Оттенка многофакторного влияния техногенного загрязнения на развитие рака легких у населения

[гиена и санитария 3/2014

(HI = 1,31), Одоевском (HI = 1,30), Узловском (Н1=1,22) и Богородицком (Ш = 1,05) районах (cм. таблицу).

Ранжирование вредных веществ, загрязняющих питьевую воду, по коэффициентам опасности (HQ) выявило, что наибольший риск для здоровья детского населения представляют нитраты и стронций, а для остальных веществ HQ не превышает уровня минимального риска. По результатам ранжирования от воздействия химического загрязнения воды в наибольшей степени страдает детское население Арсеньевского, Куркинского, Белевского, Воловского и Плавского районов. Уровни минимального риска установлены для Алексинского, Дубенского, Веневского, Ясногорского и Ленинского районов.

В заключение следует отметить, что гигиеническая оценка питьевой воды централизованного водоснабжения в Тульской области показала, что приоритетными загрязняющими веществами являются соли железа, нитраты, стронций и марганец. Содержание химических веществ в питьевой воде по некоторым районам области превышает суммарный индекс опасности. В связи с этим потенциальному риску опасности у детей подвержены в первую очередь органы пищеварения, система кроветворения и кожные покровы.

Изложенные данные свидетельствуют, что назрела насущная необходимость привести в надлежащее техническое состояние существующие водопроводные сети, а также усовершенствовать технологические процессы и

внедрить новые современные технологии очистки питьевой воды.

Литер атура

1. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Тульской области в 2010 году: государственный доклад. Тула: Управление Роспотребнадзора по Тульской области; 2011.

2. Мерков A.M., Поляков Л.Е. Санитарная статистика. М.: Медицина; 1974.

3. Турбинский В.В., Маслюк А.И. Риск для здоровья населения химического состава питьевой воды. Гигиена и санитария. 2011; 2: 23-7.

4. Faust Ben. Nitrate (v) and the blue baby syndrome. Educ. Chem. 2004; 41(2): 44-6, 50.

Reference s

1. The Sanitary-Epidemiological Situation in Tula Region in the year 2010: State report. Tula: Upravlenie Rospotrebnadzora po Tul’skoy oblasti; 2011.

2. Merkov A.M., Polyakov L.E. Sanitary statistics [Sanitarnaya statistika]. Moscow: Meditsina; 1974.

3. Turbinskiy V.V., Maslyuk A.I. Public health risk of chemical composition of clean drinking water. Gigiena i sanitariya. 2011; 2: 23-7.

4. Faust Ben. Nitrate (v) and the blue baby syndrome. Educ. Chem. 2004; 41(2): 44-6, 50.

Поступила 11.01.12 Received 11.01.12

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УДК 614.72:616.24-006.04

Лежнин В.Л.1, Казанцев В.С.2, Ползик Е.В.2

ОЦЕНКА МНОГОФАКТОРНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

на развитие рака легких у населения

1ФГБУН «Институт промышленной экологии» Уральского отделения РАН, 620219, Екатеринбург; 2ГБОУ ДПО «Уральский научнопрактический центр медико-социальных и экономических проблем здравоохранения», 620075, Екатеринбург

Исследование посвящено оценке техногенного геохимического загрязнения селитебной территории промышленного города и его влиянию на заболеваемость раком легкого среди населения, проживающего под интенсивным воздействием выбросов медеплавильного комбината. Для математической обработки эпидемиологического материала использованы методы системного многофакторного анализа, основанные на принципах распознавания образов. Установлено, что результатом многолетней деятельности медеплавильного комбината стало интенсивное техногенное загрязнение объектов окружающей среды канцерогенными веществами. Показано, что вклад экологического загрязнения в формирование заболеваемости раком легкого у населения, проживающего под воздействием промышленных выбросов медеплавильного комбината, составляет около 10%.

Ключевые слова: техногенное загрязнение окружающей среды; рак легкого; многофакторный анализ.

V.L. Lezhnin1, V.S. Kazantsev2, E.V Polzik2 - A MULTIFACTOR ASSESSMENT OF EFFECTS OF TECHNOGENIC POLLUTION ON THE OCCURRENCE OF LUNG CANCER IN THE POPULATION OF AN INDUSTRIAL TOWN

1The Institute of Industrial Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation, 620219; 2Ural Scientific and Practical Center for Medical, Social and Economic Problems of Public Health, Ekaterinburg, Russian Federation, 620075

The study was devoted to the evaluation of technogenic geochemical pollution of the residential area of an industrial town and its effects on lung cancer incidence in the population living under severe exposure to emissions of a copper smelter plant. For mathematical treatment of epidemiologic data there were used methods of a system multifactor analysis based on pattern recognition principles. The result of the long-term operation of the copper smelter plant was established to become the intensive technogenic pollution of environment with carcinogenic substances. The contribution of environmental contamination in the lung cancer incidence of the population exposed to industrial emissions of the copper smelter was shown to be about 10%.

Key words: technogenic pollution of environment, lung cancer, a multifactor analysis.

для корреспонденции: Лежнин Владимир Леонидович, lezhnin@ecko . uran. ru

26

Введение

Город Карабаш Челябинской области является одним из старейших горно-металлургических центров Урала, промышленное освоение которого началось в первой половине XVIII века. В 1737 г. в Соймановской долине, где в настоящее время расположен г. Карабаш, были найдены залежи окисленных медных руд, а в 1837 г. пущен первый медный завод, имевший 12 малых плавильных печей, выдававших 22 т карабашской меди. В 1909 г. на базе месторождения медных руд были заложены шахты, а в 1910 г. построен Карабашский медеплавильный завод (КМК), являющийся старейшим в России действующим медеплавильным предприятием. К 1915 г. КМК выплавлял треть всей меди, производимой в России, а в 1975 г. достиг максимального объема производства черновой меди в 65 тыс. т в год.

В результате работы КМК на протяжении более 80 лет без серьезных реконструктивных и технологических изменений, в отсутствии эффективных газоочистных сооружений, в условиях грубых нарушений принципов рационального природопользования на территории г. Карабаша сложилась неблагоприятная и уникальная по составу химического загрязнения объектов окружающей среды экологическая обстановка.

В 1998 г. на базе старого завода КМК начато строительство нового металлургического предприятия - ЗАО «Карабашмедь», основной деятельностью которого остается производство черновой меди. В настоящее время на предприятии установлено современное оборудование ведущих производителей отрасли: конверторная печь с погружной фурмой «Ausmelt» Ltd. (Австралия), комплекс «WSA Haldor Topsoe A.S.» (Дания) для улавливания сернистого газа и его превращения в товарную серную кислоту, рукавный фильтр «Фрик 5200» (Россия) для очистки отходящих с конвертеров промышленных газов, что существенно снизило техногенную нагрузку выбросов предприятия на селитебную территорию города.

В связи с этим сложившаяся экологическая обстановка в г. Карабаше обусловлена двумя составляющими: 1) современным (после проведения в последние годы кардинальной реконструкции медеплавильного производства) техногенным воздействием на окружающую среду ЗАО «Карабашмедь», основным видом которого являются промышленные выбросы в атмосферу; 2) наличием негативных последствий многолетнего воздействия на окружающую среду устаревших технологий КМК, основным из которых является техногенное загрязнение почвы селитебной территории города.

Материалы и методы

В ходе исследования решались следующие задачи:

- оценить степень химического загрязнения почв и снегового покрова на селитебной территории города канцерогенными веществами;

- определить влияние техногенного загрязнения окружающей среды на заболеваемость жителей г. Кара-баш злокачественными новообразованиями.

Для решения первой задачи было проведено изучение уровня химического загрязнения депонирующих сред с помощью снеговой и почвенной съемки на селитебной территории г. Карабаша с последующим лабораторным определением концентрации химических элементов в пробах снега и почвы. Такой анализ позволяет дать экспрессную характеристику аэрогенного загрязнения окружающей среды за период устойчивого снежного покрова, выявить элементы, не характерные для

сложившейся типоморфной ситуации ассоциации микроэлементов на обследуемой территории, определить источник их выброса, интенсивность и плотность техногенной нагрузки. Снеговая съемка проведена в соответствии с действующими нормативными документами [4, 6]. Отбор проб почвы осуществлялся в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84. Анализ полученных лабораторных данных об уровне химического загрязнения снегового покрова и почвы на территории города проведен в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» №5174-90 и ГН 2.1.7.020-94 с расчетом коэффициента концентрации химических веществ Кс и показателя суммарного загрязнения Zc [4, 5, 7, 8].

При решении второй из вышеназванных задач на первом этапе работы был выполнен анализ заболеваемости населения злокачественными новообразованиями (ЗН) в г. Карабаше за период с 2000 по 2010 г. Сравнение проводилось с аналогичными данными по Челябинской области в целом. На втором этапе исследования оценивалось влияние уровня загрязнения окружающей среды на заболеваемость ЗН легкого. Для этого был проведен расчет коэффициентов корреляции между величиной средней концентрации содержания в пробах почвы и снегового покрова четырех канцерогенов (никель, кадмий, хром и мышьяк) на 7 территориальных участках медицинского обслуживания населения города, а также суммарных показателей загрязнения и уровня заболеваемости ЗН легкого населения, проживающего в этих районах города.

Поскольку ЗН относятся к категории многофакторных заболеваний, возникающих в результате действия на человека целого комплекса различных факторов, то для корректной оценки влияния загрязнения окружающей среды на развитие ЗН легкого у населения г. Карабаша было проведено эпидемиологическое исследование с использованием методов системного анализа [2, 3, 10].

Основная группа включала 77 человек с диагнозом ЗН легкого, установленным с 2000 по 2010 г. Диагноз у всех больных был верифицирован и более чем в 70% случаев подтвержден морфологически. Контрольная группа в количестве 150 человек, не имеющих диагноза ЗН, подбиралась из числа жителей города случайным образом, но с учетом следующих условий: а) ее половозрастной состав соответствовал таковому для взрослого населения города; б) в нее включались жители всех частей города в пропорции, близкой к сложившемуся территориальному расселению; в) профессиональный состав группы соответствовал таковому по городу. Таким образом, при формировании контроля было достигнуто его соответствие структуре населения г. Карабаш в целом.

Каждый из 227 человек основной и контрольной групп характеризовался комплексом из 22 показателей, отражающих известные факторы риска развития ЗН легкого. Была собрана персонифицированная информация о следующих факторах: а) биологические (пол, возраст, национальность); б) наследственные (количество ближайших родственников, имеющих в анамнезе ЗН); в) социально-бытовые (длительность и интенсивность курения, употребление алкоголя, наличие газовой плиты на кухне, наличие печного отопления); г) предшествующие заболевания (наличие в анамнезе хронического бронхита, туберкулеза, силикоза, эмфиземы легких); д) профессиональные (длительность общего и вредно-

27

гиена и санитария

3/2014

Загрязнение почвы г. Карабаш

28

го трудового стажа, место работы); е) экологические (обобщенные показатели загрязнения всеми веществами и канцерогенами почвы и снега, длительность проживания в г. Карабаше).

Для многофакторного анализа использовался математический аппарат распознавания образов. В ходе обработки собранного материала осуществлялось решение следующих задач.

1. Оценка достаточности избранного комплекса факторов для надежного описания различий между наблюдениями 2 выделенных классов (больные ЗН легкого и контроль).

2. Количественная оценка информативности каждого фактора, величина которой интерпретировалась как сила его влияния.

3. Определение направленности влияния каждого фактора, которая рассматривалась как обусловленное фактором повышение или понижение вероятности развития ЗН.

Решение первой из перечисленных задач осуществлялось методами дискриминантного анализа. Из всего множества наблюдений обоих классов выделяется некоторая часть (в данном случае 15%) для «экзамена». На основе остальных наблюдений проводится «обучение» компьютера, в ходе которого строятся дискриминантные функции (решающие правила), разделяющие заданные классы. Критерием их качества служил процент правильно распознанных наблюдений «экзаменующей» (проверочной) выборки. Чем выше этот процент, тем обоснованнее вывод о том, что избранный комплекс признаков действительно характеризует наблюдения, принадлежащие разным классам. Для оценки информативности каждого признака использовался метод, основанный на определении разности частот встречаемости значений признаков в выделенных классах. Для определения направленности влияния каждого фактора использовалась процедура анализа частоты встречаемости значений признаков в выделенных классах. Решение всех задач проводилось с помощью пакета прикладных программ «КВАЗАР» [1].

Результаты и обсуждение

Результаты оценки загрязнения почвы канцерогенными химическими веществами на территории города свидетельствуют о высокой его степени (см. рисунок). Превышение ПДК средних концентраций содержания никеля составляло 20,2-61,5 раза, кадмия - 1,04-3,1 раза, мышьяка - 26,1-146,8 раза, хрома - 1,7-4,4 раза. Также были выявлены различия в содержании этих канцерогенов на разных участках селитебной части г. Карабаша, что видно из данных о величине суммарного показателя загрязнения (Zc) (табл. 1).

Высокая степень загрязнения окружающей среды подтверждается и результатами аналогичных исследований снегового покрова. Так, содержание никеля в твердой фазе снега на разных участках превышало фоновый уровень в 7,4-10,2 раза, кадмия - в 2,2-3,6 раза, мышьяка - в 1,3-2,3 раза, хрома - в 1,4-3,9 раза. Величина Zc составляла от 11,36 до 13,85, т. е. была в 3 раза выше фоновых его значений.

Таким образом, на основании результатов этого этапа исследования была получена объективная информация, указывающая на значительное загрязнение территории г. Карабаша канцерогенными веществами. Несмотря на небольшую площадь территории города, было установлено, что интенсивность загрязнения неравномерна в разных ее частях.

Таблица 1

Средние концентрации химических веществ (в мг/кг) в пробах почвы на селитебной территории г. Карабаш

Участок Никель Кадмий Мышьяк Хром Zc

№ 1 168,5 5,3 192,5 330,4 11,52

№ 2 105,5 7,8 276,5 235,3 11,41

№ 3 196,1 6,7 274,3 398,1 15,30

№ 4 178,1 5,4 157,8 288,4 10,62

№ 5 246,9 7,6 220,1 306,1 14,86

№ 6 81,1 2,6 52,1 158,3 3,17

№ 7 165,9 7,5 293,7 384,9 15,04

ПДК 4,0 2,5 2,0 90,0

Таблица 2

Суммарный интенсивный показатель заболеваемости населения г. Карабаш раком легкого за 2000-2010 гг.

Показатель Участок

№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7

Заболеваемость 97,6 114,3 93,2 61,3 71,7 24,4 86,1

раком легкого

Онкологическая заболеваемость в г. Карабаше в 2000-2010 гг. была высокой - уровень ее колебался от 318,8 до 417,7 на 100 тыс. населения. Среднее значение показателя за анализируемый период составило 378,7 на 100 тыс., что близко к таковому по Челябинской области (377,8 на 100 тыс.). В то же время анализ заболеваемости ЗН в разных частях города выявил наличие между ними значительных отличий (табл. 2). В связи с этим возникал вопрос, в какой степени отличия в заболеваемости ЗН легкого обусловлены разным уровнем загрязнения объектов окружающей среды. Для получения ответа на него был проведен расчет коэффициентов корреляции суммарных показателей загрязнения почвы и снега на 7 территориальных участках города с уровнем заболеваемости раком легкого, проживающего там населения. Первый из них был равен +0,698, второй - +0,444. На основании этих результатов можно сделать заключение о достаточно сильном влиянии загрязнения окружающей среды в г. Карабаше канцерогенными веществами на заболеваемость населения ЗН легкого.

Вместе с тем наиболее точная оценка такого влияния могла быть получена только с помощью методов системного (многофакторного) анализа. В ходе математической обработки собранного материала вначале необходимо было определить, является ли информация о 22 показателях достаточной для надежного описания различий между классами заболевших ЗН легкого и здоровых лиц. Наилучшие результаты распознавания на процедуре «экзамен» (100% правильных ответов по обоим классам) были получены при учете подсистемы из 11 наиболее информативных признаков. В целом аналогичные результаты достигались при использовании подсистем, включающих 12-14 показателей.

Тот факт, что в ходе этого этапа математической обработки были получены надежные дискриминантные правила, дает основания утверждать, что исходный комплекс содержит в себе наиболее значимые факторы риска развития ЗН легкого, применительно к условиям г. Карабаша. Кроме того, следует отметить, что эти результаты были

29

[гиена и санитария 3/2014

достигнуты при использовании трех разных алгоритмов распознавания образов, основанных на методах потенциальных функций, комитетов старшинства и комитетов с логикой большинства, что, несомненно, повышает их надежность. Также с помощью специального алгоритма [9] был рассчитан доверительный интервал полученных результатов распознавания, который составил 81-96%. На основании этого можно констатировать, что обеспеченный в ходе данного исследования объем выборок был репрезентативным для получения надежных результатов.

На второй стадии математической обработки проводился анализ силы влияния каждого фактора на развитие ЗН легкого. Наиболее высокие ранговые места заняли хорошо известные факторы: длительность и интенсивность курения, пол, возраст, наличие в анамнезе заболевания хроническим бронхитом, злоупотребление алкоголем. В подсистему наиболее информативных вошли также признаки, отражающие длительность общего и вредного трудового стажа, место работы, наличие печного отопления в жилище. Что же касается признаков, характеризующих загрязнение окружающей среды канцерогенами, то в числе 14 наиболее значимых оказались длительность проживания в г. Карабаше (10-е ранговое место), суммарные показатели загрязнения снежного покрова и почвы канцерогенными веществами (13-е и 14-е ранговые места). Если принять суммарную информативность всех 14 признаков за 100%, то вклад различных групп факторов в развитие ЗН легкого будет следующим: курение 22%, профессиональные 23%, биологические 17%, хронические заболевания легких 15%, злоупотребление алкоголем 9%, печное отопление жилища 4%, загрязнение окружающей среды 10%.

При оценке характера влияния каждого фактора были получены результаты, не противоречащие ранее установленным научным фактам. Так, риск развития рака легкого был выше у мужчин, прямо зависел от возраста, длительности и интенсивности курения, степени злоупотребления алкоголем, был выше у лиц, имевших в анамнезе заболевания хроническим бронхитом, и у работников или бывших работников медеплавильного комбината. Что же касается признаков, характеризующих уровень экологической экспозиции к канцерогенным веществам, то была установлена прямая зависимость развития рака легкого от длительности проживания в г. Карабаше и степени суммарного загрязнения канцерогенами территории города в месте проживания.

Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать следующее заключение. Многолетняя деятельность Карабашского медеплавильного комбината привела к интенсивному загрязнению объектов окружающей среды канцерогенными веществами, вместе с тем уровень техногенного загрязнения в разных частях селитебной территории города различен. Онкологическая заболеваемость населения г. Карабаша высокая и близка к таковой по Челябинской области в целом.

На основании результатов системного многофакторного анализа можно констатировать, что развитие рака легкого у жителей г. Карабаша происходит вследствие влияния сложного комплекса биологических, социальнобытовых, профессиональных и экологических факторов. Установлено, что вклад техногенного загрязнения окружающей среды достаточно велик - около 10%. Таким образом, можно полагать, что проводимая в последние годы технологическая модернизация предприятия

ЗАО «Карабашмедь» и реализация природоохранных мероприятий смогут в среднесрочной перспективе привести к уменьшению техногенной нагрузки со стороны медеплавильного предприятия на объекты окружающей среды и здоровье населения города, а впоследствии и к снижению уровня онкологической заболеваемости.

Литер атура

1. Казанцев В.С. Задачи классификации и их программное обеспечение (пакет КВАЗАР). М.: Наука; 1990.

2. Лежнин В.Л., Ползик Е.В., Казанцев В.С., Машинцов Е.А., Симонов А.Ф. Оценка комплексного влияния факторов канцерогенного риска на развитие рака желудка у жителей г. Тулы. Российский онкологический журнал. 2002; 3: 44-8.

3. Лежнин В.Л., Ползик Е.В., Казанцев В.С., Верейко С.П. Метод многофакторного анализа канцерогенной опасности радона. Гигиена и санитария. 2008; 1: 79-83.

4. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове. М.; 1990.

5. МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: Методические указания. М.; 1999.

6. Ревич Б.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р.С. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. Экологический вестник России. 1991; 9: 12-23.

7 . РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат; 1985.

8. Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы. М.: ГК Санэпиднадзор РФ; 1993.

9. Duda R., Hart P. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир; 197б.

10. Lezhnin V, Polzik E., Kazantsev V, Zhukovsky M., Pakholkina

0 . A multifactorial assessment of carcinogenic risks of radon for the population residing in a Russian radon hazard zone . Archive ОпЫ. 2011; 19(1-2): 3-8.

Reference s

1. Kazantsev V S . Classification tasks and their software

2. Lezhnin VL., Polzik E.V., Kazantsev V.S., Mashintsov E.A., Simonov A .F. Assessment of complex effects of carcinogenic risk factors on stomach cancer in the urban population of Tula. Rossiyskiy Onkologicheskiy Zhurnal. 2002; 3: 44-8.

3. Lezhnin V.L., Polzik E.V., Kazantsev V.S., Vereyko S.P. A multifactor analysis technique of radon carcinogenicity. Gigiena

1 Sanitariya. 2008; 1: 79-83.

4. Method recommendations for assessment of ambient air pollution of inhabited areas with metals based on their concentrations in snow cover. Moscow, 1990.

5. Method Guidelines 2.1.7.730-99. Hygienic evaluation of soil quality in inhabited areas. Moscow, 1999.

6. Revich B.A., Saet Yu.E., Smirnova R.S. Method recommendations for assessment of ambient air pollution of inhabited areas with metals based on their concentrations in snow cover and soil . Ekologicheskiy VestnikRossii. 1991; 9: 12-23.

7 . Guidelines 52.04.186-89. Guidelines for of ambient air pollution monitoring. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1985. (in Russian).

8. Guidelines for sanitary and chemical soil testing. Moscow: GK Sanepidnadzor RF; 1993.

9. Duda R., Hart P. Pattern recognition and scene analysis. Moscow: Mir; 1976.

10. Lezhnin V, Polzik E., Kazantsev V, Zhukovsky M., Pakholkina O . A multifactorial assessment of carcinogenic risks of radon for the population residing in a Russian radon hazard zone Archive Опcol. 2011; 19(1-2): 3-8.

Поступила 29.06.12 Received 29.06.12

30