The five year monitoring of the air environment in Samara

Full Text

Аэропалинологический мониторинг, направленный на установление концентрации и таксономической принадлежности пыльцевых зерен в воздушной среде, является актуальным в условиях роста числа пациентов с поллинозами. В настоящее время до 20% населения Европы страдает поллино-зом, который значительно влияет на качество жизни пациента, общую активность, профессиональную деятельность, социальную жизнь и часто приводит к увеличению материальных затрат. В задачи аэропалинологических исследований входит наблюдение за качественным и количественным составом пыльцевого спектра воздушной среды, выявление сезонной и суточной динамики таксонов, составление прогноза пыления и риска развития аллергических заболеваний. Процедура исследования включает сбор пыльцевых зерен (п.з.) растений и спор грибов, содержащихся в воздухе, их идентификацию, количественное определение при визуальном подсчете и разработку календарей пыления [1]. В различных странах мира, включая Россию, активно осуществляется аэропалинологический мониторинг воздуха, составляются календари пыления, отслеживаются сезонные и многолетние колебания данных. Для г. Самары мониторинг воздушной среды был начат в 2013 г. Целью нашего исследования было изучение динамики пыления аллергенных растений в г. Самаре, выделение доминантных таксонов и составление календаря пыления растений для данного региона. Материалы и методы Аэропалинологические исследования были проведены в вегетационный период (с апреля по октябрь) 2013-2017 гг. Пыльцу улавливали с использованием ловушки-импактора, через которую прокачивался воздух в течение 25 мин со скоростью 36 Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 I Пятилетний мониторинг воздушной среды г. Самары 10 л/мин, на предметные стекла, покрытые смесью вазелина и воска. Импактор устанавливался на высоте 10 м над уровнем земли. В полученных препаратах подсчитывали пыльцевые зерна и определяли их принадлежность к различным систематическим группам [1]. Обработка предметных стекол осуществлялась на кафедре экологии, ботаники и охраны природы Самарского университета. В дальнейшем определялось содержание пыльцевых зерен в 1 м3, при составлении календаря пыления количественное содержание пыльцы усредняли за декаду [2]. Статистическая обработка данных проводилась с использованием общепринятых методов вариационной статистики. Значимость различия для частотных показателей анализировали с использованием критерия х2, точного критерия Фишера. Полученные данные обрабатывали с применением пакета прикладных программ ÄtteStat, версия 10.5.1, статистических формул программы Microsoft Excel версия 5.0. Результаты По результатам пятилетнего аэропалинологиче-ского мониторинга было показано, что для г. Самары характерен продолжительный сезон пыления, который в среднем составляет 167±3,84 дня. Город Самара расположен в лесостепной зоне, что вносит свои особенности в специфику состава воздушной среды. В 2013 г. в воздушном бассейне г. Самара был зарегистрирован 21 таксон (12 древесных и 9 травянистых), в 2014 г. отмечено 20 таксонов (13 древесных и 7 травянистых), в 2015 г. - 20 таксонов (12 древесных и 8 травянистых), в 2016 г. - 21 таксон (13 древесных и 8 травянистых), в 2017 г. - 18 таксонов (10 древесных и 8 травянистых). Данные по местам отдельных таксонов в рейтинге участия в формировании основной массы пыльцевых зерен в воздухе г. Самары за 2013-2017 гг. отражены в табл. 1. Первое место среди древесных растений в 2013 и 2017 гг. принадлежит роду Тополь. В 2014-2016 гг. отмечено доминирование пыльцы амброзии. Второе место в 2013-2015 гг. занимала пыльца березы, которая в 2016 г. оказалась только на 7-й, а в 2017 г. - на 5-й строке в списке. Третье место в зависимости от года занимали амброзия (2013), ива (2014), вяз (2015, 2017), клен (2016). Общее годовое содержание п.з. значительно варьировало по вегетационным периодам. Количественно в первые два года наблюдения пыльца древесных растений преобладала над травянистыми: 69,1/30,9% и 56,2/43,8% (2013 и 2014 гг. соответственно; р=0,0001). В 2015 и 2016 гг. доминировала пыльца травянистых растений: 48,1/52,5% и 38,8/60,7% соответственно. В 2017 г. вновь древесные растения пылили более интенсивно, чем травы: 62,6/37,4% соответственно (р=0,0001). Таблица 1. Рейтинг мест растений - источников п.з. в воздухе г. Самары (2013-2017 гг.) Источники пыльцы Место в рейтинге 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. Амброзия 3 1 1 1 2 Береза 2 2 2 7 5 Вяз 12 11 3 8 3 Дуб 18 20 15 17 14 Ель 25 17 20 20 - Злаки 4 7 12 13 10 Ива 10 3 9 9 8 Клен 6 4 10 3 9 Конопля 21 14 11 15 12 Крапива 20 5 4 5 7 Лещина 7 16 19 19 15 Липа 17 19 22 21 - Маревые 11 8 6 6 11 Ольха 8 18 18 16 16 Осока 16 22 14 12 17 Пихта 19 23 23 - - Полынь 9 9 13 11 6 Рябина 23 12 25 14 - Слива 24 25 17 - - Сложноцветные 22 24 24 - - Сосна 5 6 5 10 4 Тополь 1 10 7 4 1 Циклахена 14 21 21 - - Щавель 15 13 16 18 - Ясень 13 15 8 2 13 Примечание. Жирным шрифтом в таблице выделены объекты с относительно стабильным местом в рейтинге (различия за три года до 5 мест). Общее количество продуцируемой пыльцы в 2014 г. значительно превосходило таковую в 2013 г., что, вероятно, было связано с неодинаковым количеством цветочных почек, сформировавшихся у древесных растений на начало периодов вегетации 2013 и 2014 гг., а также различными гидротермическими условиями вегетационных периодов, в которые протекало цветение деревьев и травянистых растений. Данные по удельному весу каждого таксона в пыльцевом спектре отражены в табл. 2. Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 37 Оригинальные статьи Таблица 2. Удельный вес пыльцевых таксонов аэропалинологического спектра г. Самары в 2013-2017 гг. В 2013 г. удельный вес п.з. тополя был выше удельного веса березы: 22/20,9% соответственно (р=0,0075), так же как и в 2017 г.: 21,2 и 7% соответственно (р=0,0001). Суммарное содержание пыльцы амброзии во все года наблюдения, кроме 2013 г., было выше, чем пыльцы березы. В 2014 г. удельный вес п.з. данных таксонов составил 15,2 и 14,3% (р=0,0001), в 2015 г. - 29,9 и 11,1% (р=0,0001), в 2016 г. - 43,9 и 4,1% (р=0,0001), в 2017 г. - 18,2 и 7% (р=0,0001). В результате проведенного исследования выявлено три периода нарастания концентрации пыльцы в г. Самаре: два основных и один промежуточный (весенний, летний, летне-осенний), среди которых абсолютного максимума достиг весенний период (пыление березы и нескольких видов тополя). Сравнительно меньшее количество цветущих анемофильных видов в летний период обеспечило снижение уровня пыльцы в конце июня - начале июля. Третий пик в конце лета связан с поступлением в воздух п.з. крупных травянистых растений - полыни, маревых, амброзии, циклахены (рис. 1). Основными таксонами в весенний период пали-нации (первая декада апреля - первая декада мая) в 2013 г. была пыльца тополей - 41% и березы - 27%, в 2014 г. - ивы, клена и березы - 34, 25 и 24%, за данный период соответственно. В 2015 г. среди древесных таксонов лидером была пыльца березы (26%), а в 2016 г. - пыльца ясеня (31%). Основной вклад в весенний период 2017 г. внесли пыльцевые зерна тополя (38%) и вяза (26%) (рис. 2). В летний период палинации (первая декада мая - третья декада июня) содержание п.з. составило 33-39% от суммарной численности пыльцы за весь сезон пыления. Доминировала пыльца сосны - 35% (2013 г.) - 86% (2017 г.), злаков - 10% (2017 г.) - 32% (2014 г.), березы - 3% (2017 г.) - 22% (2013 г.) п.з за данный период. Характерным для флоры региона является наличие раноцветущих злаков, пыление которых начиналось в 2013 г. с 4 мая, в 2014 г. - с 8 мая, в 2015 г. - с 13 мая, в 2016 г. - с 6 мая, а в 2017 г. - с 22 мая в связи с холодной дождливой погодой. Пыльцевые зерна злаков регистрировались в течение длительного периода, по август, с максимальной концентрацией в первой и третьей декаде мая (до 770 п.з./м3) (рис. 3). Третий период пыления (первая декада июля - конец вегетационного периода) в основном был сформирован поступлением в воздух пыльцы амброзии, полыни, крапивы и маревых. Суммарное содержание пыльцы в этот период составило 22-37% от общей численности п.з. за весь сезон палинации. Доминировали пыльцевые зерна амброзии - от 44% (2014 г.) до 73% (2016 г.), полыни - от 4% (2015 г.) до 19% (2017 г.), крапивы - от 5% (2013 г.) до 24% (2014 г.), маревых - от 6% (2014 г.) до 15% (2017 г.) таксонов за летне-осенний период пыления (рис. 4). В 2015-2016 гг. отмечался значительный рост содержания п.з. амброзии в третий период палинации (59 и 73% соответственно; х2=1719,5; р=0,0001). В 2016 г. был отмечен наиболее длительный период пыления амброзии - с 30 мая по 22 сентября. Название таксона 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. Древесные Береза 20,9 14,3 11,1 4,1 7,0 Тополь 22 4,5 6,7 5,5 21,2 Сосна 7,7 8,9 7,4 2,5 9,7 Клен 5,9 12,1 3,4 6 3,9 Лещина 3,3 0,6 0,2 0 0,3 Ольха 2,7 0,2 0,2 0,2 0,3 Ива 1,6 11,2 4,6 2,9 3,9 Вяз 1,5 2,6 8,8 4 14,4 Ясень 1,5 0,6 5,1 12,3 1,0 Липа 0,8 0,1 - 0,1 - Дуб 0,6 0,02 0,5 0,2 0,9 Ель - 0,4 0,1 0,2 - Рябина - 0,7 - 0,8 - Пихта 0,6 - - - - Всего 69,1 56,2 48,1 38,8 62,6 Травянистые Амброзия 14,5 15,2 29,9 43,9 18,2 Злаки 8,7 7,7 1,7 2,2 3,2 Полынь 2,2 5,4 1,7 2,4 6,8 Крапива 0,5 9,3 8,4 4,9 5,8 Маревые 1,8 4,9 7,1 4,3 2,2 Циклахена 1,1 - - - - Щавель 0,9 0,6 0,3 0,2 0,0 Осока 0,8 - 1,1 2,3 0,3 Конопля 0,4 0,7 2,3 0,5 0,9 Всего 30,9 43,8 52,5 60,7 37,4 38 Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 Пятилетний мониторинг воздушной среды г. Самары ососососососососососососососососсосососоос ос ос ос ос ск ос с; с; Ф Ф О. О. Q. О. О. , С С С с с ' со со со со со 1- ОЭ LO СМ О) і- СМ СМ СО СО СО СО 2 h- s CNJ СО 222222222 О N ^ С с с с ш ш ш ш со со со со LO CNJ О) со о. о. о. о. о о о о ОС ОС ОС ОС ф ф ф ф ф о о о о о 04 СТ) СО СО О 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. Рис. 1. Суммарное содержание пыльцевых зерен основных таксонов в г. Самара в 2013-2017 гг. 2013 г. 1,2% 5,1% 2014 г. 1,5% 2015 г. 2,3% Ясень, дуб, вяз, ива Ольха Тополь Береза Лещина Клен Осока Тополь Береза Ива Вяз Клен Ольха, лещина дуб,ясень і Тополь і береза і Ива Вяз і Клен і Ясень Осока ■Дуб, лещина, ольха Содержание п.з. амброзии в 2017 г. было в 3,5 раза меньше, чем 2016 г., что связано с ее активным скашиванием в пределах городской территории. Для региона характерно доминирование таксонов амброзии над п.з. полыни. Соотношение п.з. полыни к амброзии в атмосфере г. Самары составило 7:1 (2013 г.), 3:1 (2014 г.), 17:1 (2015 г.), 18:1 (2016 г.), 2:1 (2017 г.). 2016 г. 0,6% 1 0,6% 1,1% ■ Тополь береза " Ива ■ Клен Вяз ■ Ясень Осока ■ Ольха, лещина, дуб 2017 г. 4,3% ■ Тополь ■ Вяз ■ береза ■ Клен ■ Ива ■ Сосна Рис. 2 Удельный вес основных таксонов в первую волну пали-нации в г. Самаре (2013-2017 гг.) По результатам исследования был составлен ориентировочный календарь пыления для г. Самары. Для составления календаря пыления были отобраны 18 таксонов - 10 древесных и 8 травянистых, пыльца которых доминирует в воздухе на территории г. Самары и обладает аллергенными свойствами (рис. 5). Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 39 Оригинальные статьи 2013 г. 3,3%-, 2,3% ШГ 30,3% 2014 г. 4,0% 4,0% 2015 г -..1,1% 2016 г 1,6% 34,4% 24,4% 2017 г 2,6% Клен Береза Ива, вяз, дуб, ясень, тополь Злаки Сосновые Щавель, маревые, осока береза Ива Злаки Сосновые Щавель Крапива береза Ива Злаки Сосновые Маревые, крапива Осока Клен Злаки Сосновые Осока Сосновые Злаки береза Рис. 3. Удельный вес основных таксонов второй волны палинации в г. Самаре (2013-2017 гг.) 2013 г. 2014 г. 1,6% 2015 г 3,5% 4,7% 2016 г 3,1% 1,1% 2017 г. 2,5% 6,2% Щавель Крапива Маревые Конопля Амброзия Полынь Щавель Крапива Маревые Конопля Амброзия Полынь Злаки, щавель Крапива Маревые Конопля Амброзия Полынь Сосновые Крапива Маревые Конопля Амброзия Полынь Осока, злаки, щавель Амброзия Полынь Крапива Злаки Маревые Конопля Рис. 4. Удельный вес основных таксонов третьей волны палинации в г. Самаре в 2013-2017 гг. 40 российский Аллергологический ^Журнал № 1-2019 Пятилетний мониторинг воздушной среды г. Самары Концентрация пыльцевых зерен/м3 Очень высокий Низкий риск Средний риск Высокий риск риск от 1 до 11- 101- ■ 10 100 1000 Щ >1000 Деревья Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Ольха Тополь Береза Ива Орешник Вяз Дуб Клен Ясень Сосновые Концентрация пыльцевых зерен/м3 Очень высокий Низкий риск Средний риск Высокий риск риск от 1 до 11- 101- ■ 10 100 1000 Щ >1000 Травы Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Злаки Осока Маревые Полынь Крапива Конопля Амброзия Концентрация пыльцевых зерен/м3 Очень Низкий риск Средний риск Высокий риск высокий риск от 1 от 11 31- ■ до 10 до 30 100 Щ >100 Рис. 5. Календарь пыления растений для г. Самары Обсуждение Проблема поллинозов имеет ярко выраженный региональный характер. В результате проведенных исследований выделено 10 доминирующих таксонов, которые формируют в среднем 87% ежегодного объема пыления: пыльца амброзии (24,3%), тополя (12%), березы (11,5%), сосны (7,5%), клена (6,3%), вяза (6,3%), крапивы (5,8%), ивы (4,8%), злаков (4,7%), полыни (3,7%). Таксоны значительно варьировали год от года по удельному весу. Только три таксона присутствовали в спектре ежегодно в количестве более 4% от общей суммы п.з. - амброзия (Ambrosia), тополь (Populus) и береза (Betula). Для стран Европы наиболее характерным является широкое распространение пыльцы злаковых трав, обычно ее дополняет пыльца растений семейства Крапивные (Urticaceae). В различных районах Европы дополнением к пыльце злаков, основной причиной поллинозов, выступают специфические для данных территорий продуценты. В частности, в Северной Европе это береза (Betula), ольха (Alnus), орешник (Corylus), в странах Средиземноморья -олива (Olea) и постенница (Parietaria). В отдельных районах существенный вклад в развитие поллиноза Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 41 Оригинальные статьи может вносить пыльца полыни (Artemisia), подорожника (Plantago), щавеля (Rumex) [3]. Пыльца амброзии является основным аллергеном в США [4] и Канаде [5], в некоторых частях Европы, Азии и Австралии [6]. В некоторых странах, имеющих высокую концентрацию пыльцы амброзии в атмосфере (Франция, Великобритания), проводится видовая идентификация п.з. амброзии. В большинстве случаев этого не делается, подразумевая под термином «амброзия» вид Ambrosia artemisiifolia. Тем не менее знание о распределении разных видов амброзии может быть полезно в связи с данными о наличии внутривидовой кроссреактивности [7]. На территории Самарской области распространена повсеместно амброзия трехраздельная (Ambrosia trifida). По данным Россельхознадзора, она занимает до 46% от общего числа земель в Самарской области и 86% в г. Самаре [8]. Амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia), широко распространенная в южных районах России, и амброзия голометельчатая (Ambrosia psilostachya) в Самарском регионе встречаются спорадически [9]. Очаги произрастания амброзии трехраздельной (Ambrosia trifida) зарегистрированы также в Оренбуржье, Республике Чувашия [10, 11]. Она встречается в южных районах Республики Башкортостан и имеет тенденцию к распространению на север Башкирии [12]. В результате проведенного исследования отмечены три периода палинации - весенний, летний, летне-осенний. Они характерны для многих регионов РФ, однако каждый период пыления отличается доминирующими таксонами и концентрацией пыльцы. Региональную особенность первой волны палинации определила специфика видового состава пригородных лесов г. Самары, где массово произрастает тополь дрожащий (осина), а также частое использование всех видов тополей в городском озеленении. В 2013 и 2017 гг. первое место среди древесных растений заняли представители рода тополь (Populus) - 22 и 21,2% таксонов за весь период наблюдения соответственно. Второе место в 2013-2015 гг. занимала пыльца березы (Betula) - удельный вес таксонов за период палинации составил 20,9; 14,3; 11,1% соответственно. По данным ряда исследований, в РФ основным таксоном аэропалинологического спектра является пыльца березы. Так, в г. Перми в 2010-2013 гг. удельный вес п.з. березы составлял 65% [13]. Город Самара находится в лесостепной зоне, что обусловливает своеобразную конкуренцию между травянистыми и древесными растениями по годам за первые места в рейтинге: в 2014-2016 гг. лидировала амброзия (Ambrosia) - удельный вес п.з. составил 15,2; 29,9; 43,9% соответственно. В 2013-2017 гг. доминировала пыльца тополя (Populus) - 22 и 21,2% п.з. соответственно за весь период наблюдения. Травянистые растения более распространены в южных районах РФ. По данным наблюдения за период 2004-2006 гг., обнаружено, что в аэропа-линологическом спектре г. Астрахани преобладали виды, относящиеся к 2 семействам: маревые и сложноцветные, их доля в аэропалинологическом спектре составила 30 и 25,5% соответственно. На третьем месте расположились представители семейства злаков (Poaceae): их присутствие в пыльцевом спектре г. Астрахани в среднем составило 9,1% [14]. В Самаре удельный вес п.з. злаков (Poaceae) составляет в среднем 4,7% от общего объема п.з. Источниками пыльцы являются разнообразные виды злаков, как используемые для создания городских газонов, так и формирующие протяженные полосы в придорожных зонах, а местами - сохранившиеся фрагменты ковыльной степи. Сравнительная характеристика аэропалинологического спектра г. Самары и г. Москвы в 2013 г. показала сходство таксономического состава в первый период палинации, однако содержание пыльцы ольхи, березы, дуба в г. Самаре регистрировалось в более низких концентрациях. В течение второй волны палинации в отличие от г. Москвы пыление злаков в Самарском регионе было более ранним, обильным и совпадало с периодом максимального пыления березы и ивы. В течение третьей волны палинации в г. Москве абсолютно доминировала пыльца крапивы и полыни, тогда как в г. Самаре преобладала пыльца амброзии, полыни, мари, обладающая выраженными аллергенными свойствами, что отражается на особенностях течения поллиноза [1, 2]. Для аэропалинологической ситуации в г. Самаре характерен длительный период очень высокого риска развития поллиноза с третьей декады июля по третью декаду августа. Полученные нами данные соответствуют результатам проведенных клинических исследований, показавшим, что наибольшее (59%) число обращений по поводу обострения поллиноза в г. Самаре приходится на июль-сентябрь. В апреле частота обострений поллиноза составила 16%, в мае - 15%, июне - 10% от числа всех обращений за период палинации [15]. Это связано с высокой концентрацией в этот период пыльцевых зерен амброзии и полыни. Таким образом, в результате проведенного исследования выделены доминантные таксоны пыльцевого спектра, составлен ориентировочный календарь пыления растений для г. Самары. Дальнейшие наблюдения позволят провести анализ факторов, влияющих на формирование пыльцевого спектра, усовершенствовать комплекс профилактических и лечебных мероприятий для лиц, страдающих поллинозом. 42 Российский Аллергологический ^^урнал № 1-2019 Пятилетний мониторинг воздушной среды г. Самары Информация об источниках финансирования Финансовой поддержки в настоящей статье не было. Конфликт интересов Авторы заявляют, что они не имеют конфликта интересов. Участие авторов • Концепция и дизайн исследования - Манжос М.В. • Сбор и обработка материала - Хабибулина Л.Р., Власова Н.В. • Статистическая обработка данных - Мазоха К.С., Жукова Н.Н. • Написание текста - Асеева Е.В., Козлова О.С. • Редактирование - Кавеленова Л.М.

About the authors

M V Manzhos

Samara Medical Institute «Reaviz»

Email: 89171415603mmv_kinel@mail.ru

L R Khabibulina

Samara Medical Institute «Reaviz»

N V Vlasova

Samara National Research University

L M Kavelenova

Samara National Research University

K S Mazokha

Samara Medical Institute «Reaviz»

N N Zhukova

Samara Medical Institute «Reaviz»

E V Aseeva

Samara Medical Institute «Reaviz»

O S Kozlova

Samara Medical Institute «Reaviz»

T V Moiseeva

Samara Medical Institute «Reaviz»

References

Supplementary files