На сегодняшний день, одним из подходов для установления реальной химической нагрузки и оценки степени неблагоприятного воздействия на здоровье и безопасность жизнедеятельности населения является определение химических соединений в биологических средах человека. При этом важным аспектом остается установление региональных максимально недействующих уровней, с учетом комплекса эколого-гигиенических факторов на данной территории, таких как уровень жизни, заболеваемость населения, состояние окружающей среды, оценка риска здоровью от воздействия вредных факторов окружающей среды. [3].
Казань – крупный индустриальный центр, по уровню развития промышленности занимающий ведущее место в РФ. На его территории размещены десятки промышленных предприятий машиностроительного, химического профиля, предприятия энергетики, развита напряженная внутригородская автотранспортная сеть. В городе к числу загрязнителей стабильно относятся тяжелые металлы (ТМ).
Цель исследования: изучить содержание тяжелых металлов в биологических средах (волосах) детей, проживающих в различных экологических зонах г. Казань.
На 1 этапе работы нами были определены зоны исследования на территории г. Казань. Выделение зон города Казани проводилось на основании загрязнения снегового покрова и почв тяжелыми металлами. Учитывая, что снег и почвы являются естественным накопителем химических веществ, содержащихся в атмосферном воздухе, то в условиях крупного промышленного города они могут характеризовать многолетнее загрязнение. [1, 3]. Оценку загрязненности почвы проводили в соответствии с СанПиН «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» (2003), ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» и МУ «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» (1999) по коэффициентам концентрации отдельных металлов (Кс) и суммарным коэффициентам загрязнения (Zс).
Отбор проб волос проводили по унифицированной методике у 110 детей 8–10 лет, отнесенных к 1 и 2 группам здоровья и проживающих в выделенных зонах города. Определение химических элементов в волосах детей проводилось методами ИСП-АЭС и ИСП-МС в АНО «Центр биотической медицины». На территории г. Казани были выделены три зоны: I – Дербышки; II – Теплоконтроль; III – Горки, различающиеся по суммарным коэффициентам загрязнения ТМ, расположению промышленных предприятий, производств, интенсивности движения грузового и легкового автотранспорта. Так, район Теплоконтроль в Приволжском районе города (2-я зона) является старым промышленным центром, где располагаются крупные предприятия, производящие синтетический каучук, резину и ряд автотранспортных хозяйств, в Дербышках (1-я зона) наиболее крупными по выбросам вредных веществ в атмосферу являются Казанский оптико-механический завод (КОМЗ) и предприятие по производству бытовой химии ОАО «Хитон» и 3-я зона Горки относятся к наиболее экологически благополучному району города. Оценка химического загрязнения подвижной формы металлов в отдельных зонах города, показала, что допустимый уровень загрязнения (Zс < 16) при всех методических подходах, отмечается в III зоне [2]. Уровень загрязнения II зоны Теплоконтроль относятся по оценочной шкале к опасной (Zс находится в пределах от 30,7 до 54,8). Получив средний суммарный коэффициент загрязнения мы оценили уровень загрязнения отдельных зон по Zс средней (рис. 1).
Рис. 1. Средний суммарный коэффициент загрязнения почв в зонах г. Казани
(I – Дербышки, II – Теплоконтроль, III – Горки)
Исходя из этого, на 2 этапе нами был проведен анализ на содержание ТМ в волосах у детей, проживающих в различных зонах (в I зоне (поселок Дербышки) – сильная загрязненность определялась в почве только по меди; во II зоне (Теплоконтроль) – сильная и очень сильная загрязненность – никелем, свинцом, кобальтом, медью и цинком и в III зоне (Горки) – никелем и кобальтом – условно чистая зона. Результаты анализа волос детей, проживающих в указанных зонах города Казани, показали, что концентрации свинца, кадмия, никеля, цинка, марганца и меди характеризовались большим размахом абсолютных величин. Проверка характера распределения абсолютных значений концентраций ТМ показала, что статистическое распределение концентраций только одного биогенного металла (Ме) – цинка (по критерию Колмогорова–Смирнова) подчиняется закону нормального распределения (рис. 2).
Рис. 2. Распределение значений содержания Zn в волосах детей города (K-S d = 0,10879)
В отношении остальных металлов (токсичных и условно-эссенциальных) график выборки имел ассиметричный вид, со сдвигом в правую сторону, p < 0,20). Отдельно изучалось среднее содержание металлов в волосах детей, проживающих в ранее выделенных трех зонах города, отличающихся по эколого-гигиенической ситуации (рис. 3).
Рис. 3. Среднее содержание металлов в волосах детей, проживающих
в различных зонах города, мкг/мг
Так, у детей, проживающих в I зоне (Дербышки), достоверно ниже, по сравнению с детьми из II зоны (Теплоконтроль) в волосах было содержание свинца (p < 0,01). Самое высокое среднее содержание кадмия (0,51 мкг/г) в волосах наблюдалось у детей II зоны. Содержание Ме в волосах детей III зоны не имело достоверных различий от аналогичных из других зон, хотя Горки традиционно считаются экологически благополучным районом города. Однако мы обратили внимание на ряд факторов: во-первых, некоторые из детей проживают на границе двух диаметрально противоположных по экологической ситуации зонах (Теплоконтроль и Горки); во-вторых, среди детей, проживающих во II зоне, более высокий процент детей с повышенным содержанием токсичных Ме в волосах, чем на Горках и в-третьих, противоположная картина выявилась в отношении эссенциальных Ме – процент детей, имеющих высокие значения Cu и Zn, оказался в техногенной зоне меньшим, чем в III зоне (рис. 4). Таким образом, наиболее значительные различия в содержании отдельных металлов в волосах, особенно свинца и кадмия выявляются у детей, проживающих в техногенно-загрязненной зоне (Теплоконтроль), выражающееся в их более высоком их уровне.
Наличие выраженной правосторонней асимметрии в распределении концентраций токсичных и условно-эссенциальных металлов определила необходимость использования центильного метода анализа для разработки эталонных шкал по результатам оценки содержания тяжелых металлов в волосах детей. В результате проведенных исследований были установлены границы стандартных центильных интервалов для детского населения города. В качестве нормы, типичного содержания нами рассматривался интервал от 25-го до 75-го центиля, как соответствующий средним значениям концентрации данного химического элемента в волосах детской популяции города Казани (таблица).
Рис. 4. Доля детей, в волосах которых содержание металлов выше допустимого уровня, %
Центильные шкалы для оценки содержания тяжелых металлов (мкг/мг)
в волосах детей по зонам города
|
Зоны |
Центили |
Металлы |
||||||
|
Zn |
Cd |
Cu |
Mn |
Ni |
Pb |
Cr |
||
|
I зона Дербышки |
5 |
81,4 |
0,04 |
6,4 |
0,12 |
0,16 |
0,07 |
0,07 |
|
10 |
86,7 |
0,12 |
7 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,09 |
|
|
25 |
111,4 |
0,23 |
8,5 |
0,48 |
0,27 |
0,9 |
0,091 |
|
|
50 |
131,4 |
0,45 |
11,19 |
1,12 |
1,11 |
2,38 |
0,27 |
|
|
75 |
158,9 |
0,94 |
16,4 |
2,91 |
2,25 |
5,1 |
0,6 |
|
|
90 |
180,4 |
1,5 |
18,6 |
4,79 |
10,79 |
7,45 |
1,34 |
|
|
95 |
206,3 |
2,39 |
19,4 |
17,18 |
23,25 |
9,26 |
4,3 |
|
|
II зона Теплоконтроль |
5 |
108,5 |
0,07 |
5,56 |
1,24 |
0,61 |
4,12 |
0,44 |
|
10 |
143,5 |
0,3 |
9,99 |
2,45 |
3,2 |
7,6 |
1,39 |
|
|
25 |
117,4 |
0,19 |
9,33 |
4,29 |
9,42 |
9,6 |
2,98 |
|
|
50 |
143 |
0,3 |
9,97 |
2,14 |
2,07 |
5,27 |
0,7 |
|
|
75 |
166,9 |
1,05 |
11,9 |
4,79 |
2,8 |
15,1 |
1,41 |
|
|
90 |
206,8 |
1,17 |
14,5 |
0,72 |
4,12 |
10,53 |
1,53 |
|
|
95 |
224,7 |
1,21 |
18,12 |
0,72 |
7,12 |
12,53 |
2,43 |
|
|
III зона Горки |
5 |
101 |
0,001 |
5,6 |
0,35 |
0,13 |
0,24 |
0,07 |
|
10 |
103,7 |
0,007 |
6,63 |
0,51 |
0,15 |
0,49 |
0,09 |
|
|
25 |
122,8 |
0,032 |
8,67 |
0,65 |
0,22 |
0,87 |
0,43 |
|
|
50 |
155,5 |
0,32 |
9,0 |
0,89 |
0,68 |
2,02 |
0,91 |
|
|
75 |
173,6 |
0,64 |
10,4 |
1,38 |
1,13 |
3,71 |
1,13 |
|
|
90 |
198,7 |
1,11 |
13,52 |
3,79 |
3,95 |
6,29 |
1,88 |
|
|
95 |
212,4 |
1,19 |
16,33 |
4,31 |
6,71 |
9,85 |
2,0 |
|
Значения, лежащие в интервале от 10-го до 25-го центиля и от 75-го до 90-го центиля, предлагается рассматривать как отклонения, соответствующие состоянию «предболезни», к биологически допустимым границам – 80 % (от 10-го до 90-го центиля). Медиана центильного распределения (50-й центиль) концентраций свинца в волосах во всех изученных зонах города не превышает принятого допустимого уровня свинца в волосах, колеблясь от 2,02 до 5,27 мкг/мг. Верхние границы кадмия выше допустимых величин в двух зонах, но в II – ой зоне содержание кадмия превышает рекомендуемый уровень уже на уровне 75-го центиля. Во всех зонах города, кроме Горок, более 50 % детей имели выше допустимых уровней содержание в волосах никеля и цинка. В волосах детей города верхняя граница повышенных концентраций превышает допустимый уровень по свинцу, достигая 11,03 мкг/мг; никелю (до 23,25 мкг/мг); цинку (до 232,4 мкг/мг); кадмию (до 2,39 мкг/мг); меди (до 75,7 мкг/мг); марганцу (до 17,2 мкг/мг) и хрому (до 6,62 мкг/мг).
Выводы
Проведенное исследование показало, что для детей I зоны характерно повышенное содержание в волосах цинка, меди и никеля; III – цинка и меди. Зона Теплоконтроль определяется как зона риска (дисбаланса эссенциальных микроэлементов и повышенного содержания ТМ). Результаты исследования содержания ТМ в волосах детей являются, с одной стороны, достаточно информативными как дополнительный метод оценки сложившейся экологической ситуации по ТМ на отдельных территориях города, а с другой – служат для объективного прогноза ожидаемого роста или снижения группы риска развития заболеваний детского населения, связанных с дефицитом или избытком микроэлементов. Предложенная шкала дифференцированного влияния ТМ на органы-мишени позволяет
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.