Полициклические ароматические углеводороды как компоненты мелкодисперсных фракций пыли в атмосферном воздухе, их биоаккумуляция в организме и ассоциированный риск для здоровья

Землянова Марина Александровна – доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник-заведующий отделом биохимических и цитогенетических методов диагностики (e-mail: ; тел.: 8 (902) 476-73-67; ORCID: .

Нурисламова Татьяна Валентиновна – доктор биологических наук, доцент, главный научный сотрудник-заведующий отделом химико-аналитических методов исследования (e-mail: ; тел.: 8 (912) 482-31-21; ORCID: .

Цинкер Михаил Юрьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела математического моделирования систем и процессов (e-mail: ; тел.: 8 (952) 642-29-14; ORCID: .

Крылов Алексей Александрович – младший научный сотрудник лаборатории методов анализа наноматериалов и мелкодисперсных частиц (e-mail: ; тел.: 8 (922) 367-01-43; ORCID: .

Загрязнение объектов среды обитания полициклическими ароматическими углеводородами (полиаренами) признано глобальной гигиенической проблемой, что обусловлено их повсеместным распространением и выраженной биологической активностью [1, 2]. Данная группа соединений обладает высокой токсичностью, проявляя канцерогенные, мутагенные, тератогенные и иммунотоксические свойства [3, 4]. Особое значение имеет бенз(а)пирен, который, являясь индикаторным показателем техногенного загрязнения и канцерогенной опасности (группа 1 согласно классификации Международного агентства по изучению рака, IARC), включен в перечень приоритетных веществ, подлежащих государственному регулированию1. Его обязательный мониторинг выступает ключевой задачей при обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения и реализации федерального проекта «Чистый воздух», направленного на снижение совокупного объема выбросов в крупных промышленных центрах.

Формирование значительного уровня техногенной нагрузки полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на население в современных городах детерминировано высокой плотностью сосредоточения промышленных объектов, транспортных узлов и инженерных коммуникаций [5–8]. Основной вклад в формирование повышенных концентраций полиаренов в воздушном бассейне городов вносят процессы высокотемпературного пиролиза. К ним относятся сжигание твердого и жидкого топлива в промышленном секторе и энергетике, термическая утилизация муниципальных отходов, а также выбросы двигателей внутреннего сгорания. Дополнительными факторами контаминации выступают продукты деструкции дорожных покрытий, износ автомобильных шин и др. [9].

Высокая устойчивость к химической и биологической трансформации позволяет ПАУ длительно персистировать в объектах окружающей среды, аккумулируясь в почве, донных отложениях и растительности. Обладая способностью к миграции с атмосферными осадками и последующей транслокацией в сопредельные среды, полиарены активно включаются в трофические цепи. В совокупности это формирует дополнительные гигиенические рис- ки здоровью, связанные с многосредовой (комплексной) экспозицией человека [10–13].

В атмосферном воздухе ПАУ практически не присутствуют в свободном молекулярно-дисперсном состоянии, распределяясь преимущественно на поверхности твердых частиц аэрозоля [14, 15]. Процессы ассоциации полиаренов с пылевыми частицами происходят главным образом путем конденсации и адсорбции, при этом на твердой фазе аэрозоля сорбируется до 90–95 % их общего содержания. Ведущую роль в связывании ПАУ играет черный углерод (продукты неполного сгорания ископаемого топлива и биомассы с эквивалентным диаметром менее 2,5 мкм), что реализуется как через механизмы поверхностной сорбции, так и путем окклюзии в порах при формировании сажевых агрегатов [16]. Пространственное распределение ПАУ в атмосферном воздухе детерминировано дисперсностью частиц-носителей, параметрами источников выброса и комплексом метеорологических факторов (ветровой режим, влажность, температурная инверсия, интенсивность осадков). Дисперсный состав пылевых микрочастиц, обладающих высокой сорбционной емкостью, выступая в роли эффективных носителей (векторов), напрямую определяет аэродинамическую устойчивость и экспозиционную значимость связанных с ним ПАУ [17].

Согласно классификации по размерам, частицы грубодисперсной фракции (свыше 10 мкм) подвергаются интенсивному гравитационному осаждению, обеспечивая преимущественную миграцию ПАУ в почвенный покров и водные объекты [18]. Частицы среднедисперсной фракции (от 1 до 10 мкм) характеризуются длительной персистенцией в приземном слое атмосферы (зоне дыхания человека) и способны транспортироваться на значительные расстояния. Мелкодисперсные и ультрадисперсные частицы (менее 1 мкм) характеризуются максимальной экспозиционной значимостью [19, 20]. Это обусловлено их длительной персистенцией в приземном слое атмосферы, способностью к глубокой пенетра-ции в нижние отделы респираторного тракта и последующей системной транслокацией в кровоток [19]. Способность частиц микроразмерного диапазона достигать альвеолярного аппарата и распреде- ляться в различных отделах воздухоносных путей подтверждена как результатами натурных исследований респираторного осаждения пылевых частиц, так и данными численного моделирования аэродинамики запыленных потоков в дыхательной системе человека [19].

Дисперсный состав пылевых частиц определяет не только глубину их проникновения в дыхательные пути, но и кинетику высвобождения сорбированных токсикантов. Применяемые модели наглядно демонстрируют зависимость эффективности депонирования частиц от их дисперсного состава, что верифицирует риск формирования ингаляционной экспозиции ПАУ, сорбированных на мелкодисперсных носителях. Известно, что наиболее распространенные высокомолекулярные гомологи ПАУ (4–5-ядерные соединения – пирен и бенз(а)пирен) преимущественно ассоциированы с мелкодисперсными и ультрамелкодисперсными фракциями (РМ 2.5 и менее). Это определяет их низкую скорость седиментации и пролонгированное воздействие на организм вследствие глубокого проникновения в респираторный тракт и медленного клиренса [21]. В то же время низко- и среднемолекулярные гомологи (2–3-ядерные) – нафталин, 2-метилнафталин, антрацен, 9-метилантрацен характеризуются более высоким давлением насыщенного пара. В атмосферном воздухе они распределяются преимущественно между газовой фазой и грубодисперсной частью фракции РМ 10 . Вследствие этого данные вещества обладают меньшей сорбционной способностью по отношению к мелко- и ультрамелкодисперсным фракциям и иными механизмами распределения и накопления в биологических тканях, по сравнению с высокомолекулярными ПАУ [22, 23]. В частности, низкомолекулярные полиарены в силу своей гидрофильности чаще подвергаются быстрой метаболической трансформации в печени. В контексте исследования высокомолекулярных ПАУ, адсорбированных на мелкодисперсных фракциях пыли, низкомолекулярные чаще рассматриваются как сопутствующие компоненты.

Таким образом, комплексный физико-химический анализ ПАУ, ассоциированных с мелкодисперсными фракциями атмосферного аэрозоля, выходит за рамки стандартного гигиенического мониторинга, становясь фундаментом для прецизионной оценки реальной экспозиционной нагрузки, формирующей риски для здоровья населения. Учитывая высокую биодоступность и системную токсичность полиаренов, сорбированных на частицах микроразмерного диапазона, критически важным представляется установление качественных и количественных особенностей их распределения в биологических средах организма. Эти сведения необходимы для раскрытия патогенетически значимых механизмов формирования нарушений в организме, ассоциированных с воздействием высо- ко- и низкомолекулярных соединений. Существует дефицит исчерпывающих данных о кинетике распределения ПАУ в крови и тканях органов при хроническом ингаляционном воздействии в условиях реального загрязнения селитебных территорий, что затрудняет верификацию прогнозируемых рисков здоровью. Изучение процессов биоаккумуляции позволяет связать внешнюю экспозиционную дозу ПАУ в составе мелкодисперсных фракций с реальной внутренней дозой, что является критически важным для объективной верификации рисков для здоровья.

Вместе с тем экстраполяция данных эпидемиологических исследований на реальные механизмы токсического действия часто затруднена из-за комплексного характера загрязнения. В связи с этим проведение экспериментальных исследований на лабораторных животных, экспонированных в условиях реального загрязнения воздуха, позволяет смоделировать и количественно оценить системную транслокацию и распределение высоко- и низкомолекулярных гомологов ПАУ по фракциям пыли, закономерности их накопления в организме и сопряженные с этим риски.

Цель исследования – установить особенности распределения приоритетных ПАУ в мелкодисперсных фракциях пылевых частиц атмосферного воздуха на селитебной территории в зоне влияния автомагистрали, характер их биоаккумуляции у экспериментальных животных и оценить ассоциированный риск здоровью.

Материалы и методы. Оценку содержания приоритетных ПАУ в атмосферном воздухе, общего содержания взвешенных веществ и мелкодисперсных фракций пылевых частиц, их распределения в биосредах (кровь, ткани органов) проводили в условиях натурного эксперимента. Моделирование ингаляционной экспозиции осуществляли в двух локациях: в зоне влияния автомагистрали с интенсивным движением (максимальная пропускная способность до 4800 авт./ч) в промышленно развитом центре (зона наблюдения) и сравнительно на территории, удаленной от транспортных артерий и промышленных источников выбросов (зона сравнения). Экспозиция биологических моделей была дискретной, составила 32 ч (4 цикла по 8 ч в период максимальной интенсивности автотранспортного потока), что репрезентативно отражает воздействие средних долгосрочных концентраций и позволяет оценить хронический / субхронический биологический ответ.

В качестве биологической модели использовали крыс линии Wistar в количестве 24 особей (самцы и самки в равном отношении). Животных разделили на две группы по 12 особей: опытная группа подвергалась реальному ингаляционному воздействию в зоне наблюдения, контрольная группа находилась в зоне сравнения. Содержание и манипуляции с животными проводили в соответствии с требованиями

ГОСТ Р 53434-20092 (принципы GLP), СанПиН 3.3686-213, положениями Европейской конвенции по защите позвоночных животных (ETS № 123). Протокол исследований одобрен этическим комитетом ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения (протокол № 4 от 09.09.2025). Акклиматизация и содержание животных в виварии осуществлялись при стандартных параметрах среды: температура – 22–24 ºС, относительная влажность – 44–50 %, световой режим – 12/12.

Параллельно с ингаляционной экспозицией животных проводили отбор проб атмосферного воздуха с размещением воздухозаборного устройства на высоте 1,5 м от поверхности земли (имитация зоны дыхания человека)4 в зоне наблюдения и зоне сравнения. Химико-аналитическое исследование проб включало определение концентрации шести приоритетных ПАУ (нафталина, 2-метилнафталина, антрацена, 9-метилантрацена, пирена, бенз(а)пирена) в общем составе и в мелкодисперсных фракциях твердых частиц, а также определение общей концентрации взвешенных веществ. Отбор проб воздуха для определения содержания ПАУ осуществляли на кварцевые фильтры (Sartorius) со скоростью 100 дм3/мин (общий объем – 3 м3). Анализ выполнен методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с помощью системы Shimadzu в соответствии с МУК 4.1.3985-245. Отбор и анализ проб атмосферного воздуха для определения общего содержания взвешенных веществ осуществляли гравиметрическим методом согласно РД 52.04.893-20206. При непрерывной аспирации со скоростью 16 л/мин. Разделение фракций осуществляли с помощью четырехкаскадного импактора ИАЧ 5704

(PMpactor) на специализированные фильтры-подложки и финишный фильтр HEPA. Полученные средние значения концентраций индивидуальных ПАУ и дисперсных фракций пыли рассматривали как эквиваленты среднесуточных уровней воздействия. Сопоставление результатов химико-аналитического исследования проводилось со среднесуточными гигиеническими нормативами (ПДК сс ), представленными в СанПиН 1.2.3685-21⁷.

Оценка неканцерогенных рисков выполнена по коэффициенту и индексу опасности ( HQ , HI ), оценка канцерогенной опасности – по расчету индивидуального ингаляционного канцерогенного риска ( CR ) на основе расчета суммарного бенз(а)пиренового эквивалента токсичности в соответствии с руководством Р 2.1.10.3968-23⁸.

По окончании экспозиционного периода крыс выводили из эксперимента методом цервикальной дислокации с последующей декапитацией в соответствии с этическими нормами. Для оценки биораспределения и бионакопления веществ осуществляли отбор образцов цельной крови и внутренних органов (сердце, легкие, печень, селезенка, почки, мозг). Идентификация мелкодисперсных частиц в крови и тканях органов выполнена методом растровой электронной микроскопии (РСЭМ) на микроскопе JSM-63090LV (Jeol, Япония) с приставкой-анализатором РЭМ-100У и анализа изображений (ImageJ-Fiji). Определение содержания шести ПАУ (нафталина, 2-метилнафталина, антрацена, 9-метилантрацена, пирена, бенз(а)пирена) в биообразцах проводили методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе с диодно-матричным детектором SPD-M20A (Shimadzu) в соответствии с МУК 4.1.4088-249.

Статистическую обработку результатов выполняли в пакете Statistica 10.0. Количественные результаты представлены в виде среднегрупповых значений ( М ) и стандартной ошибки среднего ( m ). Проверку распределения на нормальность проводили с использованием критерия Колмогорова – Смирнова. Для оценки статистической значимости межгрупповых различий применяли t- критерий Стьюдента. Различия считали статистически значимыми при р ≤ 0,05.

Результаты и их обсуждение. Химико-аналитическое исследование проб атмосферного воздуха зоны наблюдения показало, что содержание приоритетных ПАУ не превышало установленных гигиенических нормативов. Концентрация бенз(а)пирена составила 0,05 ПДК сс , нафталина – менее 0,001 ПДК мр (среднесуточный норматив отсутствует) (табл. 1).

Сопоставительный анализ выявил выраженное различие содержания ПАУ и взвешенных веществ в атмосферном воздухе изучаемых локаций. Концентрации всех исследуемых ПАУ в зоне наблюдения статистически значимо превышали показатели зоны сравнения от 1,4 до 44,7 раза (р = 0,00001). Наибольшая кратность превышения зафиксирована для пирена (в 44,7 раза) и бенз(а)пирена (в 21,2 раза). Концентрация взвешенных веществ в атмосферном воздухе зоны наблюдения составила 0,55 ПДКсс, что в 4,9 раза выше уровня зоны сравнения (р = 0,0001). Несмотря на отсутствие превышений ПДК, значительный градиент концентраций взвешенных частиц и ПАУ между точками наблюдения свидетельствует о формировании стабильно повышенного фона мел- кодисперсных фракций пыли, выступающих в роли основного депо для адсорбции ПАУ.

Анализ фракционного распределения конкретных ПАУ в зоне наблюдения позволил оценить массу токсикантов, сорбированных на частицах строго определенных размерных диапазонов гранулометрических фракций пыли, обусловленную физико-химическими свойствами соединений и возможностями их формирования в зоне влияния автотранспорта, что определяет их дальнейший процесс поступления в организм. Результаты представлены в табл. 2.

Анализ фракционного распределения ПАУ в зоне наблюдения выявил выраженную зависимость концентрации индивидуальных соединений от аэродинамического диаметра пылевых частиц. Первичная дифференциация пробы с помощью четырехкаскадного импактора позволила зафиксировать концентрацию шести приоритетных соединений, изолированно сорбированных на подложках каждой ступени и финишном фильтре.

Высокая точность ВЭЖХ-анализа подтверждена балансом массы: математическая сумма покаскадных концентраций индивидуальных ПАУ практически полностью совпадает с результатами независимого химического анализа параллельно отобранной валовой пробы атмосферного воздуха (TSP). Расхождения между расчетной суммой кумулятивных фракций и экспериментально определенной валовой пробой (TSP) для нафталина и пирена составляют менее 1,2 % и полностью укладываются в допустимую аналитическую погрешность хроматографического метода ВЭЖХ Shimadzu в соответствии с МУК 4.1.3985-24.

Таблица 1

Содержание ПАУ и взвешенных веществ в атмосферном воздухе исследуемых зон

Вещество	ПДК, мг/м3	Концентрация, нг/м3 ( М ± m )		Кратность различий
		зона наблюдения	зона сравнения
Нафталин	0,007*	1,6 ± 0,1	0,13 ± 0,01	12,3
2-Метилнафталин	–	0,42 ± 0,02	0,14 ± 0,01	3,0
Антрацен	–	0,01 ± 0,001	0,007 ± 0,2	1,4
9-Метилантрацен	–	0,018 ± 0,001	0,0022 ± 0,2	8,2
Пирен	–	0,17 ± 0,02	0,0038 ± 0,0001	44,7
Бенз(а)пирен	1**	0,053 ± 0,001	0,0025 ± 0,0002	21,2
Взвешенные вещества, мг/м3	0,15**	0,083 ± 0,002	0,017 ± 0,001	4,9

Примечание: во всех случаях р = 0,00001; * – ПДК_мр (ввиду отсутствия ПДК_сс); ** – ПДК_сс.

Таблица 2

Распределение средних концентраций приоритетных ПАУ по фракциям дисперсных частиц атмосферного воздуха зоны наблюдения, нг/м³

Каскад / фильтр	Размерный диапазон частиц (фракция), мкм	Содержание ПАУ, нг/м3
		Нафталин	2-Метилнафталин	Антрацен	9-Метил-антрацен	Пирен	Бенз(а)-пирен
Каскад 1	Крупнодисперсные (> 10)	4,07	1,97	0,29	0,07	1,38	0,090
Каскад 2	Грубодисперсные (4,0–10,0)	5,83	2,26	0,41	0,91	1,60	0,095
Каскад 3	Промежуточные (2,0–4,0)	5,67	1,01	0,11	0,06	0,50	0,020
Каскад 4	Мелкодисперсные (1,0–2,5)	5,25	1,77	0,32	0,76	1,30	0,066
Фильтр HEPA	Ультрамелкодисперсные ( < 1,0)	5,49	4,05	0,24	0,15	1,43	0,219
Валовая проба	Общая пыль (TSP, суммарно)	26,0	11,0	1,40	1,90	6,20	0,490

Таблица 3

Концентрации приоритетных ПАУ в составе кумулятивных мелкодисперсных фракций пылевых частиц атмосферного воздуха зоны наблюдения, нг/м³

Кумулятивная фракция, мкм	Содержание ПАУ, нг/м3
	Нафталин	2-Метилнафталин	Антрацен	9-Метил-антрацен	Пирен	Бенз(а)пирен
РМ 1	5,49	4,05	0,24	0,15	1,43	0,219
РМ 2.5	10,74	5,82	0,56	0,91	2,73	0,285
РМ 10	22,24	9,09	1,08	1,88	4,83	0,400
TSP (валовая проба)	26,0	11,0	1,40	1,90	6,20	0,490

Характер дифференциального распределения исследуемых ПАУ определяется их физикохимическими свойствами, в частности молекулярной массой и летучестью. Низкомолекулярные двух-и трехъядерные соединения (нафталин, 2-метилнафталин, антрацен) присутствуют в воздушной среде преимущественно в газовой фазе, в результате этого их сорбция имеет специфический бимодальный характер. Концентрация нафталина достигает локального максимума в грубодисперсной фракции частиц размером 4,0–10,0 мкм, составляя 5,83 нг/м³, но при этом остается сопоставимо высокой (5,49 нг/м³) во фракции части менее 1 мкм. Данный феномен свидетельствует о протекании двух параллельных процессов: первичной нуклеации (конденсации паров нафталина при охлаждении автомобильных выхлопов с образованием наночастиц) и вторичной гетерогенной адсорбции летучих фракций на уже существующей в воздухе крупной минеральной и дорожной пыли. Дополнительным фактором накопления нафталина на финишном фильтре служит «газовый проскок» – динамическое выдувание летучего соединения с промежуточных каскадов (где его уровни падают до 5,67 и 5,25 нг/м3) под действием непрерывного аспирационного потока. Динамика сорбции 2-метилнафталина характеризуется уникальными особенностями. Его максимальное содержание зафиксировано во фракции субмикронных частиц (4,05 нг/м3, или 36,8 % от валового выброса). Данная аномалия объясняется процессами вторичного органического аэрозолеобразования (SOA): под влиянием солнечной радиации и оксидов азота метилированные нафталины претерпевают фотохимическую трансформацию, образуя малолетучие продукты, которые мгновенно конденсируются в виде ультрамелких ядер нуклеации. Для среднемолекулярных ПАУ (9-метилантрацен и пирен) характерно относительно равномерное распределение с умеренным концентрированием в мелкодисперсных структурах. Так, содержание 9-метилантрацена имеет два выраженных пика: во фракции 4,0–10,0 мкм (0,91 нг/м3) и во фракции 1,0–2,5 мкм (0,76 нг/м³), резко снижаясь во фракции менее 1,0 мкм (до 0,15 нг/м³). Пирен распределяется с преимущественной сорбцией в грубодисперсной фракции 4,0–10, мкм (1,60 нг/м3). Это подчеркивает смешанный механизм сорбции ксенобиотиков, при котором часть вещества адсорбируется на сажевом ядре уг- леродного аэрозоля, а часть – на крупнообломочной фракции технологической пыли. В отличие от легких ПАУ, бенз(а)пирен практически не обнаруживается на крупных (> 10 мкм) и грубодисперсных (4,0–10,0 мкм) частицах, где его изолированные концентрации минимальны и составляют всего 0,090 и 0,095 мг/м3 соответственно. В промежуточном и мелкодисперсном диапазоне его присутствие снижается до минимальных значений. Основная масса данного токсиканта улавливается исключительно субмикронной фракцией (< 1,0 мкм), где его изолированная концентрация достигает максимального значения – 0,219 нг/м3. Данное значение составляет 44,7 % от его общего валового содержания в атмосферном воздухе (0,490 нг/м3).

Для проведения корректной гигиенической оценки дифференциальные покаскадные данные были преобразованы методом кумулятивного (накопительного) суммирования по принципу «матрешки» (табл. 3). Анализ концентраций приоритетных ПАУ в составе кумулятивных мелкодисперсных фракций пылевых частиц атмосферного воздуха зоны наблюдения показал, что, несмотря на отсутствие превышений гигиенических нормативов, внутренняя структура кумулятивного распределения указывает на скрытую патогенетическую угрозу для экспериментальных животных.

Расчеты доказывают, что в структуре фракции PM 10 , способной ингаляционно проникать в дыхательные пути, более половины всей массы бенз(а)пирена – 54,7 % (0,219 из 0,400 нг/м³) ассоциировано с ультрамелкодисперсной фракцией PM 1 . В мелкодисперсном диапазоне PM 2.5 доля субмикронного бенз(а)пирена еще выше и достигает 76,8 %. Физико-химическая специфика ультра-мелких частиц фракции PM 1 позволяет сорбированному на них бенз(а)пирену полностью обходить защитный барьер верхних дыхательных путей (мукоцилиарный клиренс), беспрепятственно проникать в альвеолы и интенсивно десорбироваться непосредственно в системный кровоток. Это создает условия для активной биоаккумуляции данного полиарена в паренхиматозных органах-мишенях (легких, печени) и обусловливает формирование реального риска для здоровья даже при относительно невысоких валовых показателях содержания в атмосферном воздухе.

Суммарный индекс опасности смеси ПАУ для валовой пробы составляет HI = 0,50, что формально указывает на приемлемый уровень общетоксического воздействия ( HI ≤ 1,0). Выполненный пофакторный анализ структуры риска подтверждает доминирующую этиологическую роль бенз(а)пирена, вклад валового содержания которого в величину общего индекса опасности ( HI = 0,50) достигает 97,3 % ( HQ = 0,49), закрепляя за ультрамелкодисперсным субмикронным аэрозолем статус ключевого вектора экспозиции. Распределение неканцерогенной нагрузки по изолированным фракциям показывает, что максимальное патогенетическое воздействие сосредоточено во фракции ультрамелкодисперсных частиц PM₁ ( HI = 0,222), где ключевым этиологическим агентом выступает субмикронный бенз(а)пирен ( HQ = 0,219). Вклад крупных и промежуточных фракций пыли в суммарный индекс опасности является минимальным и в совокупности не превышает 15 %.

Суммарный индивидуальный канцерогенный риск, индуцированный валовым содержанием ПАУ в атмосферном воздухе (TSP) зоны наблюдения, составил (2,15∙10^-6), что классифицируется как приемлемый для населения. Пофакторный анализ структуры канцерогенной нагрузки выявил подавляющее этиологическое доминирование бенз(а)пирена, вклад которого в величину совокупного валового риска составил 88,8 % (1,91∙10^-6). Анализ дисперсного распределения показал, что ключевым вектором канцерогенной опасности выступает ультрамелкодисперс-ная фракция PM 1 , где величина риска достигает 9,02∙10^-7 (41,9 % от общего валового риска всей взвешенной пыли), а доля бенз(а)пирена в данном субмикронном диапазоне возрастает до 94,7 %.

Результаты исследования бионакопления в организме методом РСЭМ позволили идентифицировать твердые частицы в образцах крови и тканях органов (легкие, печень, почки) крыс опытной группы, не обнаруженные в крови животных контрольной группы.

Идентифицированные в крови твердые мелкодисперсные частицы имели размер до 1,1 мкм, а депонированные в тканях легких и печени – от 2,3 до 2,9 мкм, что наглядно верифицирует факт прохождения контаминированных ядер конденсации сквозь альвеолярно-капиллярную мембрану.

Результаты химико-аналитического исследования крови экспериментальных животных подтвер- дили факт системной резорбции ПАУ при ингаляционной экспозиции в натурных условиях (табл. 4).

Анализ биораспределения ПАУ позволил установить, что наиболее значимым результатом является обнаружение бенз(а)пирена в крови животных опытной группы в концентрации 50,0 мкг/дм³, что в 29,4 раза выше уровня контрольных данных (1,7 мкг/дм³, р = 0,00001). Кроме этого, обнаружен нафталин в концентрации 15,0 мкг/дм³, не идентифицированный в контрольной группе.

Учитывая, что в атмосферном воздухе бенз(а)пи-рен на 45 % и нафталин на 21 % ассоциированы с ульт-радисперсной пылевой фракцией РМ₁, их значительное содержание в крови при относительно низких концентрациях в воздухе является прямым доказательством высокой проникающей способности частиц субмикронного диапазона через аэрогематический барьер. Содержание 2-метилнафталина в крови опытных животных в 2,1 раза превысило уровень данных контрольной группы ( р = 0,00001), что согласуется с его высокой концентрацией в ультрамелкодисперсных фракциях пыли (РМ 1 ). Несмотря на обнаружение антрацена и пирена в меньших концентрациях в составе мелко- и ультрамелкодисперсной фракции, натурная экспозиция привела практически к двукратному статистически значимому росту их концентрации в крови животных опытной группы относительно соответствующих данных контрольной группы ( р = 0,00001– 0,0002). Повышенная квантификация в крови подтверждает поступление этих соединений в организм в составе фракций РМ 1 –РМ 10 , выявленных в атмосферном воздухе зоны наблюдения. 9-Метилантрацен в крови животных опытной и контрольной групп не обнаружен, несмотря на его квантификацию в составе мелкодисперсных частиц воздуха.

Распределения ПАУ в тканях органов экспериментальных животных представлено на рисунке.

Анализ биораспределения соединений в тканях изучаемых органов выявил высокую статистическую значимость различий между группами, что подтверждает системный характер воздействия ПАУ в условиях натурной ингаляционной экспозиции. Полученные результаты экспериментально верифицируют выраженную материальную кумуляцию исследуемых ксенобиотиков в органах-мишенях, формирующуюся в условиях репрезентативной субхронической экспозиции. Наиболее значимые различия установлены в отношении бенз(а)пирена. Его прогрессирующее

Таблица 4

Содержание ПАУ в крови крыс линии Wistar

Вещество	Концентрация ( М ± m ), мкг/дм3		Кратность различий	Статистическая значимость различий, р ≤ 0,05
	опытная группа	контрольная группа
Нафталин	15,0 ± 1,0	0,0	–	–
2-Метилнафталин	1460 ± 20,5	680 ± 10,0	2,1	0,00001
Антрацен	22,0 ± 1,2	12,0 ± 1,5	1,8	0,00001
9-Метилантрацен	0,0	0,0	–	–
Пирен	99,0 ± 15,0	52,0 ± 10,0	1,9	0,0002
Бенз(а)пирен	50,0 ± 3,5	1,7 ± 0,2	29,4	0,00001

Рис. Содержание ПАУ в тканях органов экспериментальных животных в условиях натурной ингаляционной экспозиции

накопление в ткани легких (в 1,9 раза выше данных контрольной группы, р = 0,001), и тканевое депонирование в печени (в концентрации 1,89 ± 0,12 нг/г) и почках (2,76 ± 0,20 нг/г) при полном отсутствии в контрольной группе ( р = 0,0001) свидетельствует о направленном трансмембранном транспорте данного вещества из атмосферного воздуха (где матрицей-носителем выступает фракция РМ 1 ) во внутренние среды организма с последующей устойчивой органной биоаккумуляцией.

Для пирена установлена максимальная степень достоверности различий в ткани селезенки ( р = 0,0001), где его концентрация (2440,0 ± 180,0 нг/г) в 9,2 раза превысила значения контрольной группы (264,0 ± ± 25,0 нг/г). Для антрацена также установлено статистически значимое повышенное в 1,5 раза относительно контрольных данных содержание в ткани селезенки (44,9 ± 4,5 нг/г, р = 0,028). Это позволяет рассматривать селезенку как приоритетный орган-депо для ПАУ, ассоциированных с мелкодисперсными фракциями пыли. В легких прирост концентрации пирена составил 21 % (136,0 ± 12,5 нг/г) относительно значения концентрации в контрольной группе (112,0 ± 12,5 нг/г, р = 0,045).

Нафталин и 2-метилнафталин в тканях органов опытной группы животных не обнаружены. В тканях мозга опытной и контрольной группы животных не идентифицировано ни одного из изучаемых ПАУ.

Результаты исследования особенностей распределения полициклических ароматических углеводородов в мелко- и ультрадисперсных фракциях пыли, их биоаккумуляции в условиях натурного эксперимента, репрезентативно характеризующего стабильный уровень загрязнения за длительный период, позволили проследить полную патогенетическую цепочку: от эмиссии ПАУ в составе мелкодисперсных частиц как компонентов выбросов автотранспорта в атмосферный воздух на селитебной территории до их избирательного депонирования в тканях паренхиматозных органов биологической модели.

Важную роль в этом процессе играет вклад взвешенных веществ. Общая запыленность воздуха в зоне наблюдения (0,083 мг/м³), хотя и не превышает ПДК, в 4,9 раза выше уровня в зоне сравнения. Учитывая, что практически половина всей массы ПАУ (45 % в изолированной фракции) абсорбирована частицам размером РМ2.5 и менее, именно мелкодисперсная пыль выступает основным вектором переноса наиболее токсичных ПАУ из атмосферного воздуха в системный кровоток и далее в ткани органов. Ключевым фактором экспозиции и определяющим звеном в этой цепи выступает дисперсный состав атмосферной пыли. Установленный факт преимущественного распределения бенз(а)пирена (45 %), нафталина (21 %) и 2-метилнафталина (37 %) в ультра-мелкодисперсных фракциях РМ1 обусловливает их максимальную биодоступность. Согласно современным представлениям, частицы диаметром менее 1 мкм практически не задерживаются мукоцилиарным клиренсом и способны к прямой транслокации через аэрогематический барьер [24]. Это находит прямое подтверждение в результатах исследования системного кровотока. Кровь в данном случае выступает не только как среда, содержащая ПАУ, но и как основной транспортный канал, обеспечивающий беспрепятственную транслокацию в системный кровоток. Кратность содержания бенз(а)пирена в крови опытных животных (в 29,4 раза выше контрольных данных), пирена, нафталинов и антраценов (до 2 раз выше значений контрольной группы) сопоставима или ниже кратности их превышения в атмосферном воздухе зоны наблюдения относительно зоны сравнения. Такой дисбаланс свидетельствует о кумулятивном эффекте и высокой эффективности резорбции ПАУ, сорбированных на частицах субмикронного диапазона. Обнаружение широкого спектра ПАУ в крови опытной группы при их следовых количествах в контрольной группе (для бенз(а)пирена) или полном отсутствии (для нафталина и 9-Метилантрацена) верифицирует системный характер экспозиции, обу- словленный именно ультрамелкодисперсной фазой аэрозоля.

Особый интерес представляют выявленные особенности биораспределения ПАУ в тканях паренхиматозных органов. Обнаружение бенз(а)пирена в печени и почках только у животных опытной группы верифицирует процессы системного транспорта и начала метаболической элиминации вещества. В отличие от высокомолекулярного бенз(а)пирена, который интенсивно транслоцируется и кумулирует в органах детоксикации, такие соединения, как пирен и антрацен, проявляют склонность к избирательному депонированию в лимфоидной ткани. Установленное накопление указанных ПАУ в селезенке (в 1,5–9,2 раза выше значений контрольной группы) подтверждает гипотезу о том, что данный орган служит основным резервуаром для ксенобиотиков, поступающих в организм в составе мелкодисперсных фракций пыли. Вероятно, это обусловлено фагоцитарной активностью макрофагов в отношении частиц-носителей (ядер конденсации) с последующим их депонированием в ретикулоэндотелиальной системе, что согласуется с исследованием ряда других авторов [20]. При анализе тканей паренхиматозных органов выявлены специфические особенности: нафталин и 2-метилнафталин в тканях опытных групп животных не обнаружены. Это объясняется их физико-химическими свойствами: являясь относительно низкомолекулярными ПАУ, данные гомологи подвергаются более быстрой метаболической трансформации и элиминации из организма, по сравнению с высокомолекулярными ПАУ. Отсутствие в тканях мозга всей линейки изучаемых ПАУ может быть результатом защитной функции гематоэнцефалического барьера, препятствующего проникновению данных ксенобиотиков в центральную нервную систему в условиях кратковременной экспозиции [25].

Выводы. В условиях натурного эксперимента установлено, что в зоне влияния автомагистрали с высокой интенсивностью движения (4800 авт./ч) формирование ингаляционной экспозиции ПАУ происходит преимущественно за счет мелкодисперсных фракций, где наиболее токсичные соединения (бенз(а)пирен и нафталин) на 44,7 и 21,1 % от их общего содержания соответственно ассоциированы с ультрамелкодис-персными частицами РМ1. Суммарный индекс неканцерогенной опасности смеси ПАУ для валовой пробы составил HI = 0,50, при этом 97,3 % всей величины экспозиции сосредоточено в ультрадисперсной фракции частиц PM1 и детерминировано коэффициентом опасности бенз(а)пирена HQ = 0,49. Суммарный индивидуальный ингаляционный индекс канцерогенной опасности от воздействия смеси ПАУ в валовой пробе атмосферного воздуха (TSP) составляет 2,15∙10-6, что, согласно руководству Р 2.1.10.3968-23, классифицируется как приемлемый для населения. При этом его структура характеризуется выраженным этиологическим доминированием бенз(а)пирена, сорбированного преимущественно на ультрамелкодисперсных частицах фракции PM1 (вклад 94,1 %). Методом растровой электронной микроскопии в биосредах животных верифицировано физическое присутствие твердых микрочастиц-носителей диаметром до 1,1 мкм в крови и до 2,9 мкм – в паренхиматозных тканях (печень, легкие, почки). Хроматографический анализ биосред подтвердил высокоэффективную системную резорбцию ПАУ: содержание бенз(а)пирена в крови опытных животных превысило контроль в 29,4 раза (50,0 мкг/дм3). Зафиксировано его достоверное накопление в тканях легких, печени и почек. Пирен и антрацен проявили склонность к селективному макрофагальному депонированию в ткани селезенки (рост концентрации относительно контроля до 9,2 раза) при полном отсутствии нафталинов во внутренних органах, что является патогенетическим маркером, доказывающим макрофагальный механизм утилизации углеродных ядер мелкодисперсной пыли.

Полученные результаты обосновывают необходимость обеспечения перехода от стандартного мониторинга валового содержания пыли (TSP) в атмосферном воздухе и фракций взвешенных частиц РМ 10 и РМ 2.5 к обязательному гигиеническому контролю ультрамелкодисперсных частиц фракции PM 1 с количественной оценкой бенз(а)пирена в их составе, что значительно повысит точность анализа рисков здоровью населения. В качестве безопасного по критериям риска для здоровья уровня хронического ингаляционного воздействия ультрамелкодисперс-ной фракции PM 1 рекомендована концентрация 0,002 мг/м³ [26].

Финансирование . Исследование не имело финансовой поддержки.