таких городах, как Владимир, Гусь-Хрустальный, Ковров, Муром, Петушки и Юрьев-Польский, имеется настораживающий уровень канцерогенного риска, обусловленного загрязнением почв. Приоритетными загрязнителями выступают никель, мышьяк и кобальт, при этом преобладает пероральный путь поступления в организм человека.

Особую тревогу вызывает повышенная уязвимость детского населения к токсическому воздействию поллютантов. В городах Собинка и Владимир выявлен настораживающий уровень риска развития болезней системы кровообращения, нервной системы, органов дыхания и кожи, связанный с высокими концентрациями мышьяка в почве. В Гусь-Хрустальном зафиксирован повышенный риск нарушений системы кроветворения и нервной системы из-за высокого содержания свинца. В городах Петушки и Юрьев-Польский определён повышенный риск нарушений нервной системы, обусловленный сочетанным воздействием мышьяка и свинца.

Выявленные различия в результатах эколого-гигиенической оценки и оценки риска подчёркивают необходимость совершенствования методологической базы и унификации подходов к оценке состояния почвенного покрова. До внедрения унифицированной методологии рекомендуется применять комплексный подход с использованием двух методологических систем оценки. Полученные результаты подчёркивают актуальность разработки и реализации комплексных мер для снижения уровня загрязнения городских почв, особенно промышленных центров, а также необходимость дифференцированного подхода к профилактике рисков для различных возрастных групп населения. Исследование направлено на дальнейшее совершенствование системы мониторинга состояния почв и разработку эффективных мер снижения негативного воздействия на здоровье населения старопромышленных регионов.

* Р 2.1.10.3968–23 «Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду» (утв. Федеральной службой по надзору в сфере здравоохранения от 5 сентября 2023 г.).