CC BY
158
УДК 504.75
Вестник СибГАУ Т. 16, № 4. С. 958-968
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПРЕДПРИЯТИЯМИ МАШИНОСТРОЕНИЯ НА ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ
Е. Н. Потылицына, О. В. Тасейко*, Е. В. Сугак
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В процессе производства, эксплуатации и обслуживания объектов машиностроения и ракетно-космических систем возможны выбросы опасных загрязняющих веществ в окружающую среду. Рассматривается решение задачи совершенствования научно-методических основ управления канцерогенной опасностью для здоровья населения от загрязнения атмосферного воздуха, обусловленного выбросами стационарных и нестационарных источников, на примере крупного промышленного города - Красноярска. Для решения поставленной задачи проведен анализ смертности от рака различной локализации и статистических данных загрязнения окружающей среды канцерогенными веществами с 2000 по 2012 гг. Выявлены загрязняющие канцерогенные вещества, находящиеся в воздухе, дающие наибольший вклад в смертность от новообразований различной локализации. Проанализированы основные источники выбросов канцерогенных веществ в воздух г. Красноярска и их вклад в общую смертность. Описаны особенности возникновения и протекания онкологических заболеваний, а также проанализированы методы исследования латентного периода раковых опухолей. Методами корреляционного анализа были определены наиболее чувствительные к воздействию канцерогенных загрязнителей атмосферного воздуха органы и системы человека. Результаты расчетов показали, что наибольшее число органов-мишеней связано с влиянием бенз(а)пирена. Выполнена оценка временной отсрочки (лага) онкологических заболеваний различной локализации с помощью кросскорреляционных функций входных факторов с выходными показателями, что значительно облегчает процесс выявления величины запаздывания по сравнению с другими методами. Полученные результаты подкреплены описанием подобных исследований в других промышленных городах (г. Кемерово) и регионах (Белгородская область) России. Предложенный подход позволяет проводить оперативную оценку опасности воздействия канцерогенных веществ на здоровье сотрудников предприятий и населения прилегающих территорий.
Ключевые слова: канцероген, онкологические заболевания, предраковые заболевания, латентный период, смертность, корреляционный анализ.
Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 4, P. 958-968
ASSESSMENT OF INFLUENCE OF AIR POLLUTION PRODUCED BY ENGINEERING ENTERPRISES ON HUMAN HEALTH
E. N. Potylitsyna, O. V. Taseiko*, E. V. Sugak
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Production, operation and service of mechanical and aerospace engineering systems can be the source of dangerous pollutants. This work investigates the improvement of scientific and methodical bases to manage the cancerigenic danger to population health from air pollution caused by stationary and non-stationary emission sources. The analyses of epidemiological data showed that cancer mortality has grown by 30 % concerning total mortality in Krasnoyarsk from 2000 to 2012. The analysis of air pollution showed that concentrations of some cancerigenic substances increased significantly during 12 years according to the data of state network of monitoring posts. The pollutants that give the greatest contribution to mortality of various cancers were revealed. This pollutant emission sources are analysed. It is difficult to blame a single source as being responsible for the high levels of air pollution with cancerigenic effect on human health in Krasnoyarsk city. The cancer latency period has been estimated by statistical methods. The correlation analysis applied to determine the most sensitive organs and systems of the person influenced by cancerigenic pollutants. Benzopyrene has influence on the greatest number of target organs and systems: digestive system (stomach, liver, pharynx), immune system (limphoma), brain and nervous system. The assessment of a time lag for cancer of various organs and systems is executed with using the cross correlation functions. The longest effect with time lag 12 years is observed
for digestive and respiratory cancer. The offered approach allows us to carry out an operative assessment of impact of carcinogenic effect on health of the plant's staff and inhabitants of the surrounding.
Keywords: carcinogens, cancer, precursor of cancer, latent period, mortality, correlation analysis.
1. Введение
В процессе производства, эксплуатации и обслуживания объектов машиностроения и ракетно-космических систем возможны выбросы опасных загрязняющих веществ в окружающую среду, способствующих возникновению и повышению экологических рисков для населения промышленных регионов [1; 2]. При этом наибольшую опасность представляют канцерогенные вещества, вызывающие злокачественные новообразования [3].
В последние десятилетия отмечается существенный рост и «омоложение» онкологических заболеваний. Существенными причинами роста злокачественных новообразований являются, с одной стороны, ухудшение социально-экономических условий, снижение жизненного уровня населения, курение, алкоголизм и загрязнение окружающей среды, с другой стороны, недостаточный уровень профилактических мероприятий в сфере онкологии, недостатки в организации и качестве медицинской помощи больным. До 80 % случаев рака связано с воздействием вредных факторов окружающей среды и неправильным образом жизни [4; 5].
В целом рак считается болезнью лиц в основном старшего возраста, когда накоплена достаточная экспозиционная доза, имеются предраковые заболевания, ослаблен иммунитет и др. Однако если онкогенная нагрузка на организм растет, латентный период сокращается, и люди заболевают раком в более раннем возрасте [6].
Элементы оценки экологического риска включены в систему методов анализа экологической и санитарно-эпидемиологической ситуации, в структуру социально-гигиенического мониторинга [1; 7; 8].
Работа посвящена анализу комплексного воздействия факторов загрязнения атмосферы на смертность от онкологических заболеваний населения г. Красноярска. Выявлены загрязняющие вещества, оказывающие наибольшее влияние на смертность от различных видов новообразований. Методами корреляционного анализа определены органы и системы человека, наиболее чувствительные к воздействию канцерогенных загрязнителей атмосферного воздуха. Выполнена оценка временного запаздывания влияния канцерогенов на онкологические заболевания различной локализации.
2. Цель и задачи
Цель работы - оценка влияния загрязнения атмосферного воздуха на смертность жителей г. Красноярска от онкологических заболеваний.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ динамики содержания канцерогенных веществ в воздухе г. Красноярска.
2. Анализ структуры смертности от онкологических заболеваний различной локализации и выявление зависимости отдельных видов рака от канцерогенов в атмосферном воздухе.
3. Оценка отсрочки влияния загрязняющих атмосферу веществ на показатели смертности от онкологических заболеваний.
В работе использовались данные среднегодовых концентраций полютантов, характеризующих канцерогенную опасность загрязнения атмосферного воздуха г. Красноярска, по данным государственной наблюдательной сети, предоставленным Красноярским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями Среднесибирского УГМС, за период наблюдений с 2000 по 2012 гг. [9]. Показатели смертности от онкологических заболеваний за тот же период предоставлены территориальным органом федеральной службы государственной статистики по Красноярскому краю (Красноярскстат).
3. Особенности возникновения и протекания онкологических заболеваний
Периоды развития опухолевого роста. Развитие злокачественных новообразований от нормального состояния клетки до заболевания проходит ряд последовательных стадий, которые составляют достаточно продолжительный временной интервал. На каждой из этих стадий патологический процесс характеризуется соответствующими морфологическими изменениями, что находит отражение в клинической картине заболевания [10].
Темпы удвоения различных видов опухоли зависят от индивидуальных особенностей опухоли и организма, в том числе от локализации, кровоснабжения, возраста, степени морфологической дифференцировки опухолевых клеток и др. [11].
С клинических позиций процесс развития новообразования можно разделить на три периода: 1) пред-бластоматозное состояние (предопухолевое заболевание); 2) доклиническое состояние - орган поражен опухолевым процессом, а клинических признаков этого поражения нет; 3) клиническая стадия, на которой появляются признаки нарушения функции органа, появляются симптомы болезни. В подавляющем большинстве случаев больные со злокачественными образованиями обращаются к врачу в третьем периоде болезни, что позволяет выполнить им радикальные операции лишь в 10-50 % случаев [12].
Под воздействием ряда факторов развивается распространенное изменение тканей, проявляющееся ускоренным разрастанием клеточных элементов. К ним относят генетическую конституцию человека, его гормональный баланс, неправильно организованное питание, присутствие в окружающей среде специфических и неспецифических вредных факторов, изменяющих внутреннюю среду организма [13].
Предраковые заболевания (рост клеток невоспалительного характера, предшествующий раку) характеризуются длительным течением. Большинство предо-пухолевых заболеваний представляют собой лишь благоприятный фон для возникновения злокачественной опухоли, но это возникновение необязательно.
Есть и такие предопухолевые процессы, которые обязательно ведут в конечном счете к злокачественному росту. Этих заболеваний немного. К заболеваниям с повышенной возможностью возникновения злокачественного роста и требующих специальных методов определения начала опухолевого роста относятся язва желудка, очаговый гастрит, семейный полипоз толстого кишечника, хронический бронхит, часто повторяющаяся пневмония, бронхоэктатическая болезнь, эрозия шейки матки, мастопатия.
Доклинический период развития злокачественной опухоли охватывает промежуток от момента возникновения первых клеток злокачественной опухоли до появления первых клинических признаков заболевания. Продолжительность этого периода вариабельна, зависит от биологических свойств опухоли, состояния организма заболевшего, иногда длительность его измеряется годами. Только опухоли, достигшие размеров 0,5-1,0 см распознаются клинически во время оперативного вмешательства, эндоскопического, рентгенологического исследования. Опухоли существуют в течение 2-3 лет, прежде чем могут быть выявлены клиническими методами.
У большинства больных диагноз устанавливается в клиническом периоде злокачественных опухолей, когда проявляются многочисленные и разнообразные симптомы.
На основании результатов исследований генов опухолей, меченых радиоактивными маркерами, и эпидемиологических данных был сделан вывод, что между воздействием агента и развитием опухоли имеется длительный латентный период, достоверное определение которого является достаточно сложной задачей [14].
Общие закономерности действия химических канцерогенных веществ. До 80-90 % всех форм рака у человека - результат действия факторов окружающей среды - химических веществ, вирусов, физических агентов и т. д. Во многих случаях развитие опухоли может быть связано с воздействием канцерогенов, среди которых наиболее активными считаются полициклические ароматические углеводороды, ароматические амины и амиды, нитросоединения, офла-токсины [15]. В настоящее время известно более 1500 химических соединений, обладающих канцерогенным эффектом. При этом пути попадания этих веществ в организм человека могут быть различными.
Кроме того, существуют специфические факторы, с определенной вероятностью увеличивающие риск появления опухолей конкретного органа или системы. К их числу относят, в первую очередь, курение (до 30 % влияния) и питание (35 %). Влиянию таких факторов, как воздействие профессиональных вредностей, наследственная предрасположенность, эндокринные
нарушения, отводят в совокупности около 17 %. На химические канцерогены приходится около 18 % [16].
Все химические канцерогенные соединения обладают рядом общих черт действия независимо от их структуры и физико-химических свойств. Прежде всего, для канцерогенов характерен длительный латентный период действия: истинный, или биологический, и клинический латентные периоды. Опухолевая трансформация начинается не сразу после контакта канцерогена с клеткой: вначале канцерогенное вещество подвергается биотрансформации, в результате образуются канцерогенные метаболиты, которые внедряются в клетку, изменяют ее генетический аппарат, обусловливая малигнизацию.
Для многих канцерогенов характерна химическая инертность, при этом почти все являются только про-канцерогенами. Чтобы стать истинными канцерогенами, они должны подвергнуться в организме так называемой активации, в результате которой могут возникнуть метаболиты с бластомогенной активностью [17].
Канцерогенный эффект определяется соотношением дозы и времени экспозиции вещества. Для веществ средней канцерогенной активности период между началом действия канцерогенного агента и возникновением злокачественной опухоли составляет около 13-18 лет. Чем выше активность канцерогена, тем короче латентный период [18; 19].
В целом длительность латентного периода может составлять от 10 до 50 % продолжительности жизни человека и животных [20].
Так, возникновение острого лейкоза без предшествующих изменений периферической крови связывают с длительным (более 5-10 лет) контактом с бензолом, даже спустя несколько лет после прекращения контакта с ним. С возникновением рака полости носа и придаточных пазух связывают влияние продуктов, выделяющихся при рафинировании никеля, а также при обработке дерева в деревообделочном и особенно мебельном производствах. Действие этих веществ проявляется в разные сроки, иногда спустя 20-25 лет [21].
Для г. Кемерово были получены значения времени запаздывания возникновения заболеваний от загрязнения воздуха для следующих видов рака: рак легкого -от 6 до 9 лет у женщин и от 8 до 14 лет у мужчин, рак желудка - от 9 до 16 лет у женщин и от 8 до 14 лет у мужчин, рак щитовидной железы - от 9 до 16 лет у женщин и от 10 до 15 лет у мужчин. Разброс в значениях лага вызван влиянием разных источников выбросов канцерогенных веществ [22].
По результатам корреляционного анализа показателей злокачественных новообразований кожи и общего содержания озона в Республике Бурятия максимальный лаг составил 10 лет [23].
Для Белгородской области периоды отсроченного воздействия некоторых антропогенных загрязнителей воздуха и почвы на заболеваемость злокачественными новообразованиями составили: для свинца - 3 года, для железа и марганца - 2 года, для окислов азота и углеводородов - 3 года, для минеральных удобрений - 1-2 года [24]. Эти значения явно свидетельствуют о сокращении латентных периодов развития раков.
Эпидемиологические методы исследования латентного периода раковых опухолей. Исследованиями латентного периода раковых заболеваний занимается онкоэпидемиология. В зависимости от подходов к изучению и методов выделяют два направления: описательная и аналитическая онкоэпидемиология [18].
Описательная эпидемиология изучает особенности распространения отдельных форм злокачественных опухолей в конкретных группах населения. Предмет изучения описательной эпидемиологии - заболеваемость и смертность в разных географических регионах и населенных пунктах среди различных групп населения, а также связь (ассоциация) между различными характеристиками региона и показателями частоты злокачественных опухолей. Описательная эпидемиология оперирует категориями, основу которых составляет территориальный учет онкологических заболеваний [25]. Производится расчет и анализ показателей смертности, заболеваемости и болезненности как в целом для всего населения и для всех злокачественных новообразований, так и для заболевших и умерших с учетом локализации и разновидности опухоли, клинической группы и стадии процесса. Изучаются также показатели частоты впервые выявленных заболеваний, эффективности диспансеризации соответствующих контингентов, качества диагностики и специальной терапии и оценка отдаленных результатов лечения.
В связи с обнаружением повышенной заболеваемости раком на ряде производств, занятых на переработке ряда минералов (никель, хром, беррилий, кадмий, кобальт, мышьяк и др.), обнаруживших в эксперименте канцерогенные свойства, широкое развитие получило исследование так называемого профессионального рака. Первое описание профессионального рака было сделано еще в 1775 году английским врачом Поттом при обнаружении случаев рака кожи у трубочистов. Через 120 лет (в 1895 году) был описан рак мочевого пузыря у рабочих анилинокрасочной промышленности, в начале XX века - рак легких у горнорабочих [26].
Важным этапом исследования профессионального рака является количественная оценка уровня и длительности воздействия канцерогенного агента на изучаемый контингент на основе среднегодовых концентраций канцерогенов в воздухе рабочей зоны, а также пути их поступления в организм. На основании этих исследований делаются выводы о длительности латентного периода возникновения раковой опухоли [26-28].
Одна из ключевых проблем аналитической эпидемиологии заключается в том, чтобы научиться выявлять потенциальные канцерогенные агенты, определять степень их риска для людей, определять время латентного периода, а также осуществлять поиск тех факторов, которые препятствуют канцерогенезу или усиливают его.
Оценка и прогнозирование потенциального риска для здоровья человека является одной их важнейших социально-экологических проблем и связана с необходимостью изучения причинно-следственных связей
показателей здоровья населения и демографической динамики с уровнем антропогенной нагрузки на окружающую среду [29]. Оценка социально-экологических рисков может быть использована для проведения целенаправленной экологической политики и политики в области охраны здоровья населения, выделения приоритетных территорий и групп населения повышенного риска, нуждающихся в первоочередных природоохранных и лечебно-профилактических мероприятиях. Концепция оценки риска рассматривается в качестве главного механизма разработки и принятия управленческих решений как на международном, государственном и региональном уровнях, так и на уровне отдельного предприятия [30; 31].
Определение величины запаздывания производится по кросскорреляционным функциям входных факторов (уровни концентраций вредных канцерогенных веществ в атмосферном воздухе) с выходными показателями (показатели смертности взрослого населения от раковых заболеваний различной локализации). Кросскорреляционная функция может служить средством исследования динамики физиологических процессов и их взаимных регуляций [28; 32; 33].
В связи со сложностью структуры канцерогенной ситуации применяют различные многофакторные модели, которые строятся как по пространственной информации, так и по рядам динамики [3; 8; 34-37]. Последнее время для этих целей активно используются технологии искусственного интеллекта и искусственные нейронные сети [38-42].
Основная идея многофакторного прогнозирования заключается в выявлении тенденций зависимости изучаемого явления (заболеваемости раком) от определяющих его факторов на основе тенденций развития самих факторов. Статистическая оценка зависимости изменений изучаемого явления от тенденций развития во времени факторных признаков осуществляется с помощью коэффициентов уравнения множественной регрессии. При исследовании многофакторных моделей учесть все взаимосвязанные факторы не представляется возможным, поэтому производится отбор наиболее характерных факторов с помощью оценки силы влияния и частных коэффициентов детерминации [43].
Неравномерность темпов развития отдельных компонентов системы создает трудности для сопоставления во времени и оценки результатов совместного воздействия комплекса факторов окружающей среды на изменение заболеваемости. Значение времени запаздывания оценивается так же, как и в однофак-торных моделях, с помощью коэффициентов кросс-корреляции.
4. Результаты и обсуждение
Анализ загрязнения воздуха канцерогенами.
В воздухе г. Красноярска встречается большое количество различных канцерогенных загрязнителей, но на постах наблюдения анализируется далеко не полный их перечень [9; 44]. Среднесибирским УГМС в воздухе г. Красноярска выполняются измерения шести веществ: кадмий, свинец, бензол, этилбензол,
формальдегид, беиз(а)пиреи. Однако концентрация кадмия на протяжении продолжительного числа лет равна нулю.
Отнесение полютантов к группе канцерогенов или неканцерогенов неоднозначно по данным различных зарубежных и отечественных организаций, занимающихся изучением рака. Так, согласно российским нормативным документам этилбензол не является канцерогеном [25]. Не относит его к группе канцерогенных веществ и EPA (Environmental protection agency, США) [45]. Но по данным Международного агентства исследования рака (МАИР) этилбензол вызывает злокачественные новообразования различных мест локализации у крыс и мышей, возможен канцерогенный эффект и для человека (группа 2В) [46]. Поэтому в данной работе этилбензол был отнесен в группу канцерогенов.
Анализ годовой динамики канцерогенных веществ по данным Среднесибирского УГМС показал, что с 2000 по 2012 гг. наблюдался рост содержания в воздухе г. Красноярска этилбензола (в 1,7 раза), формальдегида (в 3,7 раза) и бенз(а)пирена (в 2 раза) (см. рисунок). Содержание этих веществ превышало гигиенические нормативы в течение всего периода. Концентрации бензола и никеля значительно не менялись и установленные ПДК не превышали.
По данным томов ПДВ для г. Красноярска за 2012 г. были выявлены основные источники промышленных выбросов анализируемых канцерогенов (табл. 1).
Следует отметить, что общий источник выбросов -предприятия обрабатывающей отрасли - есть только у формальдегида и этилбензола, и отвечает он всего лишь за треть всех выбросов этих веществ. Остальные вещества имеют свои доминирующие источники выбросов в атмосферный воздух г. Красноярска. Это подтверждает необходимость учета каждого из этих веществ в решаемой задаче.
Показатели смертности от злокачественных новообразований у жителей г. Красноярска. Согласно ежегодникам Красноярскстата [5], в период с 2000 по 2012 гг. в г. Красноярске умерло от всех причин смерти около 150 тыс. человек. Из них от новообразований - около 25 тыс. человек, что составляет 16,7 % от всех умерших за 12 лет (табл. 2).
Анализ данных показывает, что в целом смертность от онкологических заболеваний с 2000 по 2012 гг. выросла на 30 % относительно показателя общей смертности. Распределение по отдельным видам причин смертности существенно не изменилось, основная доля приходится на злокачественные новообразования желудочно-кишечного тракта и органов дыхания и составляет примерно по 20 % на каждую группу. Доля умерших от болезней репродуктивной системы изменилась за рассматриваемый период незначительно. Вклад лейкемии в эту структуру также не претерпел изменений и составил около 3 %. Около 45 % составили болезни, по которым нет достаточных оснований для отнесения их к группе эколого-зависимых.
Содержание канцерогенных веществ в воздухе г. Красноярска
Таблица 1
Основные источники выбросов канцерогенных веществ в г. Красноярске [47]
Бензол Этилбензол Формальдегид Бенз(а)пирен Никель
АЗС 45 % 3 % - - -
Обрабатывающие производства - 28 % 24 % - 3,5 %
Алюминиевая промышленность - - - 97 % -
Автотранспорт - - 65 % 0,5 % -
Машиностроение - - - - 94 %
Захоронение ТБО - 61 % - - -
Остальные предприятия 55 % 8 % 11 % 1,5 % 2,5 %
Всего, т/г 7,2 5,2 81,1 1,9 0,004
Анализ влияния загрязняющих веществ на причины смертности. Для оценки влияния загрязняющих веществ на показатели смертности от рака рассчитывались коэффициенты корреляции между среднегодовыми концентрациями канцерогенных веществ и численностью умерших по каждой группе заболеваний.
Проверка значимости коэффициента корреляции оценивалась по критерию Стьюдента с уровнем доверительной вероятности 0,95 [12].
По результатам расчетов значимых корреляционных связей между загрязнением атмосферного воздуха бензолом и показателями смертности от онкологических заболеваний не выявлено, хотя анализ литературных данных подтверждает влияния бензола на течение таких заболеваний, как лимфоретикулярная саркома, лейкоз, лейкемия, лимфомы и болезни кровеносной системы [49; 50; 52].
Несмотря на то, что нет однозначного подтверждения канцерогенности этилбензола для организма человека, была обнаружена статистически значимая связь между его содержанием в воздухе и раком целого ряда органов-мишеней (ротовая полость, печень, яичники).
Для дальнейшего анализа были выбраны только те виды рака, связь которых с рассматриваемыми за-
Смертность от онкологических забо
грязнителями подтверждена данными различных литературных источников, в том числе руководством по оценке риска (табл. 3) [53].
Анализ лага. Оценка величины запаздывания выполнялась по кросскорреляционным функциям, определяемым между концентрациями канцерогенов в атмосферном воздухе и показателями смертности взрослого населения от раковых заболеваний различной локализации.
Результаты расчетов показали, что наибольшее число органов-мишеней связано с влиянием бенз(а)-пирена. Длительный эффект с задержкой до 12 лет наблюдается для органов желудочно-кишечного тракта и органов дыхания (табл. 4). Обнаруженную сильную связь за короткие периоды времени следует, вероятно, относить не столько к возникновению и развитию заболеваний, сколько к снижению канцеро-устойчивости на фоне уже имеющихся онкологических заболеваний. Короткий временной лаг скорее свидетельствует о влиянии на общее состояние иммунной системы, что может приводить к ускорению течения болезни.
Таблица 2
>аний среди жителей г. Красноярска
Год Доля умерших от новообразований, % от общей смертности Доля умерших по группам, % от всех умерших от злокачественных новообразований
Желудочно-кишечный тракт Органы дыхания Репродуктивная система Лейкемия
2000 14,5 20,6 23,0 12,1 2,3
2001 15,0 24,4 21,9 12,7 2,9
2002 13,9 21,0 23,9 12,0 2,5
2003 14,3 22,9 21,4 13,4 2,4
2004 16,4 21,3 19,7 13,1 2,9
2005 15,4 21,2 19,1 14,3 3,9
2006 17,4 19,9 20,3 15,2 3,4
2007 18,0 20,4 20,5 13,4 2,7
2008 18,5 20,7 20,1 14,0 2,5
2009 18,8 21,0 19,3 14,2 3,0
2010 18,5 21,5 20,4 14,0 2,7
2011 18,6 20,0 17,4 14,0 2,9
2012 18,9 19,7 19,6 13,8 3,2
Таблица 3
Перечень канцерогенов и соответствующие им органы-мишени
Вещество Орган-мишень
Расчетные данные Литературные данные
Бенз(а)пирен Молочная железа, лёгкие, желудок, предстательная железа, пищевод Молочная железа [45] Лёгкие, желудок, щитовидная железа [48] Предстательная железа, пищевод [16]
Формальдегид Лейкемия, гортань Слизистая оболочка верхних дыхательных путей, носоглотка, лейкемия [46] Усиливает канцерогенез, вызванный бенз(а)пиреном [49]
Никель Легкие, желудок, гортань Носоглотка, легкие [50] Желудок, гортань, носоглотка [51]
Этилбензол Ротовая полость, печень, яичники У лабораторных животных - полость носа и рта, печень, легкие, почки, щитовидная железа, яичники [46]
Таблица 4
Временные лаги воздействия загрязняющих веществ на смертность от онкологических заболеваний
Орган-мишень Канцерогенное вещество, временной лаг (годы)
Бенз(а)пирен Формальдегид Никель Этилбензол
Пищевод 0,3 - - -
Желудок 8-12 - 9-11 -
Трахея, бронхи, легкие 5-6 - 2,5 -
Грудная железа 0-2 - - -
Предстательная железа 0-3 - - -
Лейкемия - 2, 4, 7-9 - -
Гортань - 7 7 -
Ротовая полость - - - 3
Печень - - - 0-3
Яичники - - - 0-1
Также выявлены зависимости между содержанием никеля и заболеваниями некоторых органов-мишеней, причем с задержкой на период от 5 до 11 лет, несмотря на то, что концентрации этого вещества не превышали ПДК. Хотя общая методология оценки риска как раз придерживается идеи о беспороговом влиянии канцерогенов на здоровье человека [53].
5. Заключение
Проведенные исследования показывают, что выделить один источник, ответственный за канцерогенное загрязнение атмосферного воздуха в г. Красноярске, в целом не представляется возможным. Канцерогенная опасность выбросов предприятий машиностроительной отрасли характеризуется наличием никеля, предприятий алюминиевой промышленности -бенз(а)пирена. Эти вещества можно рассматривать как индикаторы выбросов соответствующих отраслей промышленности. При этом необходимо принимать во внимание, что никель и бенз(а)пирен - не единственные компоненты в выбросах этих предприятий, обладающие канцерогенным эффектом для здоровья населения. Но в системе государственного мониторинга качества атмосферного воздуха другие канцерогенные вещества, связанные с этими источниками, не определяются.
Наличие значимой связи показателей смертности населения с выбросами веществ, у которых концентрации не превышают установленные нормативы (например, никель и этилбензол), означает, что при оценке показателей здоровья и смертности населения опираться на значения ПДК недостаточно.
Результаты расчетов показали, что каждое влияющее вещество и орган-мишень связаны определенным характерным временным лагом. Это означает, что оценка системы «окружающая среда - здоровье человека» должна проводиться с учетом времени «запаздывания» или временного лага.
В ходе дальнейших исследований предполагается использование методов многомерной статистики и интеллектуальной обработки данных для оценки
показателей состояния здоровья населения под влиянием всего перечня определяемых в воздухе города загрязняющих веществ [54].
Благодарности. Работа выполняется при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 14-06-00256).
Acknowledgments. The work is fulfilled with the support of the Russian Foundation of Fundamental Researches (project 14-06-00256).
Библиографические ссылки
1. Музалевский А. А., Карлин Л. H. Экологические риски: теория и практика. СПб. : РГГМУ, 2011. 448 с.
2. Сугак Е. В., Войнов H. А., Николаев H. А. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродинамическими режимами. 2-е изд. Казань : Отечество, 2009. 224 с.
3. Сугак Е. В., Окладникова Е. Н., Кузнецов Е. В. Вычислительные и информационные технологии анализа и оценки социально-экологических рисков // Экология и промышленность России. 2008. № 8. C. 24-29.
4. Нуров А. У., Гайдарова У. М., Дестебекова Э. Н. О значении некоторых факторов в возникновении злокачественных новообразований кожи // Вест. дер-мат. и венерол. 1991. № 2. С. 33-376.
5. Здравоохранение в г. Красноярске в 2012 году / Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Красноярскому краю // Статистический бюллетень. Красноярск, 2013. № 8-5.2. 15 с.
6. Онкологическая заболеваемость среди лиц молодого возраста в г. Красноярске / Ю. А. Дыхно [и др.] // Вопросы онкологии. 1999. № 5. С. 501-503.
7. Об использовании методологии оценки риска для управления качеством окружающей среды и здоровья населения в Российской Федерации : постановление Главного государственного санитарного врача РФ № 25 и Главного государственного инспектора РФ по охране природы № 03-19/24-3483 от 10 ноября 1997 года.
8. Сугак Е. В. Современные методы оценки экологических рисков // European Social Science Journal (Европейский журнал социальных наук). 2014. Т. 2, № 5 (44). С. 427-433.
9. Состояние загрязнения атмосферного воздуха городов на территории Красноярского края, Республик Хакасия и Тыва в 2010 г. : ежегодник / Красноярск. 2011. 116 с
10. Угляница К. Н., Луд Н. Г., Угляница Н. К. Общая онкология. Гродно : ГрГМУ, 2007. 818 с.
11. Абисатов X. А. Клиническая онкология. Алма-ты : Арыс, 2007. Т. I. 608 с.
12. Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин Л. Д. Прикладная статистика: исследование зависимостей : справ. изд. М. : Финансы и статистика. 1985. 487 с.
13. Шальнов М. А. Рак: у вас есть время. Екатеринбург : У-Фактория, 2009. 224 с.
14. Черенков В. Г. Клиническая онкология. М. : МК, 2010. 434 с.
15. Хисматуллина 3. Н. Особенности этапов химического, физического и вирусного канцерогенеза // Вестн. КТУ. 2013. Т. 16, № 7. С. 198-202.
16. Рашитов Л. 3., Галлямов А. Б. Изучение влияния уровня содержания бенз(а)пирена в атмосферном воздухе на показатели онкологической заболеваемости населения Казани // Фундаментальные исследования. 2010. № 11. С. 109-111.
17. Онкология : учеб. пособие / Н. Н. Антоненкова [и др.]; под общ. ред. И. В. Залуцкого. Минск : Выш. шк., 2007. 703 с.
18. Шабад Л. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде. М. : Медицина, 1973. 367 с.
19. Гарелик П. В., Макшанов И. Я., Угляница К. Н. Опухоли. Общие вопросы онкологии. Гродно, 1999. 56 с.
20. Глушков А. Н. Основы канцерогенеза, прогнозирования, профилактики, иммунодиагностики и биотерапии злокачественных опухолей : элективный курс лекций по онкологии для клинических ординаторов, интернов, врачей. Кемерово : КГМА, 2002. 87 с.
21. Косарев В. В., Бабанов С. А. Профессиональные болезни : учеб. пособие. М. : Вузовский учебник : ИНФРА-М, 2011. 252 с.
22. Ларин С. А. Комплексное воздействие техногенного загрязнения среды обитания на развитие он-копатологии у населения в регионе с развитой угледобывающей и углеперерабатывающей промышленностью : автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Томск, 2013. 41 с.
23. Базаров А. В. Автоматизированная информационная система мониторинга территориального распределения общего содержания озона по данным всемирного банка TOMS : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2009. 25 с.
24. Шкуратова Т. А. Анализ и моделирование онкологической заболеваемости на основе устранения мультиколлинеарности и определения лагов : авто-реф. дис. . канд. мед. наук. Воронеж, 2006. 46 с.
25. СанПиН 1.2.2353-08. Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности.
26. Райхман Я. Г. Теоретические основы профилактики рака : моногр. Израиль, 2009. 350 с.
27. Кинетическая теория злокачественных онкологических и некоторых генно-обусловленных заболеваний / В. Е. Задов [и др.] // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2013. 4(92). С. 119-124.
28. Potylitsyna E., Taseiko O., Sugak E. Evaluation of carcinogenic risks of air pollution // History, Problems and Prospects of Development of Modern Civilization : Proceedings of the XVI International Academic Congress (Japan, Tokyo, 25-27 April 2015). Tokyo University Press, 2015. P. 418-425.
29. Бельская Е. Н., Сугак Е. В., Бразговка О. В. Прогнозирование социально-экологических рисков населения промышленного региона // Национальная ассоциация ученых (НАУ): ежемесячный науч. журн. 2015. № 5(10). С. 128-132.
30. Окладникова Е. Н., Сугак Е. В. Экологические риски в промышленности // Тр. VI Всерос. конф. по финансово-актуарной математике и смежным вопросам «ФАМ-2007». Ч. 2. Красноярск : Гротеск, 2007. С. 90-98.
31. Тасейко О. В., Потылицына Е. Н., Сугак Е. В. Проблемы использования экологических рисков для нормирования качества атмосферного воздуха // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф. В 3-х ч. Ч. 2. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 357-359.
32. Кросскорреляции в живых системах: анализ нейромагнитных сигналов коры головного мозга человека / С. А. Демин [и др.] // Научно-технический вестник Санкт-Петербург. ГУ информационных технологий, механики и оптики. 2007. № 37. С. 202-212.
33. Scarano F., Riethmuller M. L. Iterative multigrid approach in PIV image processing with discrete offset // Exp. Fluids. 1999. Vol. 26. P. 513-523.
34. Сугак Е. В., Окладникова Е. Н., Ермолаева Л. В. Информационные технологии управления социально-экологическим риском // Вестник СибГАУ. 2008. Вып. 4(21). С. 87-91.
35. Тасейко О. В., Потылицына Е. Н., Сугак Е. В. Проблемы оценки экологических рисков от загрязнения атмосферного воздуха // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития : сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов : Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество». 2014. Ч. 4. С. 145-148.
36. Бельская Е. Н., Бразговка О. В., Сугак Е. В. Методика расчета экологических рисков [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 1-8 URL: http://www.science-education.ru.
37. Потылицына Е. Н., Тасейко О. В., Сугак Е. В. Методы оценки влияния вредных факторов окружающей среды на здоровье населения // Решетневские чтения : Мататериалы XVIII Междунар. науч. конф. В 3-х ч. Ч. 2 / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 353-355.
38. Потылицына Е. Н., Липинский Л. В., Сугак Е. В. Использование искусственных нейронных сетей для решения прикладных экологических задач [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и обра-
зования. 2013. № 4. С. 1-8. URL: http://www.science-education.ru/110-9779.
39. Потылицына Е. Н., Тасейко О. В., Сугак Е. В. Современные методы оценки влияния вредных факторов окружающей среды на здоровье населения // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития : сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов : Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество». 2014. Ч. 4. С. 125-129.
40. Автоматическое генерирование нейросетевых моделей в задаче прогнозирования уровня заболеваемости населения / Д. И. Хритоненко [и др.] // XIV Национальная конф. по искусственному интеллекту с международным участием (КИИ-2014). Казань : РИЦ «Школа», 2014. С. 276-285.
41. Проектирование коллективов нейросетевых предикторов экологического состояния города самоконфигурируемыми эволюционными алгоритмами / Д. И. Хритоненко [и др.] // Информационно-телекоммуникационные системы и технологии (ИТСиТ-2014) : Материалы Всерос. науч.-практ. конф. Кемерово : КемГУ, 2014. С. 438-439.
42. Решение задачи прогнозирования экологического состояния города нейроэволюционными алгоритмами / Д. И. Хритоненко [и др.] // Вестник Сиб-ГАУ. 2015. Т. 16, № 1. С. 137-142.
43. Нидюлин В. А. Комплексная оценка распространенности злокачественных новообразований в Калмыкии : автореф. ... д-ра мед. наук. М., 2007. 53 с.
44. Тасейко О. В., Сугак Е. В. Репрезентативность пунктов наблюдения при оценке качества воздуха в городской среде [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 1-11. URL: http://www.science-education.ru/120-15560. ISSN 2070-7428.
45. Химия загрязняющих веществ и экология : моногр. / В. Н. Вернигорова [и др.]. М. : Палеотип, 2005. 240 с.
46. Ethylbenzene [Электронный ресурс]. URL: http://monographs.iarc.fr/ENG/ Monographs/vol77/ mono77-10.pdf (дата обращения: 17.05.2015).
47. Сводные тома предельно допустимых выбросов для городов Красноярского края, [Электронный ресурс] 2012. URL: http://www.krasecology.ru/About/ PDV (дата обращения: 15.05.2015).
48. Вредные вещества в промышленности : справ. для химиков, инженеров и врачей. В 3 т. Т. 1. Органические вещества / под ред. Н. В. Лазарева, Э. Н. Левиной. 7-е изд., пер. и доп. Л. : Химия, 1976. 592 с.
49. Бенз(а)пирен в атмосферном воздухе и онкологическая заболеваемость в Кемерово / С. А. Мун [и др.] // Гигиена и санитария. 2006. № 4. С. 28-30.
50. Ревич Б. А., Авалиани С. Л., Тихонова Г. И. Экологическая эпидемиология. М. : Академия, 2004. 327 с.
51. Смола В. И. ПАУ в окружающей среде: проблемы и решения. В 2-х ч. Ч. 1. М. : Полиграф сервис, 2013. 384 с.
52. Бингам Ф. Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / пер. с англ. под ред. Х. Зигеля, А. Зигель. М. : Мир, 1993. 368 с.
53. Р 2.1.10.1920-04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду.
54. Сугак Е. В., Бразговка О. В., Бельская Е. Н. Техногенные социально-экологические риски населения промышленного региона. Актуальные направления научных исследований начала XXI века : сб. науч. трудов. Ростов н/Д. : Изд-во Междунар. исследовательского центра «Научное сотрудничество», 2015. С. 13-24.
References
1. Muzalevskiy A. A., Karlin L. N. Ekologicheskie riski: teoriya i praktika [Environmental risks: theory and practice]. St. Petersburg, RGGMU Publ., 2011, 448 p. (In Russ.).
2. Sugak E. V., Voynov N. A., Nikolaev N. A. Ochistka gazovyikh vyibrosov v apparatakh s intensivny-imi gidrodinamicheskimi rezhimami [Cleaning of gas emissions in devices with the intensive hydrodynamic modes]. Kazan, Otechestvo Publ., 2009, 224 p. (In Russ.).
3. Sugak E. V., Okladnikova E. N., Kuznetsov E. V. [Computing and information technologies of the analysis and assessment of social-and-ecological risks]. Ekologiya i promyishlennost Rossii. 2008, No. 8, P. 24-29 (In Russ.).
4. Nurov A. U., Gaydarova U. M., Destebekova E. N. [About value of some factors in emergence of malignant new growths of skin]. Vest. dermat. i venerol. 1991, No. 2, P. 33-376 (In Russ.).
5. [Health in Krasnoyarsk in 2012 / territorial body of the Federal State Statistics Service of the Krasnoyarsk Territory]. Statisticheskiy byulleten'. Krasnoyarsk, 2013, No. 8-5.2, 15 p. (In Russ.).
6. Dykhno Yu. A., Ivanova Yu. D., Laletina I. V., Khlebopros R. G. [Oncological incidence among persons of young age in Krasnoyarsk]. Voprosy onkologii. 1999, No. 5, P. 501-503 (In Russ.).
7. Ob ispolzovanii metodologii otsenki riska dlya upravleniya kachestvom okruzhayuschey sredyi i zdorovya naseleniya v Rossiyskoy Federatsii. Postanovlenie Glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha RF №. 25 i Glavnogo gosudarstvennogo inspektora RF po okhrane prirodyi № 03-19/24-3483 ot 10 noyabrya 1997 goda. [About the use of risk assessment methodology for the management of environmental quality and public health in the Russian Federation. Resolution of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation № 25 and the Chief State Inspector of the Russian Federation for the Protection of Nature № 03-19 / 24-3483 of 10 November 1997.].
8. Sugak E. V. [Modern methods of an assessment of environmental risks]. European Social Science Journal. 2014, Vol. 2, No. 5 (44), P. 427-433 (In Russ.).
9. Ezhegodnik "Sostoyanie zagryazneniya atmosfer-nogo vozdukha gorodov na territorii Krasnoyarskogo kraya, respublik Khakasiya i Tyva v 2010 g. " [Yearbook "The state of air pollution in the cities of Krasnoyarsk Territory, Khakassia and Tuva republic in 2010"]. Krasnoyarsk, 2011, 116 p.
10. Uglyanitsa K. N., Lud N. G., Uglyanitsa N. K. Obshchaya onkologiya [General oncology: Manual]. Grodno, GrGMU Publ., 2007, 818 p. (In Russ.).
11. Abisatov X. A. Klinicheskaya onkologiya [Clinical oncology]. Almaty, Arys Publ., 2007, Vol. I, 608 p. (In Russ.).
12. Ayvazyan S. A., Enyukov I. S., Meshalkin L. D. Prikladnaya statistika: Issledovanie zavisimostey: Sprav. Izd [Applied statistics: Research of dependences]. Moscow, Finansy i statistika Publ., 1985, 487 p. (In Russ.).
13. Shal'nov M. A. Rak: u vas est' vremya [Cancer: you have time]. Ekaterinburg, U-Faktoriya Publ., 2009, 224 p.
14. Cherenkov V. G. Klinicheskaya onkologiya: ucheb. posobie dlya sistemy poslediplo. obrazovaniya vrachey [Clinical oncology: studies. a grant for system of postdegree education of doctors.]. Moscow, MK Publ., 2010, 434 p.
15. Khismatullina Z. N. [Features of stages of chemical, physical and virus carcinogenesis]. Vestn. KTU. 2013, Vol. 16, No. 7, P. 198-202 (In Russ.).
16. Rashitov L. Z., Gallyamov A. B. [Studying of influence of level of the contents of benzopyrene in atmospheric air on indicators of oncological incidence of the population of Kazan]. Fundamental'nye issledovaniya. 2010, No. 11, P. 109-111 (In Russ.).
17. Antonenkova H. N. Onkologiya [Oncology]. Ed. I. V. Zalutskogo. Minsk, Vysh. shk. Publ., 2007, 703 p.
18. Shabad L. M. O tsirkulyatsii kantserogenov v ok-ruzhayushchey srede [About circulation of carcinogens in environment]. Moscow, Meditsina Publ., 1973, 367 p.
19. Garelik P. V., Makshanov I. Ya., Uglyanitsa K. N. Opukholi. Obshchie voprosy onkologii [Tumors. General questions of oncology]. Grodno, 1999, 56 p.
20. Glushkov A. N. Osnovy kantserogeneza, prog-nozirovaniya, profilaktiki, immunodiagnostiki i bioterapii zlokachestvennykh opukholey: elektivnyy kurs lektsiy po onkologii dlya klinicheskikh ordinatorov, internov, vrachey [Bases of carcinogenesis, forecasting, prevention, immunodiagnostics and biotherapy of malignant tumors: an elective course of lectures on oncology for clinical interns, interns, doctors]. Kemerovo, KGMA Publ., 2002, 87 p.
21. Kosarev V. V., Babanov S. A. Professional'nye bolezni [Professional diseases]. Moscow, Vuzovskiy uchebnik: INFRA-M Publ., 2011, 252 p.
22. Larin S. A. Kompleksnoe vozdeystvie tekhno-gennogo zagryazneniya sredy obitaniya na razvitie on-kopatologii u naseleniya v regione s razvitoy ugledobyva-yushchey i uglepererabatyvayushchey promyshlennost'yu. Dis. dok. biol. nauk [Complex impact of technogenic pollution of habitat on development of an oncopathology in the population in the region with the developed coalmining industry. Dr. biol. sci. diss]. Tomsk, 2013, 41 p.
23. Bazarov A. V. Avtomatizirovannaya informat-sionnaya sistema monitoringa territorial'nogo raspre-deleniya obshchego soderzhaniya ozona po dannym vsemirnogo banka TOMS. Dis. dok. tehn. nauk [The automated information system of monitoring of territorial distribution of the general content of ozone according to the world bank TOMS. Kand. tech. sci. diss]. Barnaul, 2009, 25 p.
24. Shkuratova T. A. Analiz i modelirovanie onko-logicheskoy zabolevaemosti na osnove ustraneniya mul'tikollinearnosti i opredeleniya lagov. Dis. kand. med. nauk [The analysis and modeling of oncological incidence on the basis of elimination of a multicollinearity and definition of logs. Kand. med. sci. diss]. Voronezh, 2006, 46 p.
25. SanPiN 1.2.2353-08. Kantserogennye faktory i osnovnye trebovaniya k profilaktike kantserogennoy opasnosti. [Cancerogenic factors and main requirements to prevention of cancerigenic danger. Sanitary and epide-miologic rules and standards 1.2.2353-08] (In Russ.).
26. Raykhman Ya. G. Teoreticheskie osnovy profilak-tiki raka [Theoretical bases of prevention of a cancer]. Monografiya. Izrail', 2009, 350 p.
27. Zadov V. E., Shumbasov M. A., Tarskikh M. M., Kolesnikov S. I. [Kinetic theory malignant oncological and some genetic diseases]. Byulleten' VSNTs SO RAMN. 2013, No. 4(92), P. 119-124 (In Russ.).
28. Potylitsyna E., Taseiko O., Sugak E. Evaluation of carcinogenic risks of air pollution. Proceedings of the XVI International Academic Congress "History, Problems and Prospects of Development of Modern Civilization" (Japan, Tokyo, 25-27 April 2015). Tokyo University Press. 2015, P. 418-425 (In Russ.).
29. Belskaya E. N., Sugak E. V., Brazgovka O. V. [Forecasting of social-and-ecological risks of the population of the industrial region]. Natsionalnaya assotsiatsiya uchenyih, Ezhemesyachnyiy nauchnyiy zhurnal. 2015, No. 5(10), P. 128-132 (In Russ.).
30. Okladnikova E. N., Sugak E. V. [Environmental risks in the industry]. Tr. VI Vseross. konf. po finansovo-aktuarnoy matematike i smezhnyim voprosam "FAM-2007" [Proc VIth of the All-Russian conference on financial and actuarial mathematics and related issues of "FAM-2007"]. Ch. 2. Krasnoyarsk, Grotesk Publ., 2007, P. 90-98 (In Russ.).
31. Taseiko O. V., Potyilitsyina E. N., Sugak E. V. [Problems of using of environmental risks for rationing of air quality]. Reshetnevskie chteniya: Mat. XVIII Mezhd. Nauchnoy konferentsii [Proc. XVIIIth Int. Scientific conference "Reshetnev readings"]. V 3 ch. Ch. 2. Krasnoyarsk, SibSAU Publ., 2014, P. 357-359 (In Russ.).
32. Demin S. A., Zaripov R. R., Panishchev O. Yu., Yul'met'ev R. M. [Cross-correlations in live systems: Analysis of neuromagnetic signals of a cerebral cortex of the person]. Nauchno- tekhnicheskiy vestnik SP-b GU informatsionnykh tekhnologiy, mekhaniki i optiki. 2007, No. 37, P. 202-212 (In Russ.).
33. Scarano F., Riethmuller M. L. Iterative multigrid approach in PIV image processing with discrete offset. Exp. Fluids. 1999, Vol. 26, P. 513-523 (In Russ.).
34. Sugak E. V., Okladnikova E. N., Ermolaeva L. V. [Information technologies of social-ecological risk management]. Vestnik SibGAU, 2008 No. 4(21), P.87-91 (In Russ.).
35. Taseiko O. V., Potyilitsyina E. N., Sugak E. V. [Problems of an assessment of environmental risks from air pollution]. Nauka, obrazovanie, obschestvo: problemy i perspektivy razvitiya. Sb. Nauchn. Trudov po mat. Mezhd. nauchno-praktich. konf [Proc. of the International scientific and practical conference "Science, education, society: problems and prospects of development"]. Ch. 4.
Tambov, Biznes-Nauka-Obschestvo Publ., 2014, P. 145— 148 (In Russ.).
36. Belskaya E. N., Brazgovka O. V., Sugak E. V. [Method of calculation of environmental risks]. Sovre-mennyie problemy nauki i obrazovaniya. 2014, No. 6, P. 1-8. Available at: http://www.science-education.ru (accessed: 22.11.2012).
37. Potyilitsyina E. N., Taseiko O. V., Sugak E. V. [Methods of an assessment of influence of harmful factors of environment on health of the population]. Reshet-nevskie chteniya: Mat. XVIII Mezhd. nauchnoy konferent-sii [Proc. XVIIIth Int. Scientific conference "Reshetnev readings"]. V 3 ch. Ch. 2. Krasnoyarsk, SibSAU Publ., 2014, P. 353-355 (In Russ.).
38. Potyilitsyina E. N., Lipinskiy L. V., Sugak E. V. [Use of artificial neural networks for the solution of applied ecological tasks]. Sovremennyie problemy nauki i obrazovaniya. 2013, No. 4. P. 1-8. (In Russ.) Available at: http://www.science-education.ru/110-9779 (accessed: 22.12.2013).
39. Potyilitsyina E. N., Taseiko O. V., Sugak E. V. [Modern methods of an assessment of influence of harmful factors of environment on the population health]. Nauka, obrazovanie, obschestvo: problemy i perspektivy razvitiya. Sb. Nauchn. Trudov po mat. Mezhd. nauchno-praktich. konf [Proc. of the International scientific and practical conference "Science, education, society: problems and prospects of development"]. Ch. 4. Tambov, Biznes-Nauka-Obschestvo Publ., 2014, P. 125-129 (In Russ.).
40. Hritonenko D. I., Semenkin E. S., Sugak E. V. [Automatic generation of neural network models in a problem of forecasting of an incidence of the population]. XIV Natsionalnaya konferentsiya po iskusstvennomu in-tellektu s mezhdunarodnyim uchastiem (KII-2014). Trudy konferentsii [Proc. XIV National conference on artificial intelligence with the international participation (KII-2014)]. Kazan, Shkola Publ., 2014, P. 276-285 (In Russ.).
41. Hritonenko D. I., Semenkin E. S., Potyilitsyina E. N. [Design of collectives of neural network predictors of ecological conditions of the city the self-configured evolutionary algorithms]. Informatsionno-telekommunikat-sionnyie sistemy i tehnologii (ITSiT-2014): Mat. Vseross. nauchno-praktich. konf. [Proc. All-Russian scientific and practical conference 'Information and telecommunication systems and technologies (ITSIT-2014)':]. Kemerovo, KemGU Publ., 2014, P. 438-439 (In Russ.).
42. Hritonenko D. I., Semenkin E. S., Potyilitsyina E. N. [Solution of a problem of forecasting of an ecological condition of the city neuroevolutionary algorithms]. Vest-nikSibGAU, Vol. 16, No. 1, P. 137-142 (In Russ.).
43. Nidyulin V. A. Kompleksnaya otsenka raspros-tranennosti zlokachestvennykh novoobrazovaniy v Kal-mykii. Dis. dokt. med. nauk. [Comprehensive assessment of the prevalence of malignant neoplasms in Kalmykia: Author. on competition uch. MD degree]. Moscow, 2007, 53 p. (In Russ.).
44. Taseiko O. V., Sugak E. V. [Representativeness of points of supervision at an assessment of quality of air in an urban environment]. Sovremennyie problemy nauki i obrazovaniya. 2014, No. 6, P. 1-11. (In Russ.). Available at: http://www.science-education.ru/120-15560. ISSN 2070-7428 (accessed 10.05.2015).
45. Vernigorova V. N., Makridin N. I., Sokolova Yu. A. Khimiya zagryaznyayushchikh veshchestv i ekologiya: monografiya. [Chemistry of the polluting substances and ecology: monograph]. Moscow, Paleotip Publ., 2005, 240 p. (In Russ.).
46. Ethylbenzene. (In Russ.). Available at: http:// monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol77/mono77-10.pdf (accessed 17.05.2015).
47. Svodnye toma predel'no dopustimykh vybrosov dlya gorodov Krasnoyarskogo kraya, 2012 god. [Summary volume of maximum permissible emissions for the cities of Krasnoyarsk Territory, 2012]. (In Russ.) Available at: http://www.krasecology.ru/About/PDV (accessed: 15.05.2015).
48. Vrednye veshchestva v promyshlennosti. Spra-vochnik dlya khimikov, inzhenerov i vrachey [Harmful substances in the industry. The reference book for chemists, engineers and doctors]. Izd. 7-e, per. i dop. V trekh tomakh. Tom I. Organicheskie veshchestva. Pod red. N. V. Lazareva, E. N. Levinoy. L: "Khimiya", 1976, 592 p. (In Russ.).
49. Mun S. A. [et al.]. [Benz(o)pyrene in air and oncological incidence to Kemerovo]. Gigiena i sanitariya. 2006, № 4, p. 28-30 (In Russ.).
50. Revich B. A., Avaliani S. L., Tikhonova G. I. Ekologicheskaya epidemiologiya [Ecological epidemiology]. Moscow, Akademiya Publ., 2004, 327 p. (In Russ.).
51. Smola V. I. PAU v okruzhayushchey srede: problemy i resheniya [MAH in environment: problems and decisions]. V 2-kh ch. Ch. 1. Moscow, Poligraf servis Publ., 2013, 384 p. (In Russ.).
52. Bingam F. T., Kosta M., Eykhenberger E. Neko-torye voprosy toksichnosti ionov metallov [Some questions of toxicity of ions of metals]. Per.s angl. Pod red. Kh. Zigelya, A. Zigel'. Moscow, Mir Publ., 1993, 368 p. (In Russ.).
53. R 2.1.10.1920-04. Rukovodstvo po otsenke riska dlya zdorov'ya naseleniya pri vozdeystvii khimicheskikh veshchestv, zagryaznyayushchikh okruzhayushchuyu sredu [The guide to a risk assessment for health of the population at influence of the chemicals polluting environment].
54. Sugak E. V., Brazgovka O. V., Belskaya E. N., [Man-caused social and environmental risks of the population of the industrial region]. Recent research directions beginning of the XXI century. Collection of research papers. Rostov-on-Don: Publishing House of the International Research Center "Scientific cooperation". 2015. P. 13-24 (In Russ.).
© Потылицына E. Н., Тасейко О. В., Сугак E. В. 2015
УДК 539.12.04
Вестник СибГАУ Т. 16, № 4. С. 969-974
ГЕТЕРОГЕННЫЙ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
С. В. Телегин, В. Н. Саунин, О. Н. Драганюк, M. Н. Драганюк
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика M. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрено моделирование элементного состава слоев и свойств гетерогенных (многослойных) защитных экранов бортовой аппаратуры космических аппаратов при воздействии излучений естественных радиационных поясов Земли, которые приводят к сбоям в полупроводниковых элементах электронной аппаратуры и выходу из строя космического аппарата в целом. Рассмотрены 4 различные конструкции экрана и проведен сравнительный анализ с основным радиационно-защитным материалом для космических аппаратов - алюминием. Для экранов были выбраны материалы, обладающие высокими сечениями реакций и невысокой плотностью среди легких и тяжелых химических элементов. Массовые коэффициенты ослабления боросодержащих веществ на 20 % больше, чем у алюминия. Гетерогенные экраны состоят из трех слоев: стеклоткань, боросо-держащий материал, никель. Использование в защитном экране тяжелого метала позволяет добиться уменьшения тормозного излучения на выходе. Количество прошедших через такой экран гамма-квантов в 4 раза меньше, чем в алюминии. Толщины рассматриваемых экранов - 5,95 и 6,2 мм. Проведен сравнительный анализ однородных и многослойных защитных композиций с одинаковым химическим составом. Выявлены преимущества гетерогенного защитного экрана над однородными аналогами и алюминием по массе и экранирующим свойствам. Расчеты дозовых характеристик и пропускающей способности проводились методом Монте-Карло. Наиболее эффективным радиационно-защитным экраном по результатам работы является трехслойная композиция с использованием карбида бора. Поглощенная доза такого экрана в 2 раза меньше, чем у алюминиевого аналога; число прошедших за экран гамма-квантов меньше в 4 раза. Также гетерогенный экран будет иметь массу на 10 % меньше, чем алюминиевый, при одинаковом коэффициенте ослабления потока электронов. Такие гетерогенные экраны могут использоваться для защиты космических аппаратов, выводимых на геостационарную орбиту. Причем возможно нанесение защитных покрытий из боросодержащего материала и никеля на уже изготовленные корпуса космических аппаратов.
Ключевые слова: радиационная защита, композиционный материал, моделирование, поток электронов, экранирующая способность.
Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 4, P. 969-974
THE HETEROGENEOUS RADIATION SHIELD FOR SPACECRAFTS
S. V. Telegin, V. N. Saunin, O. N. Draganyuk, M. N. Draganyuk
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper deals with modeling of elemental composition and properties of heterogeneous layers in multilayered shields to protect spacecraft onboard equipment from radiation emitted by the natural Earth's radiation belt. This radiation causes malfunctioning of semiconductor elements in electronic equipment and may result in a failure of the spacecraft as a whole. We consider four different shield designs and compare them to the most conventional radiation-protective material for spacecraft - aluminum. Out of light and heavy chemical elements we chose the materials with high reaction cross sections and low density. The mass attenuation coefficient of boron-containing compounds is 20 % higher than that of aluminum. Heterogeneous shields consist of three layers: a glass cloth, borated material and nickel. With a protective shield containing heavy metal the output bremsstrahlung can be reduced. The amount of gamma rays that succeed to penetrate the shield is 4 times less compared to aluminum. The shields under study have the thicknesses of 5.95 and 6.2 mm. A comparative analysis of homogeneous and multilayered protective coatings of the same chemical composition has been performed. A heterogeneous protective shield has been found to be advantageous in weight and shielding properties over its homogeneous counterparts and aluminum. The dose characteristics and transmittance were calculated by the Monte Carlo method. The results of our study lead us to conclude that a three-layer boron
