Введение: Актуальность проблемы и структура исследования
В современных урбанизированных территориях проблема загрязнения атмосферного воздуха является одним из ключевых факторов, определяющих здоровье населения. Из всего комплекса источников загрязнения, автотранспортные выбросы занимают доминирующее положение, особенно в крупных городах, где они формируют до 70–80% общего объема поллютантов, поступающих в приземный слой атмосферы. Эти выбросы содержат целый спектр высокотоксичных веществ, включая оксиды азота (NOₓ), оксид углерода (CO), полициклические ароматические углеводороды (например, бенз(а)пирен), а также мелкодисперсные взвешенные частицы (PM₂.₅ и PM₁₀).
Количественная оценка риска для здоровья (Risk Assessment) является единственным научно обоснованным инструментом, позволяющим трансформировать данные мониторинга загрязнения в конкретные показатели вероятности развития заболеваний и смертности. Таким образом, оценка риска выступает мостом между экологическими замерами и медико-профилактическими мероприятиями, обеспечивая доказательную базу для управленческих решений.
Целью настоящего исследования является проведение детального обзора методологий количественной оценки риска здоровью населения, вызываемого загрязнителями автотранспорта. Работа сфокусирована на анализе токсикологического профиля приоритетных поллютантов, представлении формульного аппарата для расчета рисков и разработке научно-обоснованных рекомендаций по его снижению, опираясь на действующую и наиболее актуальную нормативно-методическую базу Российской Федерации.
Структура работы соответствует требованиям академического реферата и включает последовательный анализ: нормативно-методической базы (с акцентом на Р 2.1.10.3968-23), токсикологических особенностей ключевых поллютантов, количественных показателей риска и факторов экспозиции, а также эффективных мер по управлению риском.
Нормативно-методическая основа и этапы анализа экологического риска
Методологическая строгость любого гигиенического исследования определяется его опорой на актуальные нормативные документы. В Российской Федерации ключевым документом, регламентирующим процедуру оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания, является Руководство Р 2.1.10.3968-23, введенное в действие с 1 января 2024 года. Это Руководство пришло на смену устаревшему Р 2.1.10.1920-04 и содержит уточненные подходы, факторы экспозиции и требования к интерпретации результатов, делая его обязательной базой для современных академических исследований, что, в свою очередь, гарантирует юридическую и научную состоятельность полученных выводов.
Базовые понятия и нормативные документы
Оценка риска для здоровья человека (Risk Assessment) — это строго регламентированная процедура, представляющая собой количественную или качественную характеристику вредных эффектов, которые могут развиться у конкретной группы населения в результате воздействия факторов среды обитания при специфических условиях экспозиции.
В контексте оценки риска выделяют два фундаментальных типа воздействия:
- Неканцерогенный риск: Вероятность развития неспецифических токсических эффектов (например, поражение дыхательной или нервной систем) при краткосрочном или долгосрочном воздействии.
- Канцерогенный риск: Дополнительная вероятность развития злокачественных новообразований (рака) в течение всей жизни (70 лет) под влиянием факторов, обладающих канцерогенным потенциалом.
Обоснование допустимого уровня воздействия базируется на Гигиенических нормативах (ГН), установленных в СанПиН 1.2.3685-21. Этот документ определяет предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) для химических веществ в атмосферном воздухе. ПДК служат основой для сравнения фактических концентраций поллютантов и являются одним из ключевых элементов на этапе идентификации опасности, поскольку помогают определить превышение фонового, безопасного уровня.
Системный анализ риска: Оценка, Управление и Информирование
В соответствии с методологией, принятой Всемирной организацией здравоохранения и закрепленной в Р 2.1.10.3968-23, анализ риска представляет собой комплексную систему, включающую три взаимосвязанных элемента:
- Оценка риска для здоровья (Risk Assessment): Сугубо научный, фактологический этап, направленный на количественное определение вредных эффектов.
- Управление риском (Risk Management): Принятие решений и разработка практических мероприятий, направленных на снижение выявленных неприемлемых рисков. Этот этап опирается на результаты оценки, но включает социально-экономические, технические и законодательные аспекты.
- Информирование о риске (Risk Communication): Процесс обмена информацией и мнениями между всеми заинтересованными сторонами (учеными, органами власти, общественностью) о существовании, природе, масштабах и мерах по контролю рисков.
Четыре обязательных этапа оценки риска здоровью
Процедура оценки риска (Risk Assessment) проводится последовательно в четыре обязательных этапа:
| Этап | Содержание | Цель |
|---|---|---|
| 1. Идентификация опасности | Сбор и анализ информации о токсикологических свойствах поллютанта, его классах опасности, органах-мишенях и характере воздействия (канцерогенное/неканцерогенное). | Установление факта, что вещество способно вызвать неблагоприятные эффекты при заданных условиях. |
| 2. Оценка экспозиции | Измерение или расчет фактических концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе и определение дозы, поступающей в организм человека (ингаляционным путем). Учет длительности, частоты воздействия и демографических параметров. | Количественное выражение фактической или потенциальной дозы воздействия. |
| 3. Оценка зависимости «доза–ответ» | Установление количественной связи между дозой вещества, поступающей в организм, и выраженностью неблагоприятного эффекта. Используются референтные концентрации (RfC) и факторы наклона (SF). | Определение токсикологических констант, необходимых для расчета риска. |
| 4. Характеристика риска | Интеграция данных по экспозиции и зависимости «доза–ответ» для расчета количественных показателей риска (HQ, HI, CR) и их сравнение с критериями приемлемости. | Формулирование выводов о величине и значимости риска для здоровья населения. |
Токсикологический профиль и нормативы приоритетных поллютантов
Автотранспортные выбросы представляют собой сложную смесь, однако токсикологический анализ традиционно фокусируется на приоритетных поллютантах, которые демонстрируют наиболее выраженное и часто встречающееся воздействие на организм человека.
Канцерогенный потенциал: Бенз(а)пирен (C₂₀H₁₂)
Бенз(а)пирен (БП) является одним из наиболее опасных и изученных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), содержащихся в продуктах неполного сгорания топлива. Токсикологически БП относится к чрезвычайно опасным веществам (1-й класс опасности) и является установленным канцерогеном. Его опасность обусловлена способностью метаболизироваться в организме до реактивных эпоксидов, которые связываются с ДНК, вызывая мутации и инициацию опухолевого процесса.
Ввиду его высокой опасности, гигиенические нормативы для БП чрезвычайно строги. Согласно СанПиН 1.2.3685-21, среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКсс) составляет:
ПДКсс (БП) = 0.000001 мг/м³
Острое и системное неканцерогенное воздействие NO₂ и CO
Диоксид азота (NO₂)
NO₂ является высокотоксичным соединением (3-й класс опасности), образующимся в результате сжигания топлива при высоких температурах. Основной орган-мишень для диоксида азота — дыхательная система. NO₂ обладает выраженным раздражающим действием, вызывая воспаление и повреждение слизистых оболочек бронхов и альвеол, вплоть до развития отека легких при высоких концентрациях. Кроме того, NO₂ может проникать в кровоток, вызывая образование метгемоглобина, и оказывает угнетающее действие на центральную нервную систему (ЦНС).
Нормативы для NO₂ (СанПиН 1.2.3685-21):
- Максимальная разовая концентрация (ПДКм.р.): 0.2 мг/м³.
- Среднесуточная концентрация (ПДКсс): 0.04 мг/м³.
Оксид углерода (CO)
Оксид углерода, или угарный газ, относится к малоопасным веществам (4-й класс опасности) по острой токсичности. Однако его исключительная опасность заключается в механизме системного воздействия. CO имеет сродство к гемоглобину, в 200–300 раз превышающее сродство кислорода. Связываясь с гемоглобином, CO образует стойкий карбоксигемоглобин (HbCO), который не способен переносить кислород. Это приводит к кислородному голоданию (гипоксии) всех тканей и органов, особенно чувствительных — мозга и сердца.
Нормативы для CO (СанПиН 1.2.3685-21):
- ПДКм.р.: 5.0 мг/м³.
- ПДКсс: 3.0 мг/м³.
Механизм повреждения клеток мелкодисперсными частицами PM₂.₅/₁₀
Взвешенные частицы PM₁₀ (частицы диаметром менее 10 мкм) и, в особенности, PM₂.₅ (диаметром менее 2.5 мкм) представляют собой критический фактор риска. Частицы PM₂.₅ способны проникать глубоко в альвеолы легких и, в некоторых случаях, попадать в кровоток.
Гигиенические нормативы для PM (СанПиН 1.2.3685-21):
- PM₂.₅: ПДКсс = 0.035 мг/м³.
- PM₁₀: ПДКм.р. = 0.3 мг/м³.
Ключевой токсикологический механизм воздействия PM заключается не только в их механическом раздражении, но и в химической активности их органических компонентов. Тонкодисперсные частицы содержат значительное количество органических аэрозолей (OOA) и переходных металлов. Внутри альвеолярных клеток эти компоненты вызывают окислительный стресс посредством непрерывной генерации активных форм кислорода (АФК). Накопление АФК повреждает клеточные мембраны, белки и ДНК, что ведет к воспалительным реакциям, хронической обструктивной болезни легких, атеросклерозу и повышению риска развития онкологических заболеваний.
Таким образом, понимание того, что частицы PM являются не просто инертной пылью, а химически активными переносчиками токсинов, требует рассматривать их как один из самых приоритетных, но часто недооцениваемых факторов риска в городской среде.
Количественное выражение риска: формульный аппарат Р 2.1.10.3968-23
Количественная характеристика риска является кульминацией всего процесса оценки и требует применения утвержденных методологических формул. В основе расчетов, согласно Р 2.1.10.3968-23, лежат показатели неканцерогенного и канцерогенного риска.
Оценка неканцерогенного риска
Для оценки неканцерогенного риска используется отношение фактической или расчетной концентрации вещества к его безопасному (референтному) уровню.
- Коэффициент опасности (HQ)
Коэффициент опасности показывает, во сколько раз фактическая концентрация вещества превышает референтную концентрацию (RfC), при которой не ожидается развития вредных неканцерогенных эффектов:
HQ = AC / RfC
Где:
- AC — фактическая или расчетная средняя концентрация поллютанта в атмосферном воздухе, мг/м³.
- RfC — референтная концентрация для ингаляционного воздействия, мг/м³.
- Индекс опасности (HI)
Если население подвергается воздействию нескольких загрязняющих веществ, которые воздействуют на один и тот же критический орган или систему (например, дыхательную), оценивается суммарный риск, который выражается через Индекс опасности (HI):
HI = Σ HQᵢ
Критерий приемлемости: Неканцерогенный риск считается приемлемым (допустимым) при значении HQ или HI, равном или меньшем 1.0 (HI ≤ 1.0). Превышение этого значения указывает на потенциальную вероятность развития неблагоприятных эффектов, требующую немедленного вмешательства.
Расчет индивидуального канцерогенного риска (ICR)
Канцерогенный риск (CR или ICR) — это расчетная верхняя граница дополнительной вероятности развития рака в течение всей жизни (70 лет) в результате воздействия канцерогена.
Расчет CR проводится путем умножения Средней суточной пожизненной дозы (LADD) на Фактор наклона (SF):
CR = LADD · SF
- Фактор наклона (SF)
Фактор наклона (SF), или фактор канцерогенного потенциала, представляет собой верхнюю, консервативную оценку дополнительного индивидуального канцерогенного риска или степени увеличения вероятности развития рака при воздействии канцерогена. SF имеет размерность (мг/(кг · день))⁻¹. Этот показатель является специфичным для каждого канцерогена и определяется на основе экспериментальных токсикологических данных.
- Средняя суточная пожизненная доза (LADD)
Этот показатель отражает усредненную за всю жизнь дозу вещества, поступающую в организм. Для ингаляционного воздействия (атмосферный воздух) формула расчета LADD выглядит следующим образом:
LADD = (C · CR · ED · EF) / (BW · AT · 365)
Где:
- C — Концентрация вещества в воздухе (мг/м³).
- CR — Скорость дыхания (коэффициент потребления воздуха), (м³/день).
- ED — Продолжительность воздействия, (годы).
- EF — Частота воздействия, (дни/год).
- BW — Масса тела, (кг).
- AT — Период усреднения экспозиции (70 лет), (годы).
- 365 — Количество дней в году.
Допустимый диапазон риска:
В соответствии с гигиеническими требованиями, канцерогенный риск, равный или меньший 1 × 10⁻⁶, считается пренебрежимо малым. Верхний предел допустимого (приемлемого) риска для населения установлен на уровне 1 × 10⁻⁴. Риск, превышающий 1 × 10⁻⁴, требует обязательной разработки и реализации мер по его снижению. Стоит ли напоминать, что превышение этого порога несет прямую угрозу общественному здоровью, поэтому игнорирование таких данных недопустимо?
Факторы городской среды и особенности оценки экспозиции
Оценка экспозиции (расчет LADD) не может быть точной без учета специфики городской среды, которая играет роль усилителя концентрации поллютантов и, соответственно, дозы воздействия на человека.
Влияние застройки и плотности движения
Выбросы автотранспорта являются низкими и приземными. В условиях плотной городской застройки (так называемые «уличные каньоны») вертикальный и горизонтальный воздухообмен существенно затруднен. Здания служат барьерами, которые препятствуют эффективному рассеиванию загрязняющих веществ. Это приводит к тому, что концентрации токсичных компонентов, особенно вблизи автомагистралей и перекрестков, могут многократно превышать фоновые значения, создавая локальные зоны высокого риска в местах проживания и работы людей. Таким образом, фактическая экспозиция населения к выбросам напрямую зависит от плотности транспортного потока и архитектурно-планировочных решений.
Количественная оценка роли температурной инверсии
Одним из наиболее критических метеорологических факторов, влияющих на экспозицию, является температурная инверсия.
Температурная инверсия — это метеорологическое явление, при котором температура воздуха с высотой не снижается, как обычно, а, наоборот, повышается. Этот теплый слой воздуха действует как «крышка» или «замок», препятствуя вертикальному перемешиванию воздушных масс.
В условиях инверсионной стратификации и слабого ветра (штиля) загрязняющие вещества, включая автотранспортные выбросы, не могут подняться выше приземного слоя и эффективно рассеяться. Это приводит к их накоплению. Исследования показывают, что наличие приземных или приподнятых инверсий, особенно в сочетании со штилевыми условиями, может способствовать увеличению концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в 1.5–2 раза. При расчете экспозиции (LADD) в городских условиях, где инверсии часты, этот фактор должен быть учтен путем коррекции концентрации C.
Интеграция экспозиционных параметров в LADD
Оценка экспозиции требует использования стандартных демографических и поведенческих параметров, интегрируемых в формулу LADD. Р 2.1.10.3968-23 предоставляет усредненные значения для населения РФ (например, стандартная масса тела, скорость дыхания, продолжительность проживания).
| Параметр | Обозначение | Стандартное значение для взрослого населения |
|---|---|---|
| Концентрация (C) | C | Фактическое среднегодовое значение (мг/м³) |
| Скорость дыхания | CR | ≈ 20 м³/день |
| Частота воздействия | EF | ≈ 350 дней/год (с учетом отпуска) |
| Продолжительность воздействия | ED | 70 лет (для пожизненного риска) |
| Масса тела | BW | 70 кг |
Таким образом, оценка риска не только использует химические и токсикологические данные, но и является глубоко интегрированной с географо-климатическими особенностями исследуемой территории, требуя междисциплинарного подхода.
Управление риском для здоровья: технические и градостроительные меры
Управление риском (Risk Management) является логическим продолжением оценки риска и направлено на разработку комплекса мероприятий, способных снизить фактическое воздействие поллютантов до приемлемого уровня (HI ≤ 1.0 и CR ≤ 1 × 10⁻⁴).
Технологии снижения выбросов NOₓ
Одним из наиболее эффективных направлений снижения риска является совершенствование технического состояния автопарка и внедрение систем нейтрализации вредных выбросов. В отношении оксидов азота (NOₓ), которые являются ключевым неканцерогенным фактором риска, критическое значение имеет технология Селективного Каталитического Восстановления (SCR).
Принцип действия SCR:
Система SCR использует раствор мочевины (AdBlue), который впрыскивается в поток отработавших газов. В горячих выхлопных газах мочевина разлагается до аммиака (NH₃). Аммиак на специальном катализаторе вступает в реакцию с оксидами азота, преобразуя их в безвредные компоненты — атмосферный азот (N₂) и водяной пар (H₂O).
4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O
Конкретная эффективность: Внедрение технологии SCR на дизельных двигателях, соответствующих стандартам Euro 5 и Euro 6, позволяет сократить выбросы оксидов азота (NOₓ) до 90%, что кардинально снижает AC (среднюю концентрацию) и, соответственно, уменьшает Коэффициент опасности (HQ) для NO₂.
Градостроительные и организационные меры
- Рационализация дорожного движения: Перераспределение транспортных потоков, строительство объездных путей и вынос транзитного транспорта за пределы жилых зон способствуют снижению локальной концентрации поллютантов. Снижение загруженности магистралей уменьшает количество «пробок», где двигатели работают на холостом ходу, производя максимальное количество CO и NOₓ.
- Экологизация топлива и транспорта: Перевод общественного и грузового транспорта на более экологичные виды топлива (природный газ, электричество) способствует радикальному сокращению выбросов БП и PM.
- Увеличение площади озеленения: Зеленые насаждения (деревья и кустарники) вдоль дорог и в жилых зонах выполняют роль естественных биофильтров. Они не только поглощают газообразные поллютанты (NOₓ, SO₂), но и служат механическими барьерами, осаждая взвешенные частицы (PM). Это пассивное снижение концентрации в приземном слое является важной градостроительной мерой.
Заключение и перспективы исследований
Настоящий обзор продемонстрировал, что оценка риска для здоровья населения от выбросов автотранспорта является сложной, многофакторной задачей, требующей строгой методологической основы.
Ключевым выводом является необходимость использования актуального нормативного документа Р 2.1.10.3968-23, который определяет современные подходы к количественному выражению как неканцерогенного (HQ, HI ≤ 1.0), так и канцерогенного (CR, допустимый предел 1 × 10⁻⁴) риска. Было установлено, что приоритетными факторами опасности являются бенз(а)пирен (канцероген, 1-й класс опасности) и мелкодисперсные частицы PM₂.₅, токсическое действие которых усиливается за счет индукции окислительного стресса в альвеолярных клетках.
Особое внимание должно быть уделено факторам экспозиции: плотная городская застройка и неблагоприятные метеоусловия, такие как температурные инверсии, способны увеличить концентрации поллютантов в приземном слое в 1.5–2 раза, что напрямую влияет на расчет LADD и, следовательно, на итоговый риск.
Профилактическая гигиена требует перехода от пассивной констатации превышений ПДК к активному управлению риском. Внедрение технических мер, таких как технология SCR для снижения NOₓ на 90%, и градостроительных решений (озеленение, рационализация движения) являются научно-обоснованными путями снижения воздействия.
Перспективы исследований должны быть сосредоточены на уточнении факторов экспозиции, в частности, на разработке более точных моделей рассеивания с учетом микроклимата «уличных каньонов» и количественной оценке вклада ультрадисперсных частиц (меньше PM₂.₅) в общую токсическую нагрузку. Необходим дальнейший мониторинг и анализ статистической связи между измеренными уровнями риска и реальной заболеваемостью населения респираторными и онкологическими патологиями в урбанизированных территориях.
Список использованной литературы
- Арустамов Э.А. Безопасность жизнедеятельности. Учебник. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2006. С. 110-118.
- Бардов В.Г. Гигиена и экология: Учебник для студ. мед. вузов. – К.: Нова книга, 2008. С. 65-78.
- Бурак И.И., Филонов В.П., Соколов С.М. Гигиена. Учеб. пособие. – Мн.: Выш. шк., 2004. С. 16-27.
- Ванкевич Р.Е. Применение методов системного анализа и ГИС-технологий к построению количественных взаимосвязей в системе «автотранспорт – городская среда – здоровье» : Диссертация канд. техн. наук : 25.00.36. – Санкт-Петербург, 2003. С. 1-28.
- Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобилей. – Изд-во «Транспорт», 1968. – 128 с.
- Гончарук Е.И. Коммунальная гигиена.: Учеб. для студентов высших мед. учеб. завед. – К.: Вища шк., 2006. С. 459-463.
- Лакшин А.М., Катаева А.В. Общая гигиена с основами экологии человека: Учебник для вузов. – Р/н/Д.: Феникс, 2004. С. 201-217.
- Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2003. С. 364-375.
- Охрана окружающей среды при эксплуатации автомобильного транспорта / Е.В. Синенко, В.Е. Сотников. – К.: Техника, 1985. – 48 с.
- Садовникова Л.К., Суханов Н.И, Трофимов С.Я. Биосфера: загрязнение, деградация, охрана: Краткий толковый словарь. – М.: Высшая школа, 2007. С. 87-92.
- СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. URL: https://consultant.ru/
- Р 2.1.10.3968-23. Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания. URL: https://garant.ru/
- АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИГИЕНЫ И ПРОФИЛАКТИКИ. URL: https://niig.su/
- ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДА АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ НА ПРИМЕРЕ ТЮМЕНИ. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33646
- Опасность оксидов азота, и наш способ ее нейтрализации (система SCR). URL: https://eet-msk.ru/
- Оценка риска здоровья населения для проекта СЗЗ в Москве. Воздействие химических факторов. URL: https://ekologicheskie-uslugi.ru/
- ПДК вредных веществ в воздухе — таблица, классы опасности, последствия превышения. URL: https://xn--90aifdm6al.xn--p1ai/
- Показатели риска и вреда здоровью населения в системе новых механизмов мониторинга и управления качеством воздуха. URL: https://fcgie.ru/
- Чем опасен диоксид азота. ПДК NO2 в воздухе рабочей зоны. URL: https://rteco.ru/