Гигиеническая оценка канцерогенного риска здоровью населения, ассоциированного с загрязнением депонирующих сред тяжелыми металлами

На уровне экосистем существуют две принципиально разные среды: транзиторная (динамично изменяющаяся атмосфера и гидросфера) и депонирующая, дающая понимание о протяженных процессах во времени и пространстве (почва, горные породы, растительные и животные биосубстраты и т.д.) [1–4].

Загрязнение тяжелыми металлами почвенной среды и пищевых продуктов растительного и животного происхождения отражает длительный процесс кумуляции ксенобиотиков на экологически неблагополучных территориях. Ухудшению экологического состояния аккумулирующих сред в крупных городах

Боев Виктор Михайлович – доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заслуженный работник высшей школы РФ, заведующий кафедрой общей и коммунальной гигиены (e-mail: ; тел.: 8 (353) 250-06-06; ORCID: .

Зеленина Лариса Васильевна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры общей и коммунальной гигиены (e-mail: ; тел.: 8 (922) 621-39-31; ORCID: .

Кудусова Луиза Халимовна – ассистент кафедры общей и коммунальной гигиены (e-mail: ; тел.: 8 (353) 250-06-06; ORCID: .

Кряжева Елена Александровна – кандидат медицинских наук, старший преподаватель кафедры общей и коммунальной гигиены (e-mail: ; тел.: 8 (353) 250-06-06; ORCID: .

Зеленин Даниил Олегович – студент V курса лечебного факультета (e-mail: ; тел.: 8 (922) 803-65-88; ORCID: .

способствует интенсивный рост численности населения, развитие горнорудной, нефте- и газодобывающей промышленности, несанкционированное складирование твердых и сброс жидких отходов, неконтролируемое применение агрохимикатов, загрязнение атмосферного воздуха промышленными выбросами и выхлопными газами [5–10].

Почва является открытой системой урболанд-шафтов, которая тесно связана с атмосферным воздухом, гидросферой и отражает антропогенную нагрузку транзиторных сред, накапливая и трансформируя техногенные загрязняющие вещества [11–14].

По данным Роспотребнадзора по Оренбургской области, доля нестандартных проб по санитарно-химическим показателям почвы составляет 1–3 %, более неблагоприятная экологическая ситуация отмечается в Архангельской, Амурской областях. Тяжелые металлы, контаминирующие почву, влияют на популяцию как при непосредственном контакте с почвой, так и при поступлении токсикантов через сопряженные с почвой среды – атмосферный воздух, воду водоисточников, продукты питания, что диктует необходимость учета многомаршрутных путей поступления ксенобиотиков [15–17].

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами создает предпосылки для их миграции по пищевым цепям и накопления в продуктах питания, что вносит значимый вклад в химическую нагрузку на здоровье населения. По ранее проведенным исследованиям в Архангельской области, Республике Бурятии продукты питания, как правило, соответствуют гигиеническим требованиям, но даже отсутствие превышений нормативов по тяжелым металлам, обладающим канцерогенными свойствами, не гарантирует отсутствие рисков для здоровья [9, 18–21].

Таким образом, гигиеническая оценка загрязнения депонирующих сред металлами, обладающими канцерогенными свойствами, и их влияние на здоровье представляется актуальным, учитывая и тот факт, что у данной группы веществ отсутствует порог безопасного действия, что не исключает развитие отдаленных эффектов.

Цель исследования – гигиеническая оценка канцерогенного риска для здоровья населения при экспозиции тяжелыми металлами, содержащимися в депонирующих средах.

Материалы и методы. Выполнена гигиеническая оценка содержания тяжелых металлов в почве (никель, кадмий, хром, кобальт, свинец) и пищевых продуктах (свинец, мышьяк, кадмий). В качестве источника данных мы использовали многолетние результаты социально-гигиенического мониторинга по г. Оренбургу, статистические отчеты Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Оренбургской области и государственные доклады «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Оренбургской области» за 2005–2018 гг.¹.

В соответствии с СанПиН 2.1.3684-212 содержание потенциально опасных для человека химических веществ в почве не должно превышать гигиенические нормативы, поэтому анализ степени химического загрязнения почвы по содержанию подвижных и валовых форм тяжелых металлов (более 3780 проб) произведен согласно СанПиН 1.2.3685-213 на территориях административных районов г. Оренбурга (Центрального, Ленинского, Дзержинского и Промышленного).

Суммарный показатель загрязнения почвы ( Zc ) определяли согласно МУ 2.1.7.730-999⁴.

Анализ качества пищевых продуктов, как привозных, так и местного производства, осуществлялся в соответствии с техническим регламентом Таможенного союза (ТР ТС) 021/20115 (более 1728 проб).

Канцерогенный риск для здоровья населения оценивали в соответствии с Р 2.1.10.1920-046, МУ 2.3.7.2519-097. Ретроспективный эпидемиологический анализ первичной заболеваемости населения онкологическими заболеваниями органов пищеварения проведен по данным территориального сегмента национального Ракового регистра за 2005–2018 гг. в разрезе административных районов г. Оренбурга.

Для установления причинно-следственных связей изучаемых показателей использован метод ранговой корреляции Спирмена. Сила связи расценивалась как слабая при диапазоне коэффициента корреляции 0,1 <  R < 0,3, умеренная – 0,3 <  R < 0,5, средняя – 0,5 <  R < 0,7.

Анализ статистических данных осуществлялся с помощью программного обеспечения Statistica 10, MS Excel for Windows.

Результаты и их обсуждение. Почва является основополагающей аккумулирующей средой на пути миграции токсикантов. В связи с этим на сели- тебной территории г. Оренбурга проведена гигиеническая оценка содержания в почве тяжелых металлов, которые отнесены к 1-й группе канцерогенов по классификации МАИР (никель, кадмий, хром (VI)) и группе 2А (кобальт, свинец), в четырех административных районах. Превышений гигиенических нормативов по содержанию в почве канцерогенов не зарегистрировано. Статистически достоверных различий в содержании подвижных и валовых форм тяжелых металлов по районам города не было выявлено (табл. 1).

Суммарный показатель загрязнения почвы ( Zc ) во всех районах и в целом по городу относится к категории загрязнения «допустимая» ( Zc < 16).

Канцерогенный риск для здоровья населения, связанный с химическим загрязнением почвы, рассчитан с учетом ингаляционного, перорального и накожного путей поступления для подвижных форм тяжелых металлов, которые принимают активное участие в биологическом круговороте веществ (табл. 2).

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг) и доли превышения ПДК по административным районам г. Оренбурга

Вещество	Административный район
	Центральный	Ленинский	Дзержинский	Промышленный	Город
Подвижные формы
Ni, M ± m	2,29 ± 0,28	2,43 ± 0,46	1,97 ± 0,19	2,19 ± 0,22	2,22 ± 0,29
Ni, доля ПДК	0,57	0,61	0,49	0,55	0,56
Pb, M ± m	1,48 ± 0,27	2,07 ± 0,84	1,01 ± 0,33	1,07 ± 0,26	1,41 ± 0,42
Pb, доля ПДК	0,25	0,34	0,17	0,18	0,23
Cd, M ± m	0,06 ± 0,02	0,06 ± 0,03	0,06 ± 0,01	0,04 ± 0,01	0,05 ± 0,01
Cd, доля ПДК	–*	–	–	–	–
Co, M ± m	0,49 ± 0,19	0,27 ± 0,14	0,30 ± 0,13	0,28 ± 0,09	0,34 ± 0,10
Co, доля ПДК	0,1	0,05	0,06	0,06	0,07
Cr, M ± m	0,26 ± 0,12	0,36 ± 0,13	0,51 ± 0,13	0,39 ± 0,14	0,31 ± 0,09
Cr, доля ПДК	0,04	0,06	0,08	0,06	0,05
Валовые формы
Ni, M ± m	63,39 ± 8,66	54,40 ± 6,38	54,57 ± 9,90	61,8 ± 6,26	59,25 ± 7,80
Ni, доля ПДК	0,79	0,68	0,68	0,77	0,74
Pb, M ± m	20,53 ± 8,33	14,38 ± 4,28	14,97 ± 2,45	11,7 ± 2,89	15,79 ± 4,49
Pb, доля ПДК	0,16	0,11	0,12	0,09	0,12
Cd, M ± m	0,11 ± 0,03	0,08 ± 0,04	0,05 ± 0,02	0,08 ± 0,04	0,07 ± 0,03
Cd, доля ПДК	0,05	0,04	0,02	0,04	0,04
Co, M ± m	4,26 ± 1,5	4,43 ± 0,87	6,12 ± 1,23	3,32 ± 0,88	4,43 ± 1,12
Co, доля ПДК	0,17	0,18	0,24	0,13	0,18
Cr, M ± m	72,85 ± 12,53	88,60 ± 10,33	77,20 ± 9,97	76,94 ± 4,18	76,97 ± 9,25
Cr, доля ПДК	0,73	0,89	0,77	0,077	0,77

П р и м е ч а н и е : * – ПДК для подвижной формы не установлена.

Таблица 2

Значения индивидуального и суммарного канцерогенного рисков, связанных с загрязнением почвы в административных районах г. Оренбурга

Канцерогенный риск*	Административный район
	Центральный	Ленинский	Дзержинский	Промышленный	Город
Ni, CR si	1,66E-10	1,82E-10	1,48E-10	1,64E-10	1,65E-10
Ni, CR so	0	0	0	0	0
Ni, CR sd	0	0	0	0	0
Ni, CR s	1,66E-10	1,82E-10	1,48E-10	1,64E-10	1,65E-10
Pb, CR si	5,26E-12	7,731E-12	3,78E-12	4,00E-12	5,19E-12
Pb, CR so	4,32E-09	6,34E-09	3,10E-09	3,28E-09	4,26E-09
Pb, CR sd	2,21E-09	3,26E-09	1,59E-09	1,68E-09	2,19E-09
Pb, CR s	6,53E-09	9,61E-09	4,70E-09	4,97E-09	6,45E-09
Cd, CR si	3,06E-11	3,11E-11	3,13E-11	2,42E-11	2,93E-11
Cd, CR so	1,35E-09	1,38E-09	1,38E-09	1,07E-09	1,30E-09
Cd, CR sd	6,95E-10	7,06E-10	7,10E-10	5,50E-10	6,65E-10
Cd, CR s	2,08E-09	2,11E-09	2,13E-09	1,65E-09	1,99E-09
Co, CR si	2,98E-10	2,35E-10	2,63E-10	2,46E-10	2,60E-10
Co, CR so	0	0	0	0	0
Co, CR sd	0	0	0	0	0
Co, CR s	2,98E-10	2,35E-10	2,63E-10	2,46E-10	2,60E-10
Cr, CR si	1,15E-09	1,35E-09	1,89E-09	1,44E-09	1,46E-09
Cr, CR so	8,47E-09	9,87E-09	1,38E-08	1,06E-08	1,07E-08
Cr, CR sd	4,34E-09	5,06E-09	7,10E-09	5,43E-09	5,49E-09
Cr, CR s	1,40E-08	1,63E-08	2,28E-08	1,75E-08	1,76E-08
SUM CR s	2,30E-08	2,84E-08	3,01E-08	2,45E-08	2,65E-08
Ранг	4	2	1	3	–

П р и м е ч а н и е : * CR – индивидуальный дополнительный канцерогенный риск; индексы: si – ингаляционный путь поступления веществ, загрязняющих почву, so – пероральный путь поступления веществ, загрязняющих почву, sd – накожный путь поступления веществ, загрязняющих почву; SUM CR_s – суммарный канцерогенный риск при поступлении химических веществ с почвой.

Рис. 1. Вклад приоритетных канцерогенов, поступающих с почвой, в структуру суммарного индивидуального канцерогенного риска по районам города, %

При сравнительной оценке суммарного канцерогенного риска SUM CR s при многомаршрутном поступлении металлов с почвой установлено, что наибольшая величина данного показателя характерна для жителей Дзержинского района (3,01E-08), на втором месте – Ленинский район (2,84E-08), на третьем – Промышленный (2,45E-08), на четвертом – Центральный (2,30E-08). Величина суммарного канцерогенного риска при поступлении металлов с почвой достоверно не отличается по районам города и оценивается как пренебрежимо малая.

Установлены территориальные различия долевого вклада отдельных тяжелых металлов, которые поступают с почвой, в суммарный показатель канце- рогенного риска, что обусловлено различным сосредоточением промышленных предприятий на территории города (рис. 1). Хром шестивалентный вносит наибольший вклад в величину суммарного канцерогенного риска во всех районах города с преобладанием в Дзержинском – 76 % и Промышленном – 71 %. По вкладу свинца в суммарный канцерогенный риск превалируют Ленинский и Центральный районы города – 34 и 28 % соответственно. Кадмий, кобальт и никель вносят примерно равный вклад в величину SUM CRs во всех районах города.

Пероральный путь поступления токсикантов является одним из основополагающих, в связи с чем оценка химического состава, в особенности идентификация канцерогенов, представляется актуальной и в другой аккумулирующей среде – пищевых продуктах.

Среднегодовое содержание тяжелых металлов в продуктах питания на уровне медианы и 90-го процентиля соответствует требованиям ТР ТС 021/20115 по всем изучаемым параметрам (табл. 3).

При ранжировании основных групп продуктов по вкладу отдельных канцерогенных веществ в общую величину экспозиции установлено, что лидирующие ранговые позиции занимают: по контаминации кадмием – молоко и молочные продукты (34,8 %), мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия (30,9 %), плодоовощная продукция (25,9 %);

Таблица 3

Содержание металлов-канцерогенов в продуктах питания, мг/кг

Группа продуктов Показатель Кадмий Свинец Мышьяк Мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия M ± m 0,01189 ± 0,0021 0,00612 ± 0,00032 0,00577 ± 0,00042 Медиана 0,01 0,01 0,01 90 % 0,014 0,01 0,01 Плодоовощная продукция M ± m 0,00597 ± 0,00081 0,00649 ± 0,00084 0,00746 ± 0,0026 Медиана 0,01 0,01 0 90 % 0,01 0,01 0,01 Масложировая продукция M ± m 0,00065 ± 0,00028 0,00313 ± 0,00134 0,00103 ± 0,00055 Медиана 0 0 0 90 % 0 0,0082 0 Мясо и мясопродукты M ± m 0,00282 ± 0,00032 0,00456 ± 0,00125 0,00282 ± 0,00031 Медиана 0 0 0 90 % 0,01 0,01 0,01 Молоко и молочные продукты M ± m 0,00528 ± 0,00034 0,0055 ± 0,00041 0,00524 ± 0,00034 Медиана 0,01 0,01 0,01 90 % 0,01 0,01 0,01 Рыбная продукция M ± m 0,0084 ± 0,00177 0,02858 ± 0,00675 0,09766 ± 0,01823 Медиана 0 0,01 0,024 90 % 0,022 0,07 0,256 по содержанию свинца – молоко и молочные продукты (35,3 %), плодоовощная продукция (27,4 %); по мышьяку – рыбная продукция (37,4 %).

С целью оценки вклада канцерогенных загрязнителей пищевых продуктов в риск развития онкологических заболеваний населения были рассчитаны значения индивидуальных канцерогенных рисков (табл. 4).

Суммарный канцерогенный риск при поступлении тяжелых металлов с пищевыми продуктами, рассчитанный по медиане, соответствует предельно допустимому риску, по 90-му процентилю – неприемлем для населения, при этом наибольший удельный вес в суммарный канцерогенный риск вносит мышьяк (рис. 2).

Суммарный индивидуальный канцерогенный риск при поступлении веществ с почвой и пищевыми продуктами в целом по городу неприемлем для населения – 1,5E-04 (90-й процентиль). Суммарный популяционный канцерогенный риск для жителей города Оренбурга по 90-му процентилю составил 85 дополнительных случаев к фоновому уровню онкологических заболеваний при экспозиции 70 лет.

На пути действия тяжелых металлов из депонирующих сред – почвы и продуктов питания – основную барьерную роль выполняет желудочнокишечный тракт. Установлено, что по г. Оренбургу в структуре онкозаболеваемости в зависимости от района проживания злокачественные новообразования (ЗНО) органов пищеварения имеют значимый удельный вес – от 24 до 28 %. Ретроспективный анализ показал статистически достоверный рост заболеваемости ЗНО органов пищеварения за период изучения 2005–2018 гг. ( p ≤ 0,05) (рис. 3).

При ранжировании первичной заболеваемости ЗНО органов пищеварения по районам города первое ранговое место занимает Ленинский район, второе – Дзержинский район, третье – Промышленный и четвертое – Центральный район, причем заболеваемость в Ленинском и Дзержинском районах достоверно выше, чем в среднем по г. Оренбургу (p ≤ 0,05).

Таблица 4

Индивидуальные канцерогенные риски при поступлении тяжелых металлов с продуктами питания

Вещество	SF О *	ICRf ** med	ICRf 90 %
Кадмий	0,38	1,6E-05	2,0E-05
Свинец	0,047	2,0E-06	2,7E-06
Мышьяк	1,5	4,8E-05	1,3E-04
SUM CRf ***	–	6,5E-05	1,5E-04
PCR ****	–	36	85

П р и м е ч а н и е : * – фактор наклона для перорального пути поступления; ** – индивидуальный канцерогенный риск при поступлении химических веществ с продуктами питания; *** – суммарный канцерогенный риск при поступлении химических веществ с продуктами питания, **** – популяционный канцерогенный риск.

Рис. 2. Структура суммарного канцерогенного риска по 90-му процентилю при поступлении канцерогенных металлов с пищевыми продуктами, %

Рис. 3. Динамика первичной заболеваемости злокачественными новообразованиями органов пищеварения (на 100 тысяч населения) по районам г. Оренбурга за 2005–2018 гг.

Установлена статистически достоверная связь развития злокачественных новообразований печени и внутрипеченочных протоков, желчного пузыря

Таблица 5

Коэффициенты корреляции между уровнем первичной заболеваемости ЗНО органов пищеварения и химической канцерогенной нагрузкой почвы и пищевых продуктов

П р и м е ч а н и е : * – уровень статистической значимости: p < 0,05.

и внепеченочных протоков, поджелудочной железы с концентрацией мышьяка в пищевых продуктах ( R = 0,71, R = 0,63 и R = 0,45 соответственно).

Таким образом, отсутствие превышений гигиенических нормативов по содержанию тяжелых металлов, обладающих канцерогенными свойствами, в аккумулирующих средах – почве и продуктах питания не исключает негативного влияния на здоровье в виде отдаленных последствий и развития злокачественных новообразований у населения.

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Ассоциации производителей и поставщиков сантехники.