Благовещенск, Амурская область, Россия
Россия
Приведены примеры загрязнения воздушной среды и его последствия. Описаны основные источники образования пыли, включая песчано-пылевые бури и техногенные отходы, возникающие при добыче полезных ископаемых, ее виды, форма и свойства. Охарактеризована дисперсность пылевых частиц, опасность для человека частиц размером 0,3-5 мкм и менее. Показано, что раздражающее, токсическое, аллергическое, мутагенное, канцерогенное, фиброгенное и другое действие пыли зависит от физико-химических свойств, размеров и поверхности частиц, их содержания в воздухе помещения либо в рабочей зоне, длительности действия и от индивидуальной реактивности человека. Кратко перечислены специфические и неспецифические воздействия пыли, механизм развития пневмокониозов.
загрязнение воздушной среды, пыль, производственная пыль, пылевые заболевания человека
Загрязнение внешней среды физическими, химическими и биологическими факторами и энергией является одним из крупнейших экологических рисков, о чем свидетельствует рост респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, аллергии, астмы, рака, расстройств центральной нервной и репродуктивной систем [2, 4, 5, 8]. Согласно сообщению Росстата и Росприроднадзора [2] в 2015 году общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу России достиг 31268,6 тыс. т, в том числе стационарными источниками – 7295, 7 тыс. т (8 млн т твердых и 15,5 млн т газообразных и жидких) и автотранспортом – 13818,6 тыс. т, где на долю твердых частиц, т.е. сажи приходится 0,188%. В Дальневосточном федеральном округе за это время выброшено 359,0 тыс. т загрязняющих веществ, что на 5,1% меньше, чем в предыдущем году. Однако в Приоритетном списке городов с наибольшим загрязнением атмосферы (свыше 10 ПДК м.р.) по-прежнему остаются Биробиджан, Благовещенск, Корсаково, Уссурийск и Южно-Сахалинск. Кроме того, беспокоит комплекс значительных санитарно-эпидемиологических проблем в Амурской области, Еврейской автономной области, Хабаровском крае, Магаданской области и Республике Саха Якутия. Загрязнителем атмосферы оксидами углерода, азота и серы, альдегидами, несгоревшими углеводородами, сажей, пылью и прочими токсикантами в России лидирует автотранспорт [2, 11]. Б.А.Ревич и соавт. [10] показали, что именно автотранспорт Москвы вносит основной вклад в канцерогенный риск из-за содержания в его выхлопах бензола (36,8%), 1,3-бутадиена (26%), альдегида (7,8%) и сажи (3,4%). Одновременно возможен рост смертности до 2500-3000 случаев или 2,2% от общей смертности в год на 10-12 млн населения г. Москвы вследствие попадания в атмосферу взвешенных частиц величиною 10 мкм и менее. На фоне дискомфортности климата автотранспорт Санкт-Петербурга загрязняет воздушную среду оксидом и диоксидом азота, аммиаком, взвешенными частицами и иными поллютантами [2, 12]. В воздухе г. Норильска содержатся нитраты, сульфаты, фенолы, промышленная пыль и тяжелые металлы Их поставляет ГМК «Норильский никель», который в течение 2015 года вынес в атмосферу 19 млн т диоксида серы, выпадающей с осадками. Но, несмотря на неизменно высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха, регулярных наблюдений в этом городе Росгидромет не проводит [2]. По последним данным Всемирной Организации Здравоохранения ежегодной причиной смерти 13 млн человек являются неблагоприятные факторы внешней среды [2]. Так, в 2010 году только из-за плохого качества атмосферного воздуха на планете умерло 3,1 млн жителей, а при увеличении содержания пылевых частиц размером 10 мкг/м3 и меньше суточная смертность возросла на 0,2-0,6%. В 2012 году в городах и сельских районах по этой же причине умерло 3,0 млн человек, страдавших ишемической болезнью сердца (40%), инсультом (40%), хроническим обструктивным заболеванием легких (11%), раком легких (6%) и острой инфекцией нижних дыхательных путей у детей (3%). Не менее опасно низкое качество воздуха и внутри помещений – оно привело к преждевременной смерти 4,3 млн человек. В настоящее время 92% населения планеты живет в районах, где чистота воздуха внутри и вне жилых помещений выходит за пределы пороговых среднегодовых значений для частиц диаметром меньше 2,5 мкм.
Пыль является наиболее распространенным поллютантом и представляет собою двухфазную систему (аэрозоль), которая состоит из дисперсионной среды (воздуха) и дисперсной фазы – твердых и жидких частиц различного физико-химического состава и генезиса, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии. Ежегодно в атмосферу поступает около 1 куб. км пыли, а всего в ней взвешено почти 20 млн. т минерального вещества [14]. Природные и антропогенные источники пыли разнообразны: это космическое пространство, откуда каждый день выпадает 60 т частиц величиною от нескольких молекул до 0,2 мкм [25], промышленные и теплоэнергетические предприятия, сжигание угля, газа, нефти и дерева, все виды транспорта, ветровая эрозия почв, сельское хозяйство, извержение вулканов, выветривание горных пород, масштабный вынос морских солей, степные и лесные пожары. Пыль образуют техногенные отвалы и вскрышные породы, скапливающиеся во время добычи полезных ископаемых. Учитывая, что этот вид экономической деятельности в последние годы образовал от 89 до 92% твердых отходов, а объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в 2015 году составил 27,5% [2], авторы настоящей работы исследовали гранулометрический состав террикона ручной сортировки руд Кировского рудника (Амурская область), хвостов шлихообогатительной установки (ШОУ) Софийского прииска (Хабаровский край) и пыли дезинтегрированных медно-никелевых руд, осевшей в плавильном цехе Надеждинского металлургическго завода (г. Норильск). Как видно из рис. 1-4, частицы каждого техногенного продукта различались между собою структурой (формой) и размерами. Наименьшая их величина равнялась 1 мкм и менее. Это лучше видно при увеличении сканограммы или на ее какой-либо составляющей (рис. 2). Во всех случаях в исследуемой пыли различались жизнеспособные палочковидные бактерии и споры грибов, которые затем легко прорастали на твердых и жидких питательных средах.
Огромное количество пыли и песка поднимается с земной поверхности сильным ветром и выносится в атмосферу в виде песчано-пыльных бурь. Они возникают в пустынях Монголии, северного Китая и восточного Казахстана, и плотными облаками проходят над Китаем, частью Дальнего Востока, Северной и Южной Кореей, Японией, США и Канадой. На Восточное Средиземноморье, Северную Атлантику и Европу песчано-почвенную пыль из Северной Африки регулярно несут активные средиземноморские циклоны [20, 21, 23]. По такому своеобразному «мосту» ежегодно из континента на континент через атмосферу переносятся примерно 1018 живых клеток микроорганизмов, пыльцы растений, простейших, эндотоксины, микотоксины, тяжелые металлы и прочие вещества [18, 21]. Из пустыни Сахары на ледник Монблан (Французские Альпы) перенесены представители Proteobacteria, Actinobacteria, Deinococcus-Thermus, Firmicutes, Bacteroides, Stigonema, Pseudoclavibacter, Clostridium, Crossiella, Devosia, Massilia и другие, большинство из которых могли расти и развиваться в снегу [13]. В Израиле после нескольких сахарских бурь начали доминировать грибы Penicillium chrysogenum, Penicillium griseoroseum, Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Cladosporium cladosporioides и Alternaria alternata [24]. Пыль с Ближнего Востока и Северной Африки обнаружена также на ледниках Кавказа, обогащая снега Эльбруса высокими концентрациями Сu, Zn и Cd [7].
Таким образом, судя по источникам, пыль различна, неистребима, постоянно находится в окружающей среде, даже в стратосфере. По происхождению и составу различают: а) неорганическую пыль, состоящую из частиц минералов (кварца, песчаника, гранита, асбеста и др.) или металлов (бериллия, железа, марганца, мышьяка, ртути, свинца); б) органическую пыль из шерсти, волос, размолотых костей и растительного генезиса (зерновая, древесная, угольная, хлопковая, мучная, сахарная, табачная), а также микроорганизмов, их спор и вирусов; в) смешанную пыль, состоящую из смеси неорганических и органических частиц. Выделяют еще резиновую пыль, пыль из пластмасс, синтетических волокон и пр. Пыль способна растворятся в жидкостях, включая кровь, лимфу, желудочный сок и др. Если она растворяется в биологической жидкости, то удаляется из организма быстрее, если хорошо растворяется токсичная пыль, то это грозит опасными последствиями. От генезиса пыли зависят ее химический состав, удельный вес и другие свойства. Химический состав определяет ее биологические эффекты на организм. По этому признаку пыль подразделяют на токсическую и нетоксическую. Первая при попадании в организм вызывает острое или хроническое отравление, вторая остается инертной даже при больших объемах и неограниченном сроке действия. Особо вредными принято считать массу пыли в воздухе (мг/м3), пылевую нагрузку на органы дыхания и дисперсность. Гигиенисты большое значение уделяют именно дисперсности частиц. Во-первых, с ней связана продолжительность их пребывания в воздухе. Во-вторых, практически вся высокодисперсная пыль независимо от своих химических свойств несет как положительный, так и отрицательный электрический заряд и обладает высокоактивной поверхностью. Поэтому к ней притягиваются другие мелкие частицы и газы. Последние обволакивают каждую пылинку, тем самым гарантируют ей продолжительное нахождение в воздухе и проникновение в легкие. По размеру частиц выделяют: 1) мелкодисперсную пыль (размер частиц менее 0,1 мкм; 2) среднедисперсную (размер частиц 10-0,1 мкм); 3) крупнодисперсную видимую пыль (размер частиц 100-10 мкм) и аэросуспензии величиною свыше 100 мкм. Крупнодисперсная пыль и аэросуспензии, выпадая из воздуха с неодинаковой скоростью, задерживаются на стенке верхних дыхательных путей. Нитевидные частицы асбеста и хлопка размером даже в сотни и тысячи мкм из воздуха не выпадают, тем не менее, они, заодно пыль льна, слюды и угля, уже раздражают слизистые оболочки дыхательных путей. Мелкодисперсные аэрозоли, особенно круглой формы, быстрее оседают и закономерно проникают в легочную ткань, а через межклеточные пространства – в лимфатические капилляры и сосуды, нарушая функции респираторной и сердечно-сосудистой систем [3, 10, 11, 14]. Для качественной и количественной оценки пылевого фактора в помещениях или рабочей зоне используются весовой, счетный, электрический и другие методы исследования пыли, самый простой из них – весовой [1]. Установлено, что доля частиц размером меньше 1 мкм составляет 70% от общей массы пыли, с размерами до 5 мкм – 10-25%. Наиболее опасны для человека частицы величиною 0,3-5 мкм, в первую очередь, фракция 1-2 мкм. Она характеризуется наибольшей фиброгенной активностью, с легкостью передвигается по лимфатическим путям и задерживается в лимфатических узлах.
Электрозаряженность пыли способствует ее задержанию на поверхности дыхательных путей, связи с ними и меньшему удалению. Удерживая на своей поверхности газовые частицы, она заносит в организм микроорганизмы и действует с ними совместно. Кроме того, при сильной запыленности воздуха дисперсными частицами их электрические заряды могут суммироваться и при определенном потенциале создают разряд по типу взрыва, что нередко наблюдается с каменноугольной, сахарной, мучной, алюминиевой, цинковой и другими видами пыли.
Поскольку человек дышит не чистым воздухом, а воздушно-минеральной смесью, вдыхая с каждым вдохом до миллиона минеральных частиц [14], в лаважной жидкости практически здоровых лиц, не занятых на производстве, у больных асбестозом, силикозом и у сварщиков наряду с Al, Ca, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Ti, W, Zn, редкоземельными элементами, бактериями и грибами выявлены инертные пылевые частицы, кремний, силикаты и органические кислоты [15, 17, 19, 22]. Особые проблемы создаются производственной пылью, содержащей соединения C, Ca и Si, реже оксиды Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn и асбест. Первые упоминания о возможности поражения легких при вдыхании пыли при горнорудных работах встречаются в древнегреческой и древнеримской литературе. Уже Гиппократ (460-377 гг. до н.э.) упоминал о вредном действии рудничной пыли, Плиний-старший отмечал опасность вдыхания пыли при добыче серы и киновари. В XV-XVI веках появились сообщения Агриколы и Парацельса о тяжелом труде горняков и влиянии на них запыленности рудников. Однако основоположником науки о заболеваниях, вызванных профессиональной деятельностью, по праву считается итальянский профессор Бернардино Рамаццини (1633-1714 гг.). В своей книге «Рассуждения о болезнях ремесленников» он со всей тщательностью изложил вопросы гигиены труда с описанием проявлений профессиональных болезней. В последующем вопросы пылеобразования и его влияние на человека в быту и на производстве освещались во множестве научных исследований и обзорах. В настоящее время образование пыли тесно связано с производственным процессом, технологией и оборудованием преимущественно в металлургической, машиностроительной и добывающей промышленности, на предприятиях стройматериалов и обработки льна, хлопка, дерева, стекла, ТЭЦ, при электросварочных работах и др. Именно с запыленностью воздуха сейчас ассоциируются раздражающее, токсическое, аллергическое, мутагенное, канцерогенное, фиброгенное, радиоактивное и фотосенсибилизирующее действие на организм и нарушение репродуктивной функции. Такие эффекты обусловливают, прежде всего, физико-химические свойства, размеры, форма и поверхность частиц, их содержание в воздухе помещения либо в рабочей зоне, длительность действия в течение смены вместе с другими профессиональными вредностями.
Неодинаковая эффективность разных аэрозолей зависит и от индивидуальной реактивности человека, то есть, способности целого организма или его органов адекватно отвечать на воздействия производственной пыли. Из нескольких десятков теорий, объясняющих патогенез пневмокониозов, в настоящее время наибольшим признанием пользуется гипотеза, согласно которой основными механизмами действия кварцевой пыли являются следующие друг за другом процессы: 1) фагоцитоз; 2) прямое воздействие частиц кварца, имеющих на поверхности химически активные радикалы, на цитоплазму макрофагов; 3) повреждение мембран внутриклеточных органелл; 4) нарушение процессов энергетического обмена в легочной ткани. В итоге этих событий в зависимости от агрессивности пыли процессы могут протекать в двух направлениях: а) образование фиброза лёгких; б) развитие неспецифических заболеваний [9]. В ответ на длительное (10-15 лет) вдыхание пыли разнообразной дисперсности, состава и концентрации при патологической реактивности у некоторых рабочих сначала появляются кашель, охриплость голоса, затем развиваются специфические поражения дыхательного тракта (пылевые и токсико-пылевые бронхиты, пневмонии, туберкулез и др.), кожных покровов (зуд, краснота, крапивницы, дерматит, аллергический профессиональный дерматит, масляный фолликулит), глаз (слезотечение, конъюнктивит, кератит, профессиональная катаракта). Однако самым необратимым и практически неизлечимым является пневмокониоз. Он представляет группу заболеваний с узелковым, узловым и интерстициальным фиброзным поражением легких. Как известно [3, 6], наиболее распространенный и тяжело протекающий его вид – это силикоз. Он возникает в результате длительного вдыхания пыли, содержащей свободную SiO2, чаще у горнорабочих рудников (бурильщики, забойщики, крепильщики и др.), рабочих литейных цехов (пескоструйщики, обрубщики), производства огнеупорных материалов и керамических изделий. Вдыхание пыли силикатов, содержащих SiO2 и дополнительно связанных с Al, Ca, Fe, Mg и другими элементами, вызывает асбестоз, талькоз и цементоз. Кстати, с асбестовой пылью связывают рак легких. Под влиянием металлической пыли возникают баритоз, бериллиоз, сидероз, алюминоз и др., с развитием в легких умеренной фиброзной реакции. Из всех видов органической пыли наибольшее значение имеет лишь угольная, поскольку вмещает примеси кварца и силикатов. Она вызывает у шахтеров, работающих на выемке угля, антракоз. Его течение, в отличие от силикоза, более благоприятно, отличается меньшей наклонностью к прогрессированию, а изменения в легких протекают по типу диффузного разрастания соединительной ткани [16]. Растительные пыли также приводят к острым, подострым и хроническим заболеваниям легких, но способ их действия на человека окончательно не выяснен.
Чтобы обезопасить рабочих от чрезмерной пылевой нагрузки, российским законодательством предусмотрены предельно допустимые концентрации (ПДК) пыли в рабочей зоне, установленные при длительном наблюдении над пылевой патологией различных профессиональных групп и запыленностью той среды, в которой они работают. Так, если в ней отсутствует SiО2, то такая пыль считается нетоксичной и ее содержание в воздухе допустимо в пределах 10 мкг/м3. В токсичной пыли всегда содержатся либо металлы (свинец, марганец и мышьяк), либо SiО2. Если ее доля более 70%, то ПДК должно быть 1 мкг/м3, если 10-70% – то 2 мкг/м3, если менее – то 4 мкг/м3. Для предупреждения запыленности производственной среды следует постоянно совершенствовать технологический процесс, механизацию и автоматизацию производства, осуществлять вентиляцию, регулярные санитарно-технические и лечебно-профилактические мероприятия.
|
|
|
|
1
|
2 |
|
|
|
|
3 |
4 |
Рис. 1-4. Сканирующая электронная микроскопия размерности пыли техногенных отходов: 1-2 – частицы из ШОУ (×1100 и 540, соответственно); 3 – частицы пыли из террикона Кировского рудника (×180); 4 – пыль из Норильска (×1100). Стрелки указывают на споры и палочковидные бактерии.
1. Горбатенко Ю.А. Аэрозоли и их основные физико-химические свойства. Екатеринбург: УГЛТУ, 2014. 35 с.
2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». М.: Минприроды России; НИА-Природа. 2016. 639 с. URL: http://www.mnr.gov.ru/regulatory/list.php?part=1996
3. Профессиональная патология: национальное руководство / под.ред. Н.Ф.Измерова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. 784 с.
4. Злокачественные новообразования в России в 2015 году (заболеваемость и смертность) / под ред. А.Д.Каприна, В.В.Старинского, Г.В.Петровой. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена - филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, 2017. 250 с.
5. Книжников В.А., Шандала Н.К., Комлева В.А., Швецов А.И. Сравнительная оценка канцерогенного риска при воздействии радиации и загрязнениия атмосферного воздуха угольной золой и бенз(а)пиреном // Гигиена и санитария 1993. №6. С.4-6.
6. Косарев В.В., Бабанов С. А. Профессиональные болезни: руководство для врачей. М.: Бином, 2013. 422 с.
7. Кутузов C.C., Михаленко В.Н., Шахгеданова M., Жино П., Козачек А.В., Лаврентьев И.И., Кудерина Т.М., Попов Г.Д. Пути дальнего переноса пыли на ледники Кавказа и химический состав снега на Западном плато Эльбруса // Лёд и Снег. 2014. №3(127). С.5-15. doi:https://doi.org/10.15356/2076-6734-2014-3-5-15
8. Нестеровский Я.И., Алексеева Р.С. Экологические аспекты болезней органов дыхания в промышленной области // Пульмонология. 1994. №2. С.14-17.
9. Пневмокониозы. Клинические рекомендации. М.: Министерство здравоохранения РФ, 2016. 38 с. URL: http://www.niimt.ru/doc/FedClinRekPnevmokoniozy.pdf
10. Ревич Б.А., Шапошников Д.А., Авалиани С.Л., Лезина Е.А., Семутникова Е.Г. Изменение качества атмосферного воздуха в Москве в 2006-2012 гг. и риски для здоровья населения // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2015. Т.26, №1. С.91- 122.
11. Хлебопрос Р.Г., Тасейко О.В., Иванова Ю.Д., Михайлюта С.В. Красноярск. Экологические очерки. Красноярск: СФУ, 2012. 130 с.
12. Худолей В.В., Дятченко О.Т., Мерабишвили В.М., Шабашова Н.Я. Экологическая обстановка, демография и злокачественные новообразования в Санкт- Петербурге // Вопросы онкологии. 1998. Т.44, №3. С.270-282.
13. Чувочина М. С. Бактериальное разнообразие снежного покрова ледника Монблан, содержащего почвенную пыль пустыни Сахара, и роль отдельных филотипов в его колонизации: автореф. дис … канд. биол. наук. СПб, 2011. 18 с.
14. Юшкин Н.П. Минеральный мир и здоровье человека // Вестник отделения наук о Земле РАН. 2004. №1(22). С.1-10. URL: http://web.ru/conf/khitariada/1-2004/scpub-1.pdf
15. Bariffi F., Marangio E., Pesci A., Bertorelli G., Gabrielli M.. Lavagio bronchoalveolare (BAL) nella diagnostica della pnevmopatie de aerocontaminanti in organici // Riv. Patol. Clin. Tuberc. 1985. Vol.56, №3. P.337-346.
16. Beck B., Gohike R., Sturm W., Bergmann L., Wolf E. Soot lung as occupational disease // Z. Erkr. Atmungsorgane. 1985. Vol.164, №3. P.254-266.
17. Dietemann-Molard A., Maier E., Pelletier A., Hutt N., Maier A., Bohner C., Pauli G., Leroy M.J., Roegel E. Multiple elemental organic components of the broncho-alveolar lavage fluid in normal subjects and in various lung pathologies (excluding silica and asbestos fibers) // Rev. Mal. Resp. 1989. Vol.6, №6. Р.511-517.
18. Fenchel T. Microbiology. Biogeography for bacteria // Science. 2003. Vol.301, №5635. P.925-926.
19. Gaudichet A., Pairon J.C., Malandain O., Couste B., Brochard P., Bignon J. Mineralogical study of non-fibrous particles in bronchoalveolar lavage fluid // Rev. Mal. Resp. 1987. Vol.4, №5. P.237-243.
20. Goudie A.S., Middleton N.J. Saharan dust storms: nature and consequences // Earth-Sci. Rev. 2001. Vol.56, Iss.1-4. P.179-204.
21. Kellogg C.A., Griffin D.W. Aerobiology and the global transport of desert dust // Trends Ecol. Evol. 2006. Vol.21, №11. Р.638-644.
22. Laverenz J.U., Muller K.M. Bronchoalveolare lavage. Patologisch-anatomische Befunde // Atemwegs-Lungenkr. 1989. Vol.15, №11-15. P.583- 587.
23. Moulin C., Lambert C.E., Dulac F., Dayan U. Control of atmospheric export of dust from North Africa by the North Atlantic Oscillation // Nature. 1997. Vol.387, №6634. P.691-694.
24. Schlesinger P., Mamane Y., Grishkan I. Transport of microorganisms to Israel during Saharan dust events // Aerobiologia. 2006. Vol.22. Р.229.
25. Zook H.A., Grün E., Baguhl M., Hamilton D., Linkert G., Liou J.C., Forsyth R., Phillips J.L. Hyperbolic cosmic dust: Its origin and its astrophysical significance // Planet. Space Sci. Vol.23. P.1391-1397.
