ISSN 1505-7054 2014 Vol. 17 No. 1 www.medycynasrodowiskowa.pl W numerze: Aerozole atmosferyczne Nowotwory ORL w środowisku Skażenie powietrza kadmem Wapń w nasieniu ludzkim Narażenie na infradźwięki Opalanie się w solarium Obawy związane z macierzyństwem Ksenobiotyki w dymie tytoniowym Nitrowe pochodne WWA Zaniedbanie wobec dzieci Content: Atmospheric aerosols Neoplasma ORL in environment Atmospheric Cd pollution Calcium in human sperma Infrasound hazard Tanning in solarium Doubts about childbearing Xenobiotics in tobacco smoke Environmental Nitric PAH Negligence towards children
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine Czasopismo Journal Instytutu Medycyny Pracy of Institute of Occupational Medicine i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu and Environmental Health in Sosnowiec oraz Polskiego Towarzystwa and Polish Society Medycyny Środowiskowej of Environmental Medicine Ukazuje się cztery razy w roku It is published four times a year ZESPÓŁ REDAKCYJNY / EDITORIAL STAFF Redaktor Naczelny / Editor-in-Chief Zastępcy Redaktora Naczelnego / Deputy Editors Redaktor Tematyczny / Feature Editor Sekretarz Redakcji / Co-editor Redaktor Statystyczny / Statistical Editor Redaktor Językowy / Lingual Editor Sekretariat / Editorial Office Webmaster RADA PROGRAMOWA / EDITORIAL BOARD Przewodniczący Rady Programowej / Chairperson Członkowie z Polski / Polish Editorial Board Prof. dr hab. n. hum. Irena Adamek, Kraków Dr n. med. Edmund Anczyk, Sosnowiec Dr n. med. Piotr Z. Brewczyński, Sosnowiec Dr n. med. Zdzisław Brzeski, Lublin Prof. dr hab. n. med. Marian Dróżdż, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Jerzy Filikowski, Gdynia Dr hab. n. med. prof. nadzw. Rafał Górny, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Jan Grzesik, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Janusz Hałuszka, Kraków Prof. dr hab. n. med. Wojciech Hanke, Łódź Prof. dr hab. Zofia Ignasiak, Wrocław Prof. dr hab. n. med. Marek Jakubowski, Łódź Prof. dr hab. n. med. Gerard Jonderko, Katowice Prof. dr hab. n. med. Marcin Kamiński, Katowice Prof. dr hab. n. med. Emilia Kolarzyk, Kraków Prof. dr hab. inż. Roman Knapek, Pszczyna Prof. dr hab. n. med. Aleksandra Kochańska-Dziurowicz, Katowice Prof. dr hab. n. przyr. Jerzy Kwapuliński, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Henryka Langauer-Lewowicka, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski Prof. dr hab. n. med. Jan Grzesik Prof. dr hab. n. med. Janusz Hałuszka lek. med. Maja Muszyńska-Graca mgr Karina Erenkfeit dr n. biol. Krzysztof Pawlicki Maria Berezowska Liwia Dudzińska mgr Mariusz Migała Prof. dr hab. n. med. Gerard Jonderko Dr n. med. Danuta O. Lis, Sosnowiec Prof. dr hab. n. farm. Jan Ludwicki, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Kazimierz Marek, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Jacek Musiał, Kraków Prof. dr hab. n. med. Zofia Olszowy, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Janusz Pach, Kraków Dr hab. n. med. prof. nadzw. Krystyna Pawlas, Wrocław Dr n. med. Natalia Pawlas, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Władysław Pierzchała, Katowice Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Bolesław Samoliński, Warszawa Prof. dr hab. n. med. Andrzej Sobczak, Katowice Prof. dr hab. n. med. Jerzy A. Sokal, Sosnowiec Prof. dr hab. n. med. Neonila Szeszenia-Dąbrowska, Łódź Prof. dr hab. n. hum. Beata Tobiasz-Adamczyk, Kraków Prof. dr hab. n. med. Barbara Zahorska-Markiewicz, Katowice Prof. dr hab. n. med. Jan E. Zejda, Katowice Prof. dr hab. n. med. Brunon Zemła, Gliwice Dr hab. n. med. Renata Złotkowska, Katowice Prof. dr hab. inż. Jerzy Zwoździak, Wrocław Członkowie Zagraniczni / International Editorial Board Alena Bartonova, PhD, Oslo, Norway Prof. David Bellinger, PhD, Boston, USA Stephan Boese O Reilly, MD, MPH, PhD, Munich,Germany Karin Broberg Palmgren, MSc, PhD, Lund, Sweden Prof. Dmitri Chvoryk, MD, PhD, Grodno, Belarus Eva Csobod, MD, PhD, Szentendre, Hungary Miroslav Dostal, MD, Praha, Czech Republic Prof. Gyula Dura, MD, PhD, Budapest, Hungary Ruth Etzel, MD, PhD, WHO Geneva, Switzerland Donato Greco, MD, Rome, Italy Prof. Helmut Greim, MD, PhD, Munich, Germany Prof. Philippe Hartemann, MD, PhD, Nancy, France Peter van den Hazel, MD, Arnhem, Netherlands Prof. Diane E. Heck, MD, PhD, New York, USA Dorota Jarosińska, MD, PhD, EEA, Copenhagen, Denmark Prof. Ludmiła Klimackaja, MD, PhD, Krasnoyarsk, Russia Hannu Komulainen, MD, Kuopio, Finland Jan Koval, MD, Presov, Slovakia Prof. Jean Krutmann, MD, PhD, Düsseldorf, Germany Ruzena Kubinova, MD, Praha, Czech Republic Won Jin Lee, MD, MPH, PhD, Seoul, Republic of Korea Prof. Robert Malina, Dr h.c.m., PhD, Bay City, USA Dainius Martuzevicius, PhD, Kaunas, Lithuania Mark D. Miller, MD, MPH, Oackland, USA Hans Moshammer, MD, PhD, Wien, Austria Prof. Karl Ernst von Muehlendahl, MD, PhD, Osnabrück, Germany Prof. Yuriy Nechytaylo MD, PhD Tchernivtsi, Ukraine Assoc. prof. Dan Norbäck, PhD, Uppsala, Sweden Peter Ohnsorge, MD, Wurzburg, Germany Mathias Otto, PhD, DSc (Eng), Osnabrück, Germany Anna Paldy, MD, MPH, PhD, Budapest, Hungary Prof. Roberto Ronchetti, MD, PhD, Rome, Italy Peter Rudnai, MD, Budapest, Hungary Prof. Tore Sanner, MD, PhD, Oslo, Norway Piersante Sestini, MD, Siena, Italy Birute Skerliene, MD, PhD, Vilnius, Lithuania Prof. Staffan Skerfving, MD, PhD, Lund, Sweden Prof. Anne Steenhout, MD, PhD, Brussels, Belgium Loreta Strumylaite, MD, PhD, Kaunas, Lithuania Andrzej Szpakow, MD, PhD, Grodno, Belarus Prof. Gerhard Winnecke, MD, PhD, Düsseldorf, Germany
Adres Redakcji i Wydawcy: Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego oraz Polskie Towarzystwo Medycyny Środowiskowej ul. Kościelna 13 41-200 Sosnowiec tel. (32) 266-08-85 wew. 201, 202 fax (32) 266-11-24 e-mail: ms@ imp.sosnowiec.pl Editorial office and publisher s address: Institute of Occupational Medicine and Environmental Health and Polish Society of Environmental Medicine Kościelna 13 Str. 41-200 Sosnowiec, Poland Tel. +48 (32) 266-08-85 ext. 201, 202 Fax: +48 (32) 266-11-24 e-mail: ms@ imp.sosnowiec.pl Warunki prenumeraty: Cena prenumeraty rocznej dla instytucji wynosi 160 zł (40 zł za jeden numer), dla odbiorców indywidualnych 100 zł (25 zł za jeden numer). Zamówienie prosimy kierować na adres: Redakcja Medycyny Środowiskowej - Environmental Medicine ul. Kościelna 13 41-200 Sosnowiec lub e-mail: ms@imp.sosnowiec.pl Zakup numeru bieżącego i numerów archiwalnych możliwy jest po dokonaniu wpłaty na konto Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu nr: 13 1160 2202 0000 0000 7623 3258 Wpłat tytułem opłaty członkowskiej można dokonywać na konto Polskiego Towarzystwa Medycyny Środowiskowej nr 56 1020 2498 0000 8502 0172 1018 Osoby zainteresowane zamieszczeniem reklamy w czasopiśmie Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine prosimy o kontakt z redakcją Czasopismo ukazuje się w wersji pierwotnej drukowanej oraz w wersji elektronicznej na stronie www.medycynasrodowiskowa.pl Kwartalnik Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine jest współfinansowany ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Subscription conditions: Annual subscription for institutions: 160 zł (40 zł one volume). Annual subscription for individuals: 100 zł (25 zł one volume). Subscription orders should be sent to the following address: Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine Editorial Office Kościelna 13 Str. 41-200 Sosnowiec, Poland or e-mail: ms@imp.sosnowiec.pl Readers or institutions interested in subscribing the journal should send an order to the address of editorial office. Payments could be made to the account no. MILLENIUM Bank S.S. Oddział Katowice PL 13 1160 2202 0000 0000 7623 3258 BIC/SWIFT: BIGBPLPWXXX of the Institute of Occupational Medicine and Environmental Health in Sosnowiec Individuals interested in printing adverts in the magazine Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine are requested to contact editor s office Journal is published in the original printed version and on www.environmental-medicine-journal.eu Journal Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine is co-financed by the Ministry of Science and Higher Education Nakład: 200 egz. Edition: 200 copies Punktacja czasopisma: MNiSW (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego) 5 p. ICV (Index Copernicus Value) 5,52 p. ISSN 1505-7054
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 www.medycynasrodowiskowa.pl www.environmental-medicine-journal.eu ARTYKUŁ REDAKCYJNY Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak............................................... 7 PRACE ORYGINALNE Wpływ zanieczyszczenia środowiska na częstość zachorowań na nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych regionów Mysłowice, Imielin i Chełm Śląski Jerzy Stockfisch, Jarosław Markowski, Jan Pilch, Brunon Zemła, Włodzimierz Dziubdziela, Wirginia Likus, Grzegorz Bajor........................................................................ 16 Zanieczyszczenie kadmem powietrza atmosferycznego miast śląskich Aleksandra Moździerz, Małgorzata Juszko-Piekut, Jerzy Stojko.................................... 25 Rola wapnia w nasieniu ludzkim i jego związek z układem antyoksydacyjnym Aleksandra Kasperczyk, Michał Dobrakowski, Jolanta Zalejska-Fiolka, Stanisław Horak, Anna Machoń, Ewa Birkner.......................................................................... 34 Porównanie efektów zdrowotnych wywołanych zawodową ekspozycją na hałas niskoczęstotliwościowy i hałas słyszalny Krystyna Pawlas, Marta Boroń, Jolanta Zachara, Piotr Szłapa, Agnieszka Kozłowska, Karolina Będkowska, Lidia Januszewska, Iwona Markiewicz-Górka, Agata Kawalec, Natalia Pawlas........................ 41 Opalanie się w solarium wiedza, postawa i nawyki Polaków Katarzyna Torzewska, Jolanta Malinowska-Borowska, Agata Wypych-Ślusarska, Grzegorz Zieliński........ 52 Wstępna próba porównania poczucia niepewności wśród młodych kobiet w Polsce i Czechach w kontekście ich zamiaru posiadania dziecka Andrzej Brodziak, Jana Kutnohorska, Martina Cicha, Karina Erenkfeit, Barbara Białkowska.............. 60 PRACE POGLĄDOWE Prozapalne oddziaływanie ksenobiotyków dymu tytoniowego Halina Milnerowicz, Milena Ściskalska, Magdalena Dul......................................... 69 Powstawanie i przemiany nitrowych pochodnych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w środowisku naturalnym Marzena Zaciera, Jolanta Kurek, Lidia Dzwonek.............................................. 77 Zaniedbanie (nie)świadomą formą przemocy wobec dziecka Lucyna Sochocka, Jagoda Komenda-Kołecka.................................................. 83 KOMUNIKATY Komunikat www.allum.de.................................................................. 90 Regulamin publikowania prac wskazówki dla Autorów............................................. 91 Statut Polskiego Towarzystwa Medycyny Środowiskowej............................................. 99 Prace opublikowane w Medycynie Środowiskowej - Environmental Medicinej w 2013 r........................ 104 Spis Autorów........................................................................... 108
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 www.medycynasrodowiskowa.pl www.environmental-medicine-journal.eu EDITORIAL Atmospheric aerosol dispersion models and their applications to environmental risk assessment Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak............................................... 7 ORIGINAL PAPERS Impact of environmental pollution on the incidence of malignant neoplasms of upper respiratory tract in the population of Mysłowice, Imielin and Chełm Śląski Jerzy Stockfisch, Jarosław Markowski, Jan Pilch, Brunon Zemła, Włodzimierz Dziubdziela, Wirginia Likus, Grzegorz Bajor........................................................................ 16 Cadmium contamination of atmospheric air in the Silesian cities Aleksandra Moździerz, Małgorzata Juszko-Piekut, Jerzy Stojko.................................... 25 The role of calcium in human sperm in relation to the antioxidant system Aleksandra Kasperczyk, Michał Dobrakowski, Jolanta Zalejska-Fiolka, Stanisław Horak, Anna Machoń, Ewa Birkner.......................................................................... 34 Comparative study of the effects of occupational exposure to infrasound and low frequency noise with those of audible noise Krystyna Pawlas, Marta Boroń, Jolanta Zachara, Piotr Szłapa, Agnieszka Kozłowska, Karolina Będkowska, Lidia Januszewska, Iwona Markiewicz-Górka, Agata Kawalec, Natalia Pawlas........................ 41 Tanning in solarium knowledge, attitudes and Polish habits Katarzyna Torzewska, Jolanta Malinowska-Borowska, Agata Wypych-Ślusarska, Grzegorz Zieliński........ 52 Preliminary trial to ascertain the feeling of uncertainty of young women in Poland and Czech Republic in the context of their intention to have a child Andrzej Brodziak, Jana Kutnohorska, Martina Cicha, Karina Erenkfeit, Barbara Białkowska.............. 60 REVIEW PAPERS Proinflammatory effects of tobacco smoke xenobiotics Halina Milnerowicz, Milena Ściskalska, Magdalena Dul......................................... 69 Formation and transformation of nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons in the environment Marzena Zaciera, Jolanta Kurek, Lidia Dzwonek.............................................. 77 Violence against children caused by negligence Lucyna Sochocka, Jagoda Komenda-Kołecka.................................................. 83 ANNOUNCEMENTS Invitation www.allum.de................................................................... 90 Instructions to Authors.................................................................... 95 Statute of Polish Society of Environmental Medicine................................................ 99 Papers published in Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine in 2013........................... 106 List of Authors.......................................................................... 108
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 www.medycynasrodowiskowa.pl www.environmental-medicine-journal.eu Od Redaktora Artykuł redakcyjny opisuje opracowany przez Autorów oryginalny model rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu, który jest przydatny jako narzędzie do opisu, analizy i prognozy sytuacji awaryjnych w przypadku emisji substancji niebezpiecznych (jak np. związki zakwaszające, metale ciężkie i trwałe związki organiczne). W niniejszej publikacji jako przykłady przedstawiono symulację przemieszczania się chmur aerozolu żółtego fosforu uwalnianego wskutek katastrofy kolejowej na Ukrainie oraz pyłu wulkanicznego na Islandii. Prace oryginalne reprezentuje retrospektywna analiza czynników środowiskowych mogących mieć wpływ na zachorowalność na nowotwory dróg oddechowych (najczęściej raka krtani). Wykazano skupienia zachorowań w wybranych dzielnicach. Autorzy wskazali na różne czynniki rakotwórcze w powietrzu jak benzopiren A, pyły, gazy, ale uważają, że znaczącą rolę kancerogenną odgrywa palenie tytoniu i alkoholizm, zły stan sanitarny, na co wskazuje istotnie wzmożona zachorowalność na raka w określonych dzielnicach mieszkaniowych. W następnej pracy Autorzy ocenili poziom zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego kadmem w roku 2009 i porównali do danych ze Śląska z lat 2005 2008. Najwyższe skażenie kadmem stwierdzono w Miasteczku Śląskim. W pracy eksperymentalnej wykazano korzystny wpływ wapnia na ruchliwość plemników w fizjologicznym nasieniu oraz stymulację układu antyoksydacyjnego pod wpływem wysokiego stężenia tego pierwiastka w plazmie nasienia u mężczyzn z prawidłowym spermiogramem. Kolejna publikacja na podstawie własnych badań Autorów omawia skutki zdrowotne zawodowej lub środowiskowej długotrwałej ekspozycji na hałas o niskich częstotliwościach. Jest to bardzo aktualne zagadnienie ze względu na potrzebę oceny szkodliwości akustycznej farm wiatrowych. Wiedzę o szkodliwości promieniowania UV przedstawia opracowanie na podstawie badań ankietowych osób korzystających z solarium niestety nadmierne naświetlanie ( tanoreksja ) może powodować uszkodzenie rogówki oka, poparzenia, a nawet nowotwory skóry. Wiedza na ten temat korzystających z solarium jest niewystarczająca, aparatura bywa często technicznie wadliwa. Zespół polsko-czeski na podstawie ankiety wśród studentek pielęgniarstwa (42 Polki i 53 Czeszki) przedstawił obawy co do posiadania dziecka w przyszłości. Obawy Polek były wyrażone bardziej niż Czeszek, szczególnie odczucie niepewności osobistego losu i okoliczności życia. Artykuł nawiązuje tematycznie do poprzednio opublikowanych prac w Medycynie Środowiskowej [2012, 15 (4): 104; 2013, 16 (1): 67; 2013, 16 (2): 69]. Prace poglądowe: Autorzy wymieniają związki biochemiczne pochodne palenia tytoniu i opisują ich ogólnoustrojowe działanie prozapalne modyfikujące białka, enzymy, antyoksydanty oraz komórki, co w sumie przyczynia się do stresu oksydacyjnego i miażdżycy. Praca ta znacznie pogłębia przeciętną wiedzę o szkodliwości palenia i wyjaśnia patogenezę zmian metabolicznych. Nitrowe pochodne wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (nitro-wwa) mają działanie mutagenne i kancerogenne nawet w małych stężeniach. W pracy opisano powstawanie nitro- WWA w powietrzu i ich właściwości fizykochemiczne oraz migrację i przemiany nitro-wwa w środowisku naturalnym. W środowisku rodzinnym i społecznym dziecka świadome lub nieświadome zaniedbywanie jest jednym z czterech rodzajów przemocy wobec dziecka (obok przemocy fizycznej, psychicznej i seksualnej) zarówno w okresie prenatalnym, jak i po jego urodzeniu. Autorki przedstawiają to zagadnienie w oparciu o wiedzę z zakresu potrzeb rozwojowych dziecka i z zakresu wiedzy o szkodliwościach środowiskowych. Odnoszą te dane do odpowiednich norm prawnych, których sądowa interpretacja odbywa się w różnych aspektach okolicznościowych. Czy bieda w rodzinie albo przekarmianie dziecka mogą być motywacją odebrania władzy rodzicielskiej (p. przykłady prasowe)? Trudne rozstrzygnięcia wymagają uwzględnienia miłości rodzicielskiej jako pierwszej i podstawowej potrzeby dziecka. Redaktor Naczelny Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Rudkowski
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1, 7-15 www.medycynasrodowiskowa.pl www.environmental-medicine-journal.eu Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia Atmospheric aerosol dispersion models and their applications to environmental risk assessment. Andrzej Mazur 1(a, b, c), Jerzy Bartnicki 2 (a, d) 1(c, d), Jerzy Zwoździak 1 Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy Dyrektor Instytutu: dr hab. inż. M. Ostojski 2 Norweski Instytut Meteorologiczny Dyrektor Instytutu: prof. A. Eliassen (a) koncepcja (b) symulacje komputerowe (c) opracowanie tekstu i piśmiennictwa (d) opieka merytoryczna dr Andrzej Mazur dr hab. Jerzy Bartnicki prof. dr hab. inż. Jerzy Zwoździak STRESZCZENIE Wstęp. Do prognoz rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu oraz analiz szeroko rozumianych skutków tego zjawiska powszechnie stosowane są modele dyspersji zanieczyszczeń w atmosferze. Celem pracy było zbadanie możliwości i jakości diagnozowania i prognozowania atmosferycznego transportu aerozoli w powietrzu poprzez zastosowanie modelu dyspersji w atmosferze, rozwiniętego w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) w Warszawie. Materiał i metody. Model dyspersji zanieczyszczeń atmosferycznych, sprzężony z modelami meteorologicznymi, wykorzystano w trybie diagnostycznym do symulacji przemieszczenia się chmur aerozolu uwalnianego w trakcie awarii w pobliżu miejscowości Ożydiw (Ukraina) oraz pyłu wulkanicznego podczas wybuchu wulkanu Eyjafjallajökull na Islandii. Wyniki. Określono możliwe kierunki rozprzestrzeniania się skażeń drogą powietrzną oraz orientacyjne wartości ich stężeń w atmosferze i osadzania do gleby. Analizy czasowej zmienności stężeń aerozoli w atmosferze potwierdziły, że opracowany w IMGW model stanowi efektywne narzędzie do przeprowadzania diagnozy jakości powietrza na obszarze Polski, jak i wyznaczania czasu ekspozycji na działanie chmury aerozoli dla różnych scenariuszy pogodowych. Wnioski. Rezultaty stanowią potwierdzenie tezy, że ponieważ w ocenie ryzyka środowiskowego istotna jest nie tylko bieżąca informacja o wysokości stężeń zanieczyszczeń, ale również czas ekspozycji na działanie zanieczyszczenia oraz prognoza tych wielkości, a w konsekwencji prognozowane oddziaływanie na człowieka czy ogólnie na środowisko, zatem do tego celu konieczne jest wykorzystywanie narzędzi prognostycznych, analogicznych do zaprezentowanej aplikacji. Opisywany model dyspersji jest operacyjnym narzędziem do opisu, analizy i prognozy sytuacji awaryjnych w przypadku emisji substancji niebezpiecznych. Słowa kluczowe: model dyspersji, chmura pyłu, obszar zagrożenia środowiskowego ABSTRACT Introduction. Numerical models of dispersion of atmospheric pollutants are widely used to forecast the spread of contaminants in the air and to analyze the effects of this phenomenon. The aim of the study is to investigate the possibilities and the quality of diagnosis and prediction of atmospheric transport of aerosols in the air using the dispersion model of atmospheric pollutants, developed at the Institute of Meteorology and Water Management (IMWM) in Warsaw. Material and methods. A model of the dispersion of atmospheric pollutants, linked with meteorological models in a diagnostic mode, was used to simulate the transport of the cloud of aerosols released during the crash near the town of Ożydiw (Ukraine) and of volcanic ash during the volcanic eruption of Eyjafjallajökull in Iceland. Results. Possible directions of dispersion of pollutants in the air and its concentration in the atmosphere and deposition to the soil Nadesłano: 16.12.2013 Zatwierdzono do druku: 31.01.2014 Niniejszy materiał jest udostępniony na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 PL. Pełne postanowienia tej licencji są dostępne pod: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl/legalcode
8 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia were assessed. The analysis of temporal variability of concentrations of aerosols in the atmosphere confirmed that the model developed at IMWM is an effective tool for diagnosis of air quality in the area of Poland as well as for determination of exposure duration to the aerosol clouds for different weather scenarios. Conclusions. The results are a confirmation of the thesis, that because in the environmental risk assessment, an important element is not only current information on the level of pollution concentrations, but also the time of exposure to pollution and forecast of these elements, and consequently the predicted effects on man or the environment in general; so it is necessary to use forecasting tools, similar to presented application. The dispersion model described in the paper is an operational tool for description, analysis and forecasting of emergency situations in case of emissions of hazardous substances. Key words: air pollution dispersion model, dust cloud, environmental risk area WSTĘP Przez ostatnie kilkadziesiąt lat zanieczyszczenia atmosferyczne jako istotny czynnik środowiskowego zagrożenia zdrowia stały się problemem międzynarodowym. Tak do poznania przyczyn tego zagrożenia, jak i do jego zapobiegania, niezbędne jest tworzenie narzędzi, które umożliwiają ocenę aktualnego stanu środowiska naturalnego i prognozowanie proekologicznych działań gospodarczych i społecznych. Zgodnie z unijną dyrektywą CAFE (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady numer 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy) możliwe staje się zastosowanie różnego rodzaju modeli rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w procesach decyzyjnych. Dyrektywa jasno określa, że tam, gdzie jest to możliwe, należy dane pomiarowe uzupełniać danymi pochodzącymi z modeli. Pozwala to na przejście z tzw. obszarów reprezentatywności punków pomiarowych na przestrzenny rozkład stężeń. Należy zauważyć, że ocena zagrożenia zdrowia środowiskowego nie ogranicza się jedynie do zobrazowania pola stężeń zanieczyszczeń. Równie istotnym zagadnieniem jest pochodzenie substancji oraz droga, jaką one przebywają wraz z masami powietrza i czas ekspozycji na te zanieczyszczenia. Do tego typu analiz powszechnie stosowane są modele transportu zanieczyszczeń w atmosferze. Jednym z poważnych problemów ekologicznych w Europie były kwaśne deszcze, spowodowane głównie emisją tlenków siarki i azotu do atmosfery [1], których szkodliwy wpływ można było również zaobserwować w rejonie tzw. Czarnego Trójkąta [2] i na południu Polski [3 4]. Dla analizy tego zjawiska użyto szeregu modeli transportu zanieczyszczeń na obszarze Europy, z których najbardziej znanym i najczęściej stosowanym jest model powstały w ramach EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme). Początkowo, w latach osiemdziesiątych, był to stosunkowo prosty Lagrange a model trajektorii [5], a w chwili obecnej jest to skomplikowany model Eulera uwzględniający ponad 300 reakcji chemicznych [6]. Model ten stosowany jest zarówno do analizy jakości powietrza w skali od roku do kilkunastu lat, jak i do prognozy jakości powietrza w skali 5 dni [7]. Model EMEP stosowany jest również do oceny depozycji azotu do mórz europejskich [8], a przede wszystkim do Bałtyku [9], który szczególnie narażony jest na eutrofizację. W ostatnich latach problemem w całej Europie i szczególnie w Polsce jest wysoki poziom stężeń pyłów (PM10 i PM2,5) oraz ozonu. Ciekawym przykładem zastosowania modeli dyspersji tych oraz wielu innych zanieczyszczeń w rożnych skalach przestrzennych jest analiza wpływu zanieczyszczeń na zdrowie w rejonie Krakowa [10]. W celu modelowania przemieszczania się cząstek powietrza powstały różnego rodzaju modele bazujące na trajektoriach ruchu, takie jak FLEXTRA, LA- GRANTO, TRAJKS czy HYSPLIT. Są to stosunkowo proste modele lagrange owskie, nie uwzględniające konwekcji i turbulencji w atmosferze [11]. Procesy te jednak pozwalają określić dokładniej tor ruchu cząsteczek. W zależności od stanu równowagi atmosfery porcja powietrza może się wznosić lub opadać, a turbulencje często znacznie zmieniają kierunek ruchu. Rozwinięto więc modele bardziej zaawansowane, uwzględniające te zjawiska są to zarówno lagrangeowskie modele cząstek, jak np. FLEXPART [23] jak i modele eulerowskie, np. EMEP [6] i MATCH [24]. Dodatkową zaletą modeli eulerowskich jest możliwość uwzględnienia skomplikowanych reakcji chemicznych, dlatego w języku angielskim nazywa się je często Chemistry Transport Models (CTM). Obecnie elementy modelowania mają coraz większe znaczenie w podejmowaniu decyzji i zarządzaniu środowiskiem. Celem pracy jest przedstawienie dwóch różnych aplikacji modelu transportu i rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, w tym aerozoli w atmosferze. Istotne jest bowiem nie tylko samo
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia 9 oddziaływanie aerozoli na człowieka, czy ogólnie na środowisko, ale również czas ekspozycji na te zanieczyszczenia, niezbędny do oceny ryzyka środowiskowego. MATERIAŁY I METODY BADAń W pracy wykorzystano model opracowany w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) [12], który może być stosowany do diagnostycznej analizy transportu różnego rodzaju zanieczyszczeń (np. związki zakwaszające, metale ciężkie i trwałe związki organiczne) na obszarze Europy w skali wielu lat. W zastosowaniach operacyjnych model dyspersji sprzężony jest z modelem lub modelami meteorologicznymi. Szczegóły dotyczące zasady działania modelu operacyjnego IMGW, obszar jego obliczeń, a także przykłady jego zastosowania przedstawiono w pracy [12]. Obecnie model ten wykorzystano do symulacji chmury aerozolu uwalnianego w trakcie awarii w pobliżu miejscowości Ożydiw (Ukraina) oraz w trakcie wybuchu wulkanu Eyjafjallajökull na Islandii. WYNIKI BADAń Wypadek w Ożydiw 16 lipca 2007 w pobliżu miejscowości Ożydiw (Ozhidiv) w obwodzie lwowskim na Ukrainie wykoleił się pociąg towarowy wiozący z Kazachstanu do Polski silnie toksyczny, tzw. żółty fosfor. Z torów wypadło 15 cystern, sześć z nich stanęło w płomieniach, a do atmosfery w wyniku wypadku uwolniła się chmura niebezpiecznych aerozoli. Ze strefy bezpośredniego zagrożenia ewakuowano około 900 osób. W rejonie sąsiadującym ze strefą najbardziej zagrożoną mieszkało około 11 tysięcy osób. Pierwsze doniesienia porównywały ten wypadek do katastrofy w Czarnobylu, jednakże rozwój sytuacji nie potwierdził tak czarnego scenariusza. Dla zobrazowania sytuacji meteorologicznej po wypadku, na ryc. 1 przedstawiono dwie trzydniowe prognozy trajektorii ruchu powietrza wychodzących z miejsca katastrofy (24.76 E, 49.77 N, poziom poziom 950 hpa), w odstępie trzech godzin. Trajektorie zostały obliczone z wykorzystaniem operacyjnych danych meteorologicznych (prognoz) z modelu COSMO. Widać z nich, iż do momentu ugaszenia pożaru (18 lipca) nad Polskę mogły dotrzeć zanieczyszczenia uwolnione do atmosfery w ciągu tego całego okresu. Najbardziej prawdopodobny był zwłaszcza napływ nad terytorium Polski w okresie 18 19 lipca. Pokazuje to Ryc. 1: (1), odpowiadająca prognozie z 16 lipca (trajektorie z dnia 18 i 19 lipca), (2) prognoza z 17 lipca na dzień następny, czyli 18 lipca. Sytuacja rzeczywista dość dobrze została odzwierciedlona przez prognozy, do tego stopnia, iż po początkowej fazie incydentu, kiedy ruch powietrza był stosunkowo korzystny dla Polski w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim prognozowana wcześniej zmiana kierunku wiatru na wschodni została potraktowana jako dzwonek alarmowy i niejako wymusiła podjęcie działań w zakresie ochrony kraju przed skażeniami. W związku z tym przeprowadzono symulację rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, będącą efektem wypadku. Wykorzystując operacyjne dane meteorologiczne, po niezbędnym przetworzeniu danych wejściowych w wyniku obliczeń odtworzony został transport atmosferyczny chmury skażenia od 16 do 20 lipca 2007. Przyjęto, że około 50 ton produktów spalania (1) (2) Ryc. 1. Trajektorie wychodzące z miejsca wypadku na Ukrainie: (1) 16.07.2007, 12:00 UTC, (2) 17.07.2007, 12:00 UTC. Objaśnienia w tekście Fig. 1. Trajectories from the place of an accident in Ukraine: (1) 16.07.2007, 12:00 UTC, (2) 17.07.2007, 12:00 UTC. Explanations are referred to in the text
10 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia fosforu (głównie dekatlenku fosforu P 4 O 10 i/lub ortofosforanów PO 4 13 w postaci aerozolu) mogło dostać się do atmosfery w ciągu 48 godzin emisji. Przy takim założeniu można było przyjąć odpowiednie współczynniki osadzania i wymywania analogiczne jak w przypadku siarczanów (SO 4 12 ) z uwagi na fizyczne podobieństwa tych związków. Zgodnie z rezultatami obliczeń wielkość stężenia maksymalnego w epicentrum katastrofy wyniosła około 5 mg/m 3, natomiast nad obszarem Polski w przybliżeniu 3 μg/m 3. Na Ryc. 2 przedstawiono rozwój chmury zanieczyszczeń w czasie. Podsumowując, zgodnie z przedstawionymi wynikami symulacji, do Polski zanieczyszczenia mogły napływać od 19 lipca, podobnie, jak przewidywano na podstawie prognoz trajektorii. Również obszary, nad które mogła napłynąć chmura skażeń, zgodne są w obydwu przypadkach prognoz (Polska południowo-wschodnia, głównie województwa podkarpackie i małopolskie). Ilościową weryfikację wykonanych symulacji będzie można przeprowadzić dopiero w momencie, gdy (i jeżeli) dostępne będą wyniki pomiarów w terenie, zwłaszcza na terenie Polski. Dotychczas dane te nie zostały opublikowane. (1) (2) (3) (4) (5) (6)
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia 11 (7) (8) (9) (10) Ryc. 2. Dyspersja chmury aerozoli z wypadku w Ożydiw dla terminów: (1) 16.07.2007, 18:00 UTC, (2) 17.07.2007, 00:00 UTC (2), (3) 17.07.2007, 12:00 UTC, (4) 18.07.2007, 00:00 UTC, (5) 18.07.2007, 12:00 UTC, (6) 19.07.2007, 00:00 UTC, (7) 19.07. 2007, 12:00 UTC, (8) 20.07.2007, 00:00 UTC, (9) 20.07. 2007, 00:00 UTC i (10) 21.07.2007, 00:00 UTC. Jednostki procent wartości maksymalnej stężenia aerozolu fosforanów (5 mg/m 3 ) Fig. 2. Dispersion of an aerosol cloud from the accident in Ozydiw: (1) 16.07.2007, 18:00 UTC, (2) 17.07.2007, 00:00 UTC (2), (3) 17.07.2007, 12:00 UTC, (4) 18.07.2007, 00:00 UTC, (5) 18.07.2007, 12:00 UTC, (6) 19.07.2007, 00:00 UTC, (7) 19.07. 2007, 12:00 UTC, (8) 20.07.2007, 00:00 UTC, (9) 20.07. 2007, 00:00 UTC i (10) 21.07.2007, 00:00 UTC. Units- the percent of maximum concentration of phosphate aerosol (5 mg/m 3 ) Erupcja wulkanu Eyjafjallajökull 26 lutego 2010 roku Islandzki Instytut Meteorologiczny, za pomocą przyrządów GPS zlokalizowanych w okolicach Porvaldseyri około 15 kilometrów na południowy wschód od miejsca późniejszej erupcji stwierdził, że doszło do przemieszczenia się skorupy ziemskiej o 3 cm w kierunku południowym, z czego 1 cm przemieszczenia miał miejsce w przeciągu ostatnich czterech dni. Ta aktywność sejsmiczna została wywołana przez ciśnienie powstające przy przesuwaniu się magmy spod skorupy ziemskiej do komory wulkanu. Nasilenie aktywności sejsmicznej rejestrowano pomiędzy 3 i 5 marca. Natomiast ostatecznie pierwsza erupcja wulkanu Eyjafjallajökull nastąpiła 20 marca 2010. Ta i następne erupcje wprowadziły do atmosfery chmury pyłów wulkanicznych, które spowodowała zakłócenia lotów na terenie całej północnej Europy. Zetknięcie się lawy o temperaturze 1200 C z dnem lodowca o grubości 200 m, spowodowało szybkie topienie się lodu i następnie parowanie powstałej wody, doprowadzając do powstania chmury, składającej się głównie z pary wodnej i mikroskopijnej wielkości cząsteczek szkła, które zagrażają bezpieczeństwu samolotów odrzutowych (loty z głównych lotnisk zostały zawieszone 15 kwietnia 2010). W porównaniu z pierwszym wybuchem, ten drugi, którego początek ustalono na 08:15 UTC w dniu 15 kwietnia 2010, miał dziesięć do dwudziestu razy większą siłę. Na ryc. 3 zaprezentowano przygotowywaną w trybie operacyjnym prognozę przemieszczania się chmury pyłów wulkanicznych, jak również obrazy satelitarne, przedstawiające rzeczywistą dyspersję chmury pyłów wulkanicznych.
12 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia (1) (2) (3) (4)
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia 13 (5) Ryc. 3. Rozprzestrzenianie się chmury pyłów wulkanicznych w wyniku drugiej erupcji wulkanu. Z lewej obraz satelitarny (białe strzałki pokazują obszar zajmowany przez chmurę pyłów), z prawej operacyjna prognoza dyspersji chmury pyłów: (1) 15.04.2010, 08:15 UTC, (2) 15.04. 2010, 11:45 UTC, (3) 15.04.2010, 23:45 UTC, (4) 16.04. 2010, 11:45 UTC, (5) 16.04.2010, 23:45 UTC. Maksymalne prognozowane wartości stężeń zobrazowane na rysunkach osiągają nawet 12 mg/m 3 w odcieniach od ciemnoszarego do czarnego (wprowadzono zakaz lotów przy stężeniach pyłu ponad 2 mg/m 3 ) Fig. 3. Dispersion of the volcanic ash cloud from the second eruption. Left a satellite image (white arrows show the area occupied by ash); right potential dispersion of the ash cloud: (1) 15.04.2010, 08:15 UTC, (2) 15.04. 2010, 11:45 UTC, (3) 15.04.2010, 23:45 UTC, (4) 16.04. 2010, 11:45 UTC, (5) 16.04.2010, 23:45 UTC. The predicted maximum concentrations reached values as high as 12 mg/m 3 shades of dark gray to black colors (volcanic eruption forced the flight bans when the ash concentration was above 2 mg/m 3 ) DYSKUSJA Środowiskowe oddziaływanie aerozoli w atmosferze było przedmiotem badań wielu ośrodków naukowych na świecie [m.in. 13 22]. Powszechnie już wiadomo, że pył z aerozolu atmosferycznego o średnicach cząstek poniżej 2,5 μm (PM2,5) może osadzać się w dolnych partiach układu oddechowego ze względu, że łatwo penetruje jego górne odcinki. Ten fakt zaważył o ustanowieniu nowych standardów jakości powietrza w odniesieniu do pyłów zawieszonych. Polskie i europejskie normy dopuszczalne dla PM2,5 odnoszą się do wartości średnich rocznych (25 μg/m 3 ), natomiast dla pyłu PM10 (o średnicach cząstek poniżej 10 m) zarówno do wartości średnich rocznych (40 μg/m 3 ), jak i średnich dobowych (50 μg/m 3, dopuszczalna liczba przekroczeń 35 dni w roku). Standardy WHO są znacznie ostrzejsze. Zalecane stężenie roczne PM10 wynosi 20 μg/m 3, PM2,5 10 μg/m 3, natomiast 24- godzinne stężenie PM2,5 25 μg/m 3. Liczne badania epidemiologiczne wskazują na istnienie zależności pomiędzy rejestrowanymi poziomami zanieczyszczeń powietrza a zaburzeniami czynnościowymi układu oddechowego lub krwionośnego [18 20]. W szeregu publikacji dowodzi się nawet, że istnieje ścisły związek między wzrostem stężenia pyłu PM10 czy PM2,5 w atmosferze a wzrostem śmiertelności z powodu chorób układu oddechowego i sercowo-naczyniowego [m.in. 17, 20]. Chociaż wielu badaczy podchodzi do tych wyników sceptycznie i uważa, że brak jest jasnych dowodów na zwiększoną zachorowalność, np. na astmę oskrzelową w wyniku zanieczyszczenia atmosfery, to jednak w większości są zgodni, że zapylenie powietrza podwyższa ryzyko występowania objawów świadczących o zaburzeniach oddechowych, zwłaszcza wśród dzieci i osób starszych. Może nastąpić ograniczenie przepływu powietrza (obturacja) powiązane z wystąpieniem stanów zapalnych na skutek działania szkodliwych substancji. Grahame i Schlesinger [15] w podsumowaniu swojej pracy przeglądowej stwierdzili, że istnieje wiele popartych dowodów na toksyczne oddziaływanie różnych form pyłów na człowieka, jednak wciąż niewiadomo, które cząstki są za to najbardziej odpowiedzialne. W związku z tym konieczna jest kontrola poziomu stężeń aerozoli w atmosferze oraz ich czasowa i przestrzenna zmienność. W pracy przedstawiono dwie aplikacje operacyjnego modelu atmosferycznego transportu zanieczyszczeń, ściśle powiązanego z operacyjnymi modelami meteorologicznymi, dostępnymi aktualnie w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Model ten uwzględnia najważniejsze procesy związane z emisją, transportem atmosferycznym, przemianami chemicznymi i radioaktywnymi oraz depozycja suchą i mokrą zanieczyszczeń. Może on być
14 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia stosowany zarówno do aplikacji prognostycznych, jak i diagnostycznych. Został w trakcie poprzednich prac zweryfikowany na obszernej grupie danych pomiarowych [12], wykazując dobrą zgodność wyników obliczeń z pomiarami dla wszystkich analizowanych zanieczyszczeń. Zgodność ta jest dobra zarówno dla symulacji transportu atmosferycznego związków zakwaszających i metali ciężkich na terenie Polski w skali roku [12], jak i dla symulacji incydentów emisyjnych na obszarze Europy, w skali kilku dni, dla pyłów, substancji radioaktywnych i śladowych. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń, od emisji poprzez dyspersję w powietrzu, przemiany chemiczne i depozycję, w dalszym ciągu stanowi problem nie tylko na skalę krajową, ale również międzynarodową. Dotyczy to zarówno incydentów i katastrof emisyjnych, jak i długotrwałych procesów emisji transportu depozycji, których skutkiem jest pogorszenie jakości atmosfery i zagrożenie dla zdrowia człowieka. O skali i powadze problemu świadczą rozliczne protokoły i umowy zawierane w ostatnich latach, a dotyczące przede wszystkim ograniczania emisji oraz rozprzestrzeniania zanieczyszczeń drogą powietrzną. Jest to potwierdzenie wagi, jaką do problemu środowiskowego zagrożenia zdrowia przywiązują rządy większości krajów, szczególnie europejskich. W niniejszej pracy przedstawiono również jeden ze sposobów analizy trajektorii cząstek powietrza transportujących zanieczyszczenia. Związany on był z analizą trajektorii chmury aerozoli w sytuacjach incydentalnych (trajektorie do przodu). Jest to prosta i dokładna metoda, która szybko pozwala ustalić przewidywany obszar zagrożenia i czas ekspozycji na zanieczyszczenia. Drugim sposobem jest analiza dużej ilości trajektorii wstecznych i grupowanie wyników (tak zwany clustering, analiza skupień). Jest to metoda statystyczna często stosowana w geostatystyce i badaniu zanieczyszczeń powietrza. Polega ona na analizie struktury i redukcji zbioru danych poprzez łączenie podobnych elementów Wykorzystuje się ją z powodzeniem do identyfikacji źródeł pochodzenia zanieczyszczeń oraz do wyznaczania obszaru zagrożonego podwyższonymi stężeniami zanieczyszczeń w powietrzu. WNIOSKI Opracowany w IMGW, zweryfikowany i przetestowany model atmosferycznego transportu zanieczyszczeń stanowi ważne operacyjne narzędzie, służące do opisu i analizy sytuacji awaryjnych w przypadku emisji substancji niebezpiecznych. Jest równie przydatny do sporządzania analiz, prognoz jakości powietrza na obszarze Polski, jak i wyznaczania czasu ekspozycji na zanieczyszczenia dla różnych scenariuszy pogodowych, co jest istotne z punktu widzenia oceny środowiskowego zagrożenia zdrowia. Źródło finansowania: Umowa trójstronna między Ministerstwem Środowiska, Krajowym Zarządem Gospodarki Wodnej i Instytutem Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowym Instytutem Badawczym o dotację celową na finansowanie Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej nr 43/DE/2013. PIŚMIENNICTWO 1. Alcamo J. i Bartnicki J. (ed.): Atmospheric computations to assess acidification in Europe: work in progress. IIASA Research Report RR-86-5, 1986. 2 Zwoździak J.: Metody prognozy i analizy stężeń zanieczyszczeń w powietrzu w regionie Czarnego Trójkąta. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 1995. 3. Zwoździak J., Zwoździak A., Kmieć G. i wsp.: Some observations of pollutant fluxes over the Sudeten, south-western Poland. Water, Air and Soil Pollut.1995: 85: 2009-2013. 4. Zwoździak J., Gzella A. i Zwoździak A.: Tendencje zmian stężeń SO2 w powietrzu w Górach Izerskich. Archiwum Ochrony Środowiska. 2000: 26: 7-19. 5. Eliassen A., Saltbones J.: Modelling of long-range transport of sulphur over Europe: A two year model run and some model experiments. Atmospheric Environment 1983: 17: 1457-1473. 6. Simpson D., Benedictow A., Berge H. i wsp.: The EMEP MSC- W chemical transport model Part 1: Model description. Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2012: 12: 3781-3874. 7. EMEP Status Report: Transboundary acidification, eutrophication and ground level ozone in Europe in 2010. Joint MSC-W & CCC & CEIP Report 1/2012. Meteorological Synthesizing Centre West. Oslo, Norway, 2012. 8. Bartnicki J., Fagerli H.: Airborne load of nitrogen to European Seas. Ecological Chemistry and Engineering S. 2008: 15: 297-313. 9. Bartnicki J., Semeena V.S., Fagerli H.: Atmospheric deposition of nitrogen to the Baltic Sea in the period 1995-2006. Atmos. Chem. Phys. 2011: 11: 10057-10069. 10. Łobocki L., Strużewska J., Zdunek M. i wsp. Multiscale meteorological modelling for the Health effects of air pollution an integrated methodology project in Kraków, Poland 2005. (W: Granier C., P. Monks, O. Tarasova, S. Tuncel, P. Borrell [eds.] Air Quality in Eastern Europe. ACCENT/JRC Expert Workshop. ACCENT Secretariat, Report 8.2006, Urbino, Włochy). 11. Stohl A., Burkhart J. F., Eckhardt S. i wsp.: An integrated internet-based system for analyzing the influence of emission sources and atmospheric transport on measured concentrations of trace gases and aerosols. Norwegian Institute for Air Research, Kjeller 2007. 12. Mazur A.: Zunifikowany model atmosferycznego transportu zanieczyszczeń dla Polski. Rozprawa doktorska, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2008.
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Andrzej Mazur, Jerzy Bartnicki, Jerzy Zwoździak: Modele transportu aerozoli atmosferycznych w ocenie środowiskowego zagrożenia 15 13. Pope C.A., Burnett R.T., Thun M.J. i wsp.: Lung cancer, cardiopulmanory mortality and long-term exposure to fine particulate air pollution. JAMA 2002; 287: 1132-1141. 14. Rabczenko D., Wojtyniak B., Wysocki M. i wsp.: Krótkookresowy wpływ zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego dwutlenkiem siarki, pyłami zawieszonymi i dwutlenkiem azotu na umieralność mieszkańców miast w Polsce, Przegl. Epidemiol. 2005; 59: 969-979. 15. Grahame T.J., Schlesinger R.B.: Evaluating the health risk from secondary sulfates in Eastern North American regional ambient air particulate matter. Inhalation Toxicology 2005: 17: 15-27. 16. Ebelt, S.T., Wilson, E.W., Brauer, M.:Exposure to ambient and nonambient components of particulate matter: a comparison of health effects. Epidemiology 2005; 16: 396-405. 17. Neuberger M., Rabczenko D., Moshammer H.: Extended effects of air pollution on cardiopulmonary mortality in Vienna. Atmos. Environ. 2007; 41: 8549-8556. 18. WHO (World Health Organization) Europe. Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Global Update 2005. Geneva 2006. 19. WHO (World Health Organization) Europe. Health risk of PM from long range transboundary air pollution, Copenhagen 2006. 20. Liang W.M., Wei H.Y., Kuo H.W.: Association between daily mortality from respiratory and cardiovascular diseases and air pollution in Taiwan. Environ. Res. 2009; 109: 51-58. 21. Ashmore M.R., Dimitroulopoulou C.: Personal exposure of children to air pollution. Atmos. Environ. 2009; 43: 128 141. 22. Zwoździak A., Sówka I., Zwoździak J. i wsp.: Analiza zanieczyszczenia powietrza pyłem PM2,5 w aspekcie potencjalnego ryzyka utraty zdrowotności mieszkańców Wrocławia. Medycyna Środowiskowa 2010; 13: 25-31. 23. Stohl, A., Forster, C., Frank i wsp.: Technical note: The Lagrangian particle dispersion model FLEXPART version 6.2., Atmos. Chem. Phys., 5, 2461-2474, 2005. 24. Robertson L., J. Langner: An Eulerian Limited-Area atmospheric transport model. Journal of Applied Meteorology, 38: 190-210, 1998. Adres do korespondencji: Andrzej Mazur Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy 01-673 Warszawa, ul. Podleśna 61 tel. (22) 5694 134 e-mail: andrzej.mazur@imgw.pl
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1, 16-24 www.medycynasrodowiskowa.pl www.environmental-medicine-journal.eu Wpływ zanieczyszczenia środowiska na częstość zachorowań na nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych regionów Mysłowice, Imielin i Chełm Śląski* Impact of environmental pollution on the incidence of malignant neoplasms of upper respiratory tract in the population of Mysłowice, Imielin and Chełm Śląski Jerzy Stockfisch 1 (b, c, e), Jarosław Markowski 2 (b, e), Jan Pilch 2 (a, c, f), Brunon Zemła 3 (a, c), Włodzimierz Dziubdziela 4 (b, c), Wirginia Likus 5 (d), Grzegorz Bajor 5 (b) 1 Szpital Miejski nr 2 im. T. Boczonia, Mysłowice, Oddział Laryngologii Dyrektor Szpitala: E. Fica 2 Katedra i Klinika Laryngologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, Katowice Kierownik Kliniki: dr hab. n. med. J. Markowski 3 Centrum Onkologii, Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie Oddział w Gliwicach, Zakład Epidemiologii Nowotworów Kierownik Zakładu: prof. dr hab. n. med. B. Zemła 4 Poradnia Leczenia Bólu Przewlekłego, Sosnowiec Kierownik Poradni: dr n. med. W. Dziubdziela 5 Katedra i Zakład Anatomii Prawidłowej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach Kierownik Katedry: dr hab. n. med. G. Bajor (a) koncepcja (b) zebranie materiału do badań (c) opracowanie metodyki badań (d) statystyka (e) opracowanie tekstu i piśmiennictwa (f) opieka merytoryczna * praca oparta na tezach rozprawy doktorskiej dr n. med. Jerzego Stockfischa STRESZCZENIE Wstęp. W pracy przedstawiono retrospektywną analizę zachorowań na nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych (NZGDO) w obrębie miejscowości: Mysłowice, Imielin, Chełm Śląski w oparciu o materiał chorych leczonych na Oddziale Laryngologii Szpitala Miejskiego w Mysłowicach w latach 1995-2004, w korelacji ze stopniem zanieczyszczenia środowiska w tym rejonie. Inspiracją do napisania pracy było odnotowanie istotnie częstszych zachorowań na NZGDO w śródmieściu Mysłowic; dzielnicy Piasek i na osiedlu Rymera. Celem pracy była ocena związku pomiędzy terytorialnym zróżnicowaniem zapadalności na NZGDO a zanieczyszczeniem środowiska. Materiał i metody. Badaniem objęto grupę 130 chorych na NZGDO i grupę kontrolną 145 osób zdrowych o podobnej strukturze wieku i płci, zamieszkujących różne regiony badanych miast w porów nywalnych proporcjach jak w grupie chorych. Prześledzono zależności pomiędzy terytorialnym zróżnicowaniem zachorowań na NZGDO, a czynnikami ryzyka pochodzenia środowis kowego. Wyniki. Analizę wykonano w oparciu o dane dotyczące zanieczyszczeń środowiskowych. Potwierdzono, że geograficzny obraz zachorowań na NZGDO jest zróżnicowany w obrębie centralnych dzielnic Mysłowic: Piasek i osiedle Rymera, równocześnie wskazując iż jest to region szczególnego ryzyka zachorowań. Wnioski. Zwiększoną liczba zachorowań w omawianych dzielnicach może się wiązać z czynnikami ryzyka pochodzenia środowis kowego oraz warunkami bytowymi, zwięk szonym spożyciem wysokoprocentowych alkoholi, nadmierną ilością wypalanych papierosów oraz niskim statusem społeczno-ekonomicznym badanych chorych. Słowa kluczowe: nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych, zanieczyszczenie środowiska Nadesłano: 4.09.2013 Zatwierdzono do druku: 9.12.2013 Niniejszy materiał jest udostępniony na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 PL. Pełne postanowienia tej licencji są dostępne pod: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl/legalcode
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Jerzy Stockfisch i wsp.: Zanieczyszczenie środowiska a nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych 17 SUMMARY Background. The paper presents a retrospective analysis of cases of the upper respiratory tract malignant tumors in the settlement: Mysłowice, Imielin, Chełm Śląski based on the patients medical history treated in a hospital laryngological ward in Mysłowice between 1995 and 2004. The inspiration to write the paper was the significant frequency of the upper respiratory tract malignant tumor cases in the main areas of Mysłowice; Piasek and Rymera estate. The aim of the study was the assessment of relationship between environmental pollution and territorial diversity in the morbidity of head and neck cancer. Material and methods. The study involved a group of 130 patients with cancer of the upper respiratory tract and a control group of 145 healthy subjects of similar age and sex, living in the different regions of the surveyed towns in the comparable proportions and in the group of patients. The paper aimed to assess the relationship between territorial diversity of the upper respiratory tract cancers, and environmental risk factors. Results. The analysis was based on environmental pollution data. It was confirmed that the geographic picture of the incidence of the upper airways malignant tumors showed that Mysłowice central districts: Piasek and estate Rymera, indicated this region to be particularly critical one. Conclusions. The increased number of morbidity cases in these districts may be associated with: environmental risk factors, increased consumption of high percentage alcohol, excessive amount of smoked cigarette and low socio-economic status of the patients. Key words: upper respiratory tract malignant tumors, environmental pollution WSTĘP Badania nad geograficznym zróżnicowaniem zapadalności na nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych są w centrum zainteresowania epidemiologów ostatnich lat [1 3]. Stanowić one mogą pod stawę do określenia roli czynników ryzyka pochodzenia środowiskowego w procesie karcy - nogenezy. Mimo zróżnicowania gospodarczego Górnego Śląska stopień zanieczyszczenia powietrza nie odzwierciedla oczekiwanych różnic, przybierając postać przypadkowego rozkładu. Także wskaźnik zachorowalności na nowotwory górnych dróg oddechowych nie wykazuje wyraźnej zależności od zanieczyszczeń atmosferycznych. W mikroregionie miast Mysłowice, Imielin i gminy Chełm Śląski (będących do drugiej połowy lat dziewięćdziesiątych jednym miastem) stwierdzono, że liczba zachorowań na nowotwory górnych dróg oddechowych w terenie o dużym zanieczyszczeniu powietrza jest większa. Charakterystyczną cechą dawnego obszaru Mysłowic jest znaczne, północno-południowe (sięgające prawie trzydziestu kilometrów), rozciągnięcie granic, przy niewielkiej (sięgającej kilku kilometrów) odległości granic wschodnio-zachodnich. Tereny północne odznaczają się znacznym uprzemysłowieniem, dużym zagęszczeniem ludności oraz bliskim sąsiedztwem mocno zanieczyszczonej dzielnicy Katowic Szopienice (huta metali nieżelaznych, aktualnie zlikwidowana). Rzadziej zaludnione dzielnice południowe obejmują większe obszary zieleni z dużym, jak na śląskie warunki, odsetkiem rolnictwa. Od wschodu sąsiadują z dużym zbiornikiem wody pitnej w Imielinie, a z zachodu kompleksami leśnymi. Specyfika takiego położenia w połączeniu ze znacznie większą niż obecnie rejonizacją przyjęć do szpitala, stworzyła możliwość badania korelacji zapadalności na NZGDO ze środowiskiem u stosunkowo niewielkiej populacji (ok. 86 tys.). Wyniki pomiarów zanie czyszczenia powietrza dokonane przez Wojewódzką Stację Sanitarno-Epidemiologiczną w latach 1984 2004 w Mysłowicach, Imielinie i Chełmie Śląskim odznaczały się znacznym zróżnicowaniem, które dotyczyło nie tylko całych dzielnic, lecz także pojedynczych stano wisk pomiarowych w danej dzielnicy. Wieloletnie badania Śląskiej Wojewódzkiej Stacji Sanitarno-Epidemiologicznej pozwa lają na stwierdzenie, że średnie stężenia roczne pyłu na obszarze Mysłowic, Imielina i Chełmu Śląskiego wykazują trend spadkowy. Podobnie zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki i metalami ciężkimi wykazują niewielkie obniżenie wartości. Z powodu rosnącej komunikacji nie zarejestrowano trendu spadkowego w pomiarach dwutlenku azotu. W ba danym terenie w latach 1984 2007 przekroczenia maksymalnych dopuszczalnych wartości podstawowych zanieczyszczeń powietrza (SO 2, NO 2, pyłu i metali ciężkich) występują głównie w północno-zachodnich dzielnicach Mysłowic oraz wzdłuż szlaków dróg o dużym natężeniu ruchu kołowego. Stwierdzono, że największym problemem jest emisja benzo-a-pirenu, który występował w stężeniach wyższych od dopuszczalnych rocznych i dwudziestoczterogodzinnych na przeważającej części Mysłowic oraz części Imielina i Chełmu Śląskiego. Zwiększona emisja benzoa-pirenu pokrywa się w znacznej mierze z terenami w których dominuje spalanie węgla w niskosprawnych paleniskach indywidualnych.
18 Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Jerzy Stockfisch i wsp.: Zanieczyszczenie środowiska a nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych W oparciu o dane leczonych chorych na Oddziale Laryngologii w Mysłowicach w latach 1995 2004, dokonano analizy zapadalności na NZGDO w korelacji przestrzennej do poziomu zanieczyszczenia atmosferycznego. Celem pracy jest przedstawienie geograficznego obrazu zachorowań na NZGDO w regionie Mysłowic, Imielina i Chełmu Śląskiego oraz ocena związku pomiędzy terytorialnym zróżnicowaniem zapadalności na NZGDO, a zanieczyszczeniem środowiska. MATERIAŁ I METODY Retrospektywną analizą epidemiologiczną objęto 130 pacjentów leczonych na Oddziale Laryngologii w Mysłowicach w latach 1995 2004, z powodu choroby nowotworowej górnych dróg oddechowych, zamieszkałych w Mysłowicach, Imielinie i Chełmie Śląskim. Badaniami objęto grupę 109 mężczyzn o średniej wieku 58 lat i 21 kobiet o średniej wieku 61 lat. Grupę kontrolną stanowiło 145 osób zdrowych o podobnej strukturze wiekowej i płci oraz zamieszkujących różne rejony badanych miast, w porównywalnych proporcjach jak u ludzi chorych na nowotwory górnych dróg oddechowych. W celu oceny istotności czynników ryzyka środowiskowego mających wpływ na rozwój choroby nowotworowej górnych dróg oddechowych przeprowadzono badanie ankietowe w oparciu o bezpośredni wywiad z pacjentem. Kwestionariusz obejmował pytania dotyczące: danych statystycznych chorego (płeć, wiek), miejsca zamieszkania, wykształcenia, wykonywanego zawodu, miejscu zatrudnienia, aktualnego statusu na rynku pracy, czasokresu zatrudnienia, narażenia na czynniki środowiskowe miejsca pracy, warunki zamieszkania (rodzaj zabudowy, bliskość terenów uprzemysłowionych, ruchliwych dróg), warunki socjalno-ekonomiczne oraz pytania dotyczące nałogów (palenie papierosów, spożywanie alkoholu). Na przeprowadzone badania uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach. Analiza statystyczna Otrzymane wyniki analizowano statystycznie z wykorzystaniem nieparametrycznego testu χ 2 z poprawką Yatesa. Gdy liczebności nie spełniały wymogów testu niezależności stosowano test dokładny F. Do oceny istotności rożnic dla posczególnych czynników ryzyka środowiskowego pomiedzy analizowanymi dzielnicami zastosowano test ANOVA rang Kruskala-Wallisa. Zgodność empirycznego rozkładu badanych zmiennych z rozkładem normalnym oceniano przy pomocy testu Shapiro-Wilka. Oceny różnic odsetka zachorowań na NZGDO w wybranych dzielnicach i rejonach miasta dokonano w oparciu o test istotności różnic pomiędzy dwoma wskaźnikami struktury. Do oceny powiązania zanieczyszczeń środowiska z odsetkiem zachorowań w wybranych dzielnicach miasta wykorzystano analizę regresji i korelacji wielokrotnej. Istotność statystyczną pomiędzy grupami określono na poziomie p*0,05. Analizę statystyczną wykonano za pomocą pakietu Statistica 8,0 PL StatSoft. WYNIKI BADAń Analizując zapadalność na nowotwory złośliwe na badanym obszarze stwierdzono, iż najczęstszymi nowotworami były nowotwory złośliwe krtani i krtaniowej części gardła 65 przypadków, następnie nowotwory dna jamy ustnej 17 (13%), nowotwory migdałka podniebiennego 16 (12%), języka 9 (7%), przedsionka jamy ustnej 8 (6,5%), innych lokalizacji 15 przypadków (11,5%). W rozpoznaniu histopatologicznym wykazano dominację raka płaskonabłonkowego 74 przypadki stanowiące 57%. Następnie 33 przypadki (23%) raka płaskonabłonkowego rogowaciejącego (carcinoma planoepitheliale keratodes), 12 przypadków (9,4%) raka płaskonabłonkowego nierogowaciejącego (carcinoma planoepitheliale akeratodes). W dalszej kolejności rozpoznano raka płaskonabłonkowego (carcinoma planoepitheliale in situ) w 6 przypadkach (4,5%) i ognisko raka w 5 przypadkach (3,9%). Przedmiotem analizy statystycznej w niniejszej pracy była ocena istotności czynników ryzyka środowiskowego, mających wpływ na rozwój choroby nowotworowej górnych dróg oddechowych. Na rycinie 1 zamieszczono wynik analizy statystycznej zastosowanej w odniesieniu do zagrożeń występujących w środowisku pracy zawodowej. Wynik testu (x 2 46,671; p40,083) nie pozwala na wskazanie rodzaju zagrożenia, które mogłoby być przyczyną pojawienia się choroby nowotworowej w grupie badanej. W przeciągu całego dziesięcioletniego okresu badań, najwięcej nowotworów złośliwych górnych dróg oddechowych stwierdzono w dzielnicy Piasek, liczącej ok. 4500 mieszkańców (16 zachorowań, 1 zachorowanie na 281), a także na liczącym 3800 mieszkańców osiedlu Rymera (16 zachorowań, 1 na 238 osób). W liczącym 8200 mieszkańców Śródmieściu 13 (1 na 631). W dzielnicy Wesoła 12.000
Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol. 17, No. 1 Jerzy Stockfisch i wsp.: Zanieczyszczenie środowiska a nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych 19 Ryc. 1. Wynik testu niezależności χ 2 zastosowanego do oceny porównawczej zagrożeń w środowisku pracy Fig. 1. The result of χ 2 test of independence used for the risk comparative assessment in the working environment mieszkańców 10 (1 na 1200), Janów Miejski 3500 mieszkańców 9 (1 na 389). W 10-tysiecznych Brzęczkowicach 9 (1 na 1111), w Imielinie 8200 mieszkańców 9 (1 na 911), 8 przypadków w liczącym 4900 mieszkańców Bończyku (1 na 613). W 6-tysięcznej Brzezince 7 (1 na 857), 7 przypadków w 4 tys. Starym Mieście (1 na 571). W liczącym 5800 mieszkańców Chełmie Śląskim 5 (1 na 1160). W liczących 2400 osób Dziewkowicach 4 (1 na 600). Także 4 w Ćmoku 2700 mieszkańców (1 na 675). Odnotowano 3 zachorowania w liczących 2500 mieszkańców Kosztowach (1 na 833), w liczących 2800 mieszkańców Morgach 2 zachorowania (1 na 1400). Również 2 zachorowania w Laryszu 1600 mieszkańców (1 na 800). Podobnie 2 przypadki w Słupnej 1200 mieszkańców (1 na 600) i 1 zachorowanie w liczących 1300 mieszkańców Krasowach (1/1300) oraz 1 w Ławkach 1500 mieszkańców (1/1500). Regiony miasta Mysłowice w których odnotowano największą ilość zachorowań na nowotwory złośliwe górnych dróg oddechowych, tj. dzielnica Piasek i osiedle Rymera, charakteryzują się występowaniem skupisk ludzkich w których wystąpiły zdecydowanie największe ilości zachorowań na NZGDO. Wśród mieszkańców przylegających do siebie ulic Świerczyny, Stawowa, Sobieskiego, które lokalizują się w zachodniej części dzielnicy Piasek i liczą 1150 osób, stwierdzono w badanym czasie 7 zachorowań (1 na 164 mieszkańców). Na dwóch przecinających się ulicach Rymery: Górnicza i Robotnicza, stwierdzono 9 NZGDO na 1200 mieszkańców (1/133). Ulice Piasku: Świerczyny, Stawowa i Sobieskiego tworzą urbanizację starych domów, o strukturze wiekowej zbliżonej do reszty miasta. Różnice dotyczą: poziomu wykształcenia mieszkańców (w znacznym odsetku dominuje tu wykształcenie zasadnicze zawodowe), warunków sanitarno-ekonomicznych, ilości i jakości wy pijanego alkoholu oraz wypalanych papierosów. Z obserwacji i badań ankietowych wynika, że w stosunku do pozostałych analizowanych dzielnic zwiększona jest tutaj o 20% liczba osób bezrobotnych, o 35 % znacznie nadużywających wysokoprocentowego alkoholu i o 26% wypalających duże ilości papierosów. Nieco inna sytuacja występuje na osiedlu Rymera. Część ulicy Górniczej to nowsze budownictwo, gdzie wśród jego 280 mieszkańców znacznie częściej występuje średnie wykształcenie, a sporadycznie wyższe. W okresie badań nie odnotowano tu wystąpienia NZGDO. Reszta ulicy Górniczej i niemal cała ulica Robotnicza (950 mieszkańców) to stare, zaniedbane remontowo bu downictwo z dużym odsetkiem ludzi z podstawowym lub zasadniczym zawodowym wykształceniem, nadużywających wysokoprocentowego alkoholu i wypalających dużą ilość papierosów. Stwierdzono tu aż 9 NZGDO, co