Распределение твёрдых частиц микроразмерного диапазона в дыхательных путях человека: натурный эксперимент

Введение. Загрязнение атмосферного воздуха как значимая проблема современности обусловливает необходимость разработки основанных на эволюционных математических моделях методов оценки и прогнозирования развития патологических состояний. Адаптация теоретической модели к практическому использованию требует проведения процедуры идентификации и верификации в реальных условиях загрязнения вдыхаемого воздуха пылевыми частицами различного состава.

Цель работы — исследование закономерностей распределения пылевых частиц атмосферного воздуха разного дисперсного, компонентного и морфологического состава в воздухоносных путях человека в условиях натурного эксперимента.

Материалы и методы. Проведена серия исследований в трёх зонах, различающихся по уровню и структуре загрязнений атмосферного воздуха. Дисперсный, компонентный и морфологический состав частиц, присутствующих в атмосферном (вдыхаемом) воздухе, осевших в различных участках дыхательных путей человека, в выдыхаемом воздухе и регистрируемых в крови обследованных, исследован с использованием электронной микроскопии смывов, мазков, биосубстратов.

Результаты. Качество атмосферного воздуха в первой и второй зонах не соответствовало гигиеническим нормативам по содержанию взвешенных веществ, частиц РМ₁₀ и РМ_2,5, соединений металлов (до 3,29 ПДКмр, 3,2 ПДКсс, 2,91 ПДКсг) и формировало повышенные коэффициенты опасности марганца, меди, никеля и их соединений, фторидов неорганических, взвешенных веществ (до 5,48 HQас, 3,42 HQch), индексы опасности для органов дыхания и других систем (до 5,48 HIac, 8,59 HIch). Оседание мелких частиц (PM_2,5 и менее) на различных участках дыхательного тракта неравномерно, они способны проникать в нижние воздухоносные пути и лёгкие человека. В верхних воздухоносных путях более 65% частиц имеют диаметр более 10 мкм. В мокроте нижних дыхательных путей доля частиц PM_2,5 составила более 60%, из них РМ_1,5 — до 46,7%. В биосубстратах крови преимущественно регистрировались частицы размером менее 1,5 мкм (90,5%), из них до 88,1% частиц имели сферичность 0,9–1.

Ограничения исследования: ограниченная степень точности локализации исследуемых участков дыхательной системы.

Заключение. Общие закономерности оседания пылевых частиц определяются в основном их размерами и морфологией. Компонентный состав не оказывает значимого влияния на закономерности оседания в различных отделах дыхательной системы, но может существенно корректировать виды формируемых патологических состояний организма. Регистрация высокой доли твёрдых частиц PM_1,5 во вдыхаемом воздухе, в нижних дыхательных путях и крови требует рассмотрения вопроса о гигиеническом нормировании содержания взвешенных частиц PM_1,5 и менее в атмосферном воздухе населённых мест. Результаты исследования предполагается использовать при численном моделировании процессов накопления функциональных нарушений дыхательной системы, прогнозировании на основе эволюционных математических моделей развития патологических состояний.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора (протокол заседания № 2 от 11.02.2021 г.), проведено согласно общепринятым научным принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (ред. 2013 г.).

Участие авторов:
Зайцева Н.В. — концепция исследования, организация и проведение натурного эксперимента, редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи;
Кирьянов Д.А. – концепция и дизайн исследования, написание текста;
Клейн С.В. — выполнение гигиенической оценки, выбор точек проведения эксперимента, написание текста;
Цинкер М.Ю. — дизайн исследования, обработка и описание результатов эксперимента, написание текста;
Андришунас А.М. — выполнение гигиенической оценки, описание результатов, написание текста.
Все соавторы — ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Обработка результатов эксперимента выполнена при поддержке государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект FSNM-2023-0003).

Поступила: 09.03.2023 / Принята к печати: 31.05.2023 / Опубликована: 20.06.2023