Вклад загрязнения воздуха в преждевременную смертность в мире

Print PDF

Дж. Леливельд, Дж. С. Эванс, М. Фнейс, Д. Гианнадаки, А. Поззер

 

Аннотация

Данная статья, опубликованная в журнале Nature за 17 сентября 2015 (V.525), рассматривает преждевременную смертность от заболеваний, вызываемых загрязнением воздуха, основные категории загрязнителей, связанных с этой смертностью, ее географическое распределение и возможную динамику изменения вплоть до 2050 года.

 

Оценка глобального уровня заболеваемости основана на групповых исследованиях, связывающих преждевременную смертность с широким спектром причин [1-5], включая долговременные последствия воздействия озона и тонкодисперсных частиц диаметром менее 2.5 микрометров (ТДЧ-2,5) [3-9] на человеческое здоровье. Точное выявление преждевременной смертности, связанной с загрязнением воздуха, оказалось весьма затруднительным, особенно в регионах, где отсутствуют наблюдения за качеством воздуха, но также из-за того, что токсичность частиц из различных источников может разниться [10]. Данная работа использует глобальную модель атмосферной химии, чтобы исследовать связь преждевременной смертности и семи категорий источников загрязнений в городской и сельской среде. Соответственно показателю глобального уровня заболеваемости за 2010 год [реф. 5] загрязнения в открытом воздухе, как правило ТДЧ-2,5, являются причиной 3,3 (с 95% интервалом доверия 1,61-4,81) миллионов преждевременных смертей в год во всем мире, большая часть которых приходится на Азию. Данная работа допускает, что все частицы одинаково токсичны [5], но авторы также включили в нее исследование чувствительности, которое учитывает разную степень токсичности раздражителей. Наибольший эффект на преждевременную смертность в глобальном масштабе оказывают выбросы домашних хозяйств, например от обогрева жилищ или приготовления пищи, в Индии и Китае, особенно если допустить, что углеродсодержащие частицы являются наиболее токсичными. В то время как на большей части территории США и в некоторых других странах выбросы автотранспорта и электростанций играют наибольшую роль, в восточной части США, в Европе, России и Восточной Азии наибольший относительный вклад в ТДЧ-2,5 вносят выбросы сельского хозяйства, оценка воздействия которых на здоровье зависит от допущений касательно токсичности частиц. Экстраполяция на модели, основанной на сценарии “бизнес как всегда”, показывает, что вклад загрязнения открытого воздуха в преждевременную смертность может удвоиться к 2050 году.

Загрязнение воздуха связывают со многими проблемами здоровья, включая хронические обструктивные заболевания легких (ХОБЛ), которые связаны с повышением уровня озона в атмосфере, острые респираторные заболевания нижних дыхательных путей (ОРЗ), цереброваскулярные заболевания (ЦВЗ), ишемическая болезнь сердца (ИБС), и рак легких (РЛ), имеющими отношения к ТДЧ-2,5 [реф. 8]. Множество предыдущих исследований основывались на измерениях качества воздуха, как правило сосредоточенных на загрязнении городского воздуха [3,4,11-14]. Атмосферная химия и модели транспортировки использовались для учета прочих сред, включая те, для которых данные измерений недоступны [15-22].

Недавно для улучшения оценок концентрации ТДЧ-2,5 и озона и их воздействия на качество воздуха начали применяться региональные и глобальные модели повышенного разрешения, основанные на наблюдениях со спутников [19-24]. В настоящей работе предоставлены результаты, полученные при помощи модели общей циркуляции атмосферной химии, примененной в высоком разрешении для вычисления изменений в глобальном качестве воздуха, вместе с демографическими данными, статистикой здравоохранения по странам и функциями реакции на загрязнение (см. Методы). Наши расчеты смертности, связанной с загрязнением воздуха, основаны на методе подсчета глобального уровня заболеваемости (ГУЗ) за 2010 год (реф. 5) с применением улучшенных функций реакции на загрязнения, которые более реалистично учитывают воздействие очень высоких концентраций ГДЧ-2,5 на здоровье по сравнению с предыдущими расчетами[8]. Это имеет особенное значение для тех регионов мира, где загрязнение увеличивалось практически беспрерывно и для моделирования сценариев будущего, которые экстраполируют рост выбросов. Согласно ГУЗ [5] мы включили пустынную пыль (которая имеет в основном естественное происхождение) в ТДЧ-2,5, то есть, строго говоря, мы оцениваем воздействие состава атмосферы в целом.

Рекомендации ВОЗ касательно качества возраста и регуляционная политика государств основаны на функциях реакции на загрязнения, которые основаны на массовой концентрации ГДЧ-2,5 и принимают все тонкодисперсные частицы за одинаково токсичные вне зависимости от их источника и химического состава. Однако, сбор мнений специалистов показал, что углеродсодержащие частицы считаются более токсичными, чем породы земной коры, нитраты и сульфаты [10]. Недавнее исследование [25] показывает, что ТДЧ-2,5 от сжигания угля ведет к повышению риска смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и рака легких, но сведения касательно других источников гораздо менее убедительны, в то время как расчеты, считающие исключительно неспецифицированную массу ТДЧ-2,5 могут недооценивать общий вклад ТДЧ-2,5 в смертность. Более того, это исследование не обнаружило свидетельств смертности от частиц, образовавшихся в результате сжигания биомассы, или от частиц почвы в пыли[25]. Однако, этот и последующий доклады  Института медицинских последствий США (Health Effects Institute) отмечают, что данные источники и компоненты загрязнения могли быть измерены точно и единообразно лишь в ограниченном числе городов [26,27]. Хотя свидетельства различной токсичности далеки от неопровержимых, мы на всякий случай прилагаем вторичный анализ, который допускает, что углеродсодержащие ТДЧ-2,5 в пять раз токсичнее аналогичных неорганических частиц, тем не менее сохраняя тот же общий эффект ТДЧ-2,5 на здоровье.

Мы рассчитали преждевременную смертность, связанную с ЦВЗ, ХОБЛ, ИБС и раком легких, у взрослых 30 лет и старше и детей 5 лет и младше (таблица 1 и таблицы в приложении 1 и 2). Наша оценка глобальной смертности, связанной с ТДЧ-2,5, в 2010 году составила 3,15 миллиона человек, с 95-процентным интервалом доверия в 1,52-5,6 миллионов. Основными причинами смерти оказались ЦВЗ (1,31 миллиона) и ИБС (1,08 миллиона), второстепенными — ХОБЛ (374 тысяч), ОРЗ (230 тысяч) и рак легких (161 тысяча). Наша глобальная оценка смертности от ХОБЛ, связанной с озоном, составила 142 тысячи человек (95% интервал доверия в 90-208 тыс.). Наша общая оценка в 3,3 миллиона человек в 2010 году приблизительно совпадает с ГУЗ[5]. Эта цифра не включает дополнительные 3,54 миллиона смертей в год, вызываемые загрязнением воздуха в помещениях, вызванным использованием твердого топлива для обогрева и приготовления пищи[5]. Рис. 1 показывает географическое распределение в целом и расположение “горячих точек” в Китае, Индии и многих крупных городских агломерациях.

 

С учетом того, что население мира в 2010 году составило 6,8 миллиардов человек, можно вывести, что среднее значение подушной смертности, связанной с загрязнением воздуха, равно примерно 5 на 10000 человеко-лет. Из этих 5 человек на 10000 во всем мире примерно 2 умирают от ЦВЗ, 1,6 от ИБС, 0,8 от ХОБЛ, 0,35 от ОРЗ и 0,25 от рака легких. Наиболее высокая смертность на душу населения обнаруживается в Западно-тихоокеанском регионе, за которым следуют Восточное Средиземноморье и Юго-восточная Азия. Сочетание высокой подушной смертности с большой плотностью населения объясняет тот факт, что в Западно-тихоокеанском регионе наблюдается наибольшее (с большим отрывом) число смертей, большая часть которых приходится на Китай (1,36 миллиона в год). Стоит отметить, что смертность от загрязнения воздуха в Китае примерно на порядок выше, чем таковая от ДТП и ВИЧ/СПИД, и является одной из самых распространенных причин смерти[28]. Юго-восточная Азия занимает второе место, и главный вклад в ней вносит Индия (0,65 миллиона в год). Эти высокие показатели в Азии сильно влияют на мировую статистику смертности от загрязнения воздуха.

Мы определили степень воздействия семи категорий источников, вычитая их по одному из выбросов, внесенных в нашу модель. Эти вычисления чувствительности показывают эффективность попыток контролировать источники по отдельности.  15 стран с наиболее высокой преждевременной смертностью от загрязнения воздуха в 2010 году перечислены в табл. 2 вместе с долей каждой категории источников. В глобальном масштабе выработка энергии домохозяйствами и предприятиями (ВЭДП) занимает первое место, почти треть, и почти в два раза больше, если учитывать альтернативное мнение о разнице в токсичности. Необходимо учитывать, что это касается лишь загрязнения открытого воздуха. Наша оценка в 1 миллион смертей в год от выбросов ВЭДП не входит в 3,54 миллиона смертей в год от загрязнения воздуха в помещениях из того же самого источника [5].

Следующей крупнейшей антропогенной категорией источников является сельское хозяйство (AGR), которое вносит одну пятую, однако, при допущении разной токсичности частиц, его вклад сильно сокращается. Остальные основные антропогенные категории источников составляют, по порядку, производство электроэнергии (PG), промышленность (IND), сжигание биомассы (BB) и наземный транспорт (TRA), которые все вместе ответственны за почти треть всей смертности от загрязнения воздуха. Если углеродсодержащие частицы все-таки являются в пять раз более токсичными, чем сульфаты и нитраты, то все эти источники вместе отвечают за четверть всей смертности. Естественные источники составляют оставшуюся ⅙ смертности. Однако, если породы земной коры являются менее токсичными,чем углеродсодержащие ТДЧ-2,5, их доля весьма значительно падает. Наиболее важные категории источников для каждого региона на 2010 год показаны в рис. 2.

 

ВЭДП (RCO) преобладает в густонаселенной части Азии. Оно включает в себя маленькие источники сгорания, особенно использование биотоплива для обогрева и приготовления пищи, а также сжигание мусора и выхлоп дизельных генераторов. В Китае на его долю приходится примерно 32%, в Индии, Бангладеш, Индонезии и Вьетнаме — 50-60%, в то время как в Непале почти 70%. В западных странах оно составляет обычно 5-10%, хотя во Франции и Польше — около 15%. Вклад этого источника загрязнений в смертность сильно зависит от допущений касательно токсичности и очень большой неопределенности, связанной с ИБС. Из-за сравнительно высокой доли углеродсодержащих ТДС-2,5 по нашим альтернативным подсчетам, согласно которым эти аэрозоли в пять раз токсичнее, мировая доля ВЭДП повышается с 31 до 59 процентов. Если же, наоборот, мы допустим, что ВЭДП не имеет отношения к смертности от ИБС, его доля снижается с 31 до 26 процентов (см. Методы).

Сельское хозяйство (AGR) вносит примечательно высокую долю ТДЧ-2,5 и является ведущей категорией источников в Европе, в России, Турции, Корее, Японии и восточной части США (рис. 2). Во многих европейских странах его доля составляет 40% или выше. Сельскохозяйственные выбросы аммиака из удобрений и от домашних животных воздействуют на качество воздуха несколькими многоэтапными химическими путями, формируя сульфат аммиак и нитраты. Поскольку доступность аммиака часто является лимитирующим фактором для формирования ТДЧ-2,5, уменьшение его выбросов может внести существенный вклад в улучшение качества воздуха[29]. Поскольку сельскохозяйственные выбросы обычно формируют неорганические ТДЧ-2,5, их вклад в смертность уменьшается, если допустить, что углеродсодержащие ТДЧ-2,5 в пять раз токсичнее неорганических.

Естественные источники (NAT) вносят большой вклад в смертность, доминируя в Северной Африке и на Ближнем Востоке, а также будучи ведущей категорией источников в Центральной Азии (табл. 2 и рис. 2). Хотя пустынная пыль и считается естественной, часть ее является по факту антропогенной из-за роли человеческой деятельности в опустынивании и воздействия сельского хозяйства[30]. Долговременное воздействие на здоровье и смертность, связанное с пылью, гораздо более сомнительно чем таковое вызванное типичным загрязнением воздуха в промышленно развитых странах, где проводилась большая часть эпидемиологических групповых исследований. Если все частицы одинаково токсичны, естественные источники отвечают примерно за одну шестую всей смертности от загрязнения воздуха. Если углеродсодержащие частицы в пять раз токсичнее пород земной коры, то естественные источники оказываются ответственными лишь за одну десятую всей смертности от загрязнения воздуха.

Производство электроэнергии (PG) электростанциями на ископаемом топливе является третьей крупнейшей антропогенной категорией источников, будучи крупным источником SO2 и NOx, которые превращаются в сульфаты и нитраты в атмосфере. На его счет приходится примерно одна седьмая доля ТДЧ-2,5 и озона, воздействию которых подвергается население. Выбросы электростанций занимают крупную нишу в США (30%) и России, Корее и Турции (примерно 20%). Выбросы электростанций имеют особенно большое значение для Ближнего Востока, но там они часто остаются незамеченными, поскольку их маскирует пустынная пыль. Роль этого источника сильно зависит от наших предположений о токсичности ТДЧ-2,5, и уменьшается в два раза если сульфаты и нитраты окажутся в пять раз менее токсичны, чем углеродсодержащие ТДЧ-2,5.

Промышленность (IND) стоит в ряду меньших категорий источников, с глобальной долей около 7% (табл. 2), однако же в западных странах на ее счет можно отнести более чем в два раза больше. Она включает металлургию, химическую, бумажную, пищевую и прочие отрасли, нефтепереработку и производство топлива. Этот источник загрязнения воздуха обычно значим в промышленно развитых странах и развивающихся экономиках, но редко является ведущей причиной преждевременной смертности. В случае дифференциальной оценки токсичности его вклад в смертность будет уменьшен более чем в два раза.

Наши расчеты показывают, что выбросы наземного транспорта ответственны примерно за одну пятую смертности от присутствия ТДЧ-2,5 и озона в воздухе в Германии, Великобритании и США, в то время как в целом в мире на их долю приходится 5%. Поскольку выбросы NOx являются основным источником ТДЧ-2,5 транспортного происхождения в виде нитратов, вместе с углеродсодержащими ТДЧ-2,5, результаты нашего альтернативного подсчета также показывают 5% вклад в мировую смертность. Следует учитывать, что это скорее всего является нижней границей оценки, поскольку транспорт также выбрасывает другие загрязнители, которые не включены и не влияют на ТДЧ-2,5 (реф. 31) (см. Методы).

Сгорание биомассы (BB) также является довольно небольшой категорией источников с глобальным вкладом около 5%. Однако же, его ареал обширен, к примеру в Южной Америке и Африке. Оно является основным источником загрязнения воздуха на территории большей части Канады, в Сибири, в Африке, Южной Америке и Австралии. Поскольку во многих частях этих стран среднее годовое значение ТДЧ-2,5 находится ниже реактивного порога концентрации (см. Методы), эти территории на рис. 2 показаны белым цветом. Сожжение биомассы также распространено в Юго-восточной Азии, хотя в населенных частях Вьетнама и Индонезии (например, на о. Ява) ВЭДП крупнее и потому является ведущей категорией (таблица 2). В южном полушарии сгорание биомассы является ведущим источником ТДЧ-2,5, с некоторыми исключениями. В Бразилии на его долю приходится около 70%, а во многих африканских странах еще выше, например, более 90% в Анголе.  Нужно учитывать, что воздействие сожжения биомассы на здоровье людей изучено плохо, особенно его вклад в смертность от ИБС, из-за недостатка эпидемиологических групповых исследований в регионах, где этот источник загрязнения является основным (см. Методы). Наши расчеты указывают на то, что он ответственен за 5% (допуская одинаковую токсичность частиц) или 8% (допуская дифференциацию токсичности частиц) смертности от загрязнения воздуха.

Чтобы понять, как смертность от загрязнения воздуха может изменяться в последующие десятилетия, мы применили модель выбросов по сценарию “бизнес как всегда” на 2025 и 2050 годы, допуская, что за этот период вступят в силу только те законопроекты, воздействующие на выбросы загрязнений, которые уже одобрены сейчас[32]. Таким образом, стандарты качества воздуха и объемов выбросов зафиксированы. Результаты для 2050 года приведены здесь, а для 2025 года — в приложении в рис. 2 и таблицах 4 и 5. По сценарию “бизнес как всегда” преждевременная смертность от загрязнения воздуха испытает средний или значительный рост в Европе и обеих Америках, особенно в урбанизированных регионах. Большой рост прогнозируется в Юго-восточной Азии и Западно-тихоокеанском регионе, из-за чего глобально преждевременная смертность от загрязнения воздуха вырастет до 6,6 миллионов человек (95-процентный интервал доверия в 3,4-9,3 миллионов) т.е. вырастет на 100% к 2050 году (таблица 1). На это накладывается незначительное увеличение числа детей до 5 лет включительно и существенное увеличение (на 68%) людей старше 30 включительно, что предполагает старение населения. В целом по миру подушная смертность согласно данному прогнозу вырастет с 5 на 10000 человеко-лет в 2010 до около 7 на 10000 человеко-лет в 2050. Основная часть смертности от загрязнения воздуха по прежнему будет приходиться на Азию с долей около 75%.

Ожидается, что городское население мира будет расти относительно быстро и увеличится с 3,6 миллиардов человек в 2010 до 5,2 миллиардов в 2050, что в сочетании с увеличением загрязнения воздуха приведет к усугублению воздействия последнего на здоровье людей. Наша оценка преждевременной смертности от загрязнения воздуха в городах в 2010 году составила 2 миллиона человек, и к 2050 году она вырастет до 4,3 миллионов, т.е. с 60% от мировой до 65% в 2050 году.  Частично этот рост вызван ростом городского населения, но, согласно использованному прогнозу, уровни загрязнения воздуха в городах также будут расти. Это очевидно из того, что в 2010 году по нашим данным подушная смертность от загрязнения воздуха примерно на 50% выше в городской среде, нежели в сельской. По сценарию “бизнес как всегда” ожидается, что эта разница вырастет до 90% к 2050 году. В последнее время особое внимание уделялось быстро растущим мегаполисам (см. Методы). По нашим подсчетам, 17 мегаполисов и городских агломераций в Азии занимают место в первой тридцатке по преждевременной смертности от загрязнения воздуха во всем мире. С точки зрения индивидуального риска ведущими городами в этом смысле оказываются Пекин и Тяньцзинь (таблица 6 в приложении). Хотя подушная смертность от загрязнения воздуха в китайских мегаполисах уже крайне велика, к 2050 году по сценарию “бизнес как всегда” она там станет еще выше, и к ним добавятся мегаполисы Индии.

Вместе преждевременная смертность в 30 крупнейших агломерациях мира составляет около 7% мировой смертности от загрязнения воздуха, что говорит о большом значении всех урбанизированных регионов. Результаты нашего исследования говорят о том, что дабы избежать прогнозируемого роста смертности от загрязнения воздуха, необходимо будет ввести интенсивные меры контроля качества воздуха, особенно в Южной и Восточной Азии. Неопределенность касательно относительной токсичности разных частиц, таких, как сульфаты, нитраты, органические частицы, породы земной коры, черный уголь и особенно дым от сожжения биомассы, ограничивают возможности по недвусмысленному определению источников. Несмотря на это, наше исследование показывает, что выбросы от ВЭДП должны приниматься в учет при разработке стратегий по борьбе с загрязнением воздуха, а также то, что если все частицы окажутся одинаково токсичными, сокращение выбросов сельского хозяйства поможет резко улучшить качество воздуха. Увеличение эффективности контроля за загрязнением воздуха в целом требует лучшего понимания относительной токсичности частиц из разных источников.

Оригинал, включающий источники и методы