Информационная модель «Человек — окружающая среда — город»

Существует пространственная зависимость зависимости характеристик здоровья населения Санкт-Петербурга от некоторых факторов ОС [43].

Внешние факторы окружающие каждого человека в социуме — это социально-экономические факторы, метеорологические, физико-химические, физические, химические, психофизиологические и другие.

Психофизические факторы относятся к внутренним факторам воздействия. Они могут вызывать отклики у человека как отдельно от внешних факторов, так совместно с ними. Например: стрессовые ситуации ослабляют организм. Вследствие их сложной регистрации у каждого индивидуума в сообществе, а также — отсутствия единого понимания и объяснения факторов, которые могут вызвать отклики у организма, мы не рассматриваем психофизические факторы в работе.

Человеческое сообщество, живущее на определенной территории, имеет свои особенности. В модели территория жизнеобеспечения социума — это город. Город, как правило, является частью страны со своей политикой и экономикой. Таким образом, социально-экономические факторы, действующие на сообщество жителей города, сильно зависят от страны, в которой этот город расположен, от ее особенностей, традиций ее народа и тому подобное. Мы рассмотрим субъект Российской Федерации — город Санкт-Петербург и его жителей. Значимость социально-экономических факторов для нашей страны сильно зависит от выбора временного промежутка [21].

Человеческое сообщество (социум), функционируя на определенной территории, находится во взаимодействии, как с членами социума, так и с техносферой. В результате преобразования человеком естественной среды обитания, можно говорить уже о реальном существовании нового ее состояния — о техносфере. Понятие «техносфера» выражает совокупность технических устройств и систем вместе с областью технической деятельности человека. Ее структура достаточно сложна, так как включает в себя техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу. Техносфера изменяет ландшафты. Город — яркий тому пример. Факторы, влияющие на человека внутри техносферы, мы будем называть факторами техносферы (производственные, химические, физические факторы) [14].

Таким образом, социум для поддержания своего жизнеобеспечения привязан к территории, на которой функционирует техносфера. Следовательно, социум и человек не может не подвергаться воздействию техносферы: химическим и физико-химическим факторам воздействия [36].

В соответствии с многозначительными клиническими исследованиями воздействия химических факторов на живое (и на человека в частности), приоритетным для рассмотрения является именно химические факторы. Кроме того, они измерены и присутствуют во всех компонентах ОС [43,44,45,46].

Значимость того или иного фактора, а также сам отклик объекта исследования, зависит от пути воздействия этого фактора, т. е. от компонента ОС.

К настоящему времени в Санкт-Петербурге сложилась экологическая ситуация, которую следует рассматривать как близкую к критической [28]. Территория города выделяется самой большой техногенной нагрузкой на ОС в регионах европейской части страны по комплексу показателей экологической опасности, что и обуславливает его проблемы; в частности более 40% территории занимают промышленные предприятия и обслуживающие их структуры. Почти 1000 крупных индустриальных объектов, так или иначе, загрязняют природную среду [28].

Приоритетным загрязнителем атмосферы города является предприятия топливно-энергетического комплекса, металлургии, металлообработки и более всего автотранспорт (78%). Наибольший вклад в массу выбросов промышленных предприятий вносят пыль, диоксид азота, диоксид серы и оксид углерода, а также вещества из первого класса опасности — это свинец, кадмий и сажи [28].

Откликом на изменение окружающей среды и, как следствие, отклонением от нормального состояния каждого индивидуума человеческого общества, может являться заболеваемость [23,33,36].

В результате получаем упрощенную модель воздействия загрязняющих веществ в атмосфере и почве на население Санкт-Петербурга (Рисунок 5).

Рисунок 5. Общая модель воздействия факторов среды на человека — жителя города (подготовлена автором на основе [43]).

Характеристики Факторов.

При изучении проблемы состояния здоровья населения выяснилось, что на здоровье населения оказывают влияние следующие факторы [18]:

социальные условия и образ жизни (50−52%);

генетический статус (20−22%);

состояние ОС (18−20%);

состояние здравоохранения (7−12%).

Социальными факторами, как наименее измеримыми с т.з. технических систем, мы пренебрегаем. Вместе с тем, уже сегодня имеются данные, что до 77% всех случаев заболеваний, более 50% смертей и около 60% неправильного физического развития связаны, так или иначе, с условиями изменяющейся ОС.

В России в течение ближайших 30 лет при сохранении существующих тенденций развития народного хозяйства и экономики, состояние здоровья населения будет на 50−70% определяться качеством ОС. Под последним понимается «совокупность условий, обеспечивающих здоровье человека, то есть соответствие среды жизни человека его потребностям, интегрально отражаемое средней продолжительностью жизни, мерой здоровья людей и уровнем их заболеваемости, стандартизированных для данной группы населения» [14].

В ходе анализа пространственной зависимости отклика чувствительных групп населения от воздействия факторов ОС (дети до года, беременные) в качестве индикаторных заболеваний брались ВАДХН и отклонения у беременных в перинатальный период развития плода (включая терратогенные эффекты у плода). Последние отклонения регистрировались в ЛПУ на протяжении 2001 года [47]. В качестве химических факторов брались мутагены (свинец, кадмий, цинк и бензол), находящиеся в атмосфере в 2000 году. В качестве характеристик присутствия веществ брался суммарный ИЗА для рассматриваемых компонентов [23]. В пространственном анализе тех или иных явлений учитывались сопутствующие факторы ОС (например, направление ветра) [3].

Среди других факторов ОС, помимо загрязнений, это метеофакторы [3]. Мы их также не будем принимать во внимание, однако, очевидно также и влияние направления и скорости ветра на концентрации атмосферных загрязнений. Точки контроля, в которых обнаруживаются наибольшие концентрации специфических загрязнителей в атмосферном воздухе, в отношении источника загрязнения располагаются по румбам, близким к румбам господствующих ветров. Одновременно с отбором проб воздуха или регистрацией концентраций примесей на стационарных или маршрутных постах проводятся метеонаблюдения за направлением и скоростью ветра, температурой и влажностью воздуха, состоянием погоды [27]. Направление и скорость ветра определяют точки подфакельных наблюдений, где эти параметры также фиксируются. Кроме того, в отношении районов наблюдения необходимо иметь информацию о времени и частоте возникновения неблагоприятных метеоусловий, способствующих накоплению вредных примесей в приземном слое атмосферного воздуха [45]. Объём, периодичность и последовательность этих наблюдений изложены в руководящем документе РД 52.04.186−89.

Химические факторы в атмосфере Воздух — непосредственная среда обитания человека. Загрязненность воздуха вызывает заболевания органов дыхания, кровообращения, пищеварения, кожи, глаз. Это обусловлено тем, что различные химические элементы наиболее интенсивно поглощаются организмом именно при вдыхании. В частности, из воздуха адсорбируется кровью до 60% свинца (из воды — лишь 10%, из пищи — 5%) [45].

Характер и величина загрязнения воздуха в городе в значительной степени определяется выбросом загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников (в первую очередь — автотранспорта) (Рисунок 6)[29].

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы [48].

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем [45].

Рисунок 6. Распределение Индекса Загрязнения Атмосферы (ИЗА) канцерогенов по пунктам мониторинга атмосферы (получена автором на основе БД ГЦСЭН) Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние, и в результате механизм гомеостаза не срабатывает [48].

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Одним из самых вредных газов среди загрязнителей воздуха является диоксид серы. Хотя его концентрация в среднем в воздухе не велика ((0.0−0.01) мг/м3 в незагрязненном воздухе, (0.1−2.0) мг/м3 в атмосфере большого города), этот оксид считается наиболее опасным для здоровья горожан, вызывая заболевания органов дыхания, общее ослабление организма, и в сочетании с другими загрязнителями ведет к сокращению средней продолжительности жизни [50].

Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида, серы в атмосфере крупных городов. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути [50].

Пыль, содержащая диоксид кремния, вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси. 43,50].

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три-семь дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниям [43, 45,50].

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки [51].

Характеристики откликов.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бензапирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и другие. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивления организма инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма [52].

Основанием выбора отклика, фактора воздействия, а также временных промежутков, послужили обширные клинические, эпидемиологические и экотоксикологические исследования, проведенные в России и в мире за последние годы [19,47,48,50,51]. .

С учетом составленной модели воздействия факторов ОС на человека обосновываются факторы среды, наиболее адекватные выбору отклика на их воздействие.

Среди таких химических факторов атмосферы: бензол, кадмий, сажа и пыль (абсолютные канцерогены) и формальдегид (вероятный канцероген). Временной промежуток нахождения канцерогенов в атмосфере брался в диапазоне с 1990 — 1998 гг. Откликом на воздействие химических факторов в атмосфере в исследовательской модели являются заболеваемость лейкозами взрослой группы населения, регистрируемая ПРР с 1995;2000 гг. [19].

Помимо прямого влияния токсичных тяжелых металлов в воздухе, наблюдается и их опосредованное воздействие на здоровье человека. Так, отравление организма будущей матери промышленными выбросами препятствует полноценному внутриутробному развитию мозга ребенка, в результате рождаются дети-инвалиды. Загрязнение воздушной среды — одна из причин накопления вредных мутаций, которые передаются в следующие поколения [52].

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон: от кашля до летального исхода (таблица 1) [43].

Таблица 1. Последствия воздействия на организм человека вредных веществ.

Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли — смог [52]. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип).

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300−400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым, и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию — сокращение выбросов загрязняющих веществ [52].

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на животных, состояние растений и экосистем в целом [5].

Особенно опасна для здоровья населения крупных промышленных центров загрязненность почв токсическими веществами, нефтепродуктами, соединениями фтора и хлора, которые пропитывают ее вглубь на 1−1.5 м [47].

Еще почва обладает способностью накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например тяжелые металлы (таблица 2) [18].

Таблица 2. Последствия воздействия некоторых тяжелых металлов при повышенных концентрациях на здоровье человека.

Следует отметить, что в ОС содержатся элементы, необходимые для нашей жизнедеятельности. Их вымывание из продуктов питания и отсутствие в воде ведет к нарушению функций организма. Но и накопление этих химических элементов вызывает серьезные расстройства. Надо обратить внимание на то, что суммарный коэффициент загрязнения почвы тяжелыми металлами в местах свалок в 10 и более раз превышает ПДК. С грунтовыми водами эти ядовитые вещества поступают в водоносные горизонты и водозаборные хранилища, а затем с питьевой водой — в организм человека, становясь причиной различных заболеваний. Кроме того, попав в цепочку «почва — растение — животное — продукты питания — человек», они пагубно сказываются на нашем здоровье [50].

Результаты, полученные при построении цифровых моделей различных видов заболеваемости, явились, своего рода, тестовыми и, с одной стороны, подтвердили применение геостатистического исследования для анализа медико-экологических данных (Рисунок 7).

Рисунок 7. Общая заболеваемость взрослого и детского населения на территории административных районов [5].

С другой стороны, результаты скорректировали саму блок-схему геостатистического исследования, предложенной автором, адаптировав ее к решению основных задач и целей работы. Следствием этого проведен пространственно-временной анализ распределения в атмосфере канцерогенных веществ (бензола, кадмия, сажи и пыли) и заболеваемости лейкозами за различные промежутки времени.

Анализ, выполненный по методам геостатистического исследования, показал слабую пространственную зависимость на отдельных территориях юго-восточных районов Санкт-Петербурга. Для получения более точных пространственных прогнозов имеющихся данных по заболеваемости лейкозами за период с 1995;2000 г. г. недостаточно и требуется больший промежуток времени. Кроме того, с точки зрения пространственного анализа требуется изучать наименее мобильные группы населения, а также — наиболее чувствительные (с точки зрения отклика на фактор воздействия) [53].

Принимая во внимание развитие систем водоотчистки, в т. ч. с применением УФ излучения, в Санкт-Петербурге, а также повсеместного применения жителями города фильтров и использования вод из скважен, мы можем предположительно пренебречь распространением химических факторов через водопроводную воду по сравнению с распространением через атмосферу и почву, вследствие присутствия фильтров в канализации города, очистки воды и приобретения мини фильтров горожанами [54].

Следовательно, в диссертационной работе будет рассмотрен путь распространения приоритетного химического фактора на население Санкт-Петербурга — атмосфера. Группа веществ в атмосфере должна быть подобрана в соответствии с опубликованными по результатам литературных лабораторных описаний и рекомендаций экспертов — врачей, влияющих на живые организмы определенным образом (либо вызывающие мутации, либо — канцерогенные эффекты). Кроме того, данная группа веществ должна быть повсеместно распространена в Санкт-Петербурге в т. ч. из источников автотранспорта и работающих промышленных предприятий. Это набор тяжелых металлов (Свинец, Кадмий, цинк). Это набор веществ, вызывающие канцерогенный эффект (Бензол, формальдегид, сажа и пыль). Среди откликов была взята группа детей до 1 года жизни, группа беременных женщин [55,56], а также группа, болеющих лейкозами.