Токсическое действие загрязнителей питьевой воды

  • частота и тяжесть неблагоприятного воздействия токсического агента на человека, особенно в форме необратимых и длительно протекающих изменений в организме, сопровождающихся генетическими и канцерогенными эффектами;

  • трансформация химического соединения в воде и/или в организме человека, приводящая к образованию продуктов, имеющих большую токсичность и опасность, чем исходные вещества;

  • величина популяции, подверженной действию химического соединения (вся популяция; профессиональные контингенты; группы населения, имеющие повышенную чувствительность к воздействию данного токсиканта).

  В соответствии с рекомендациями ВОЗ токсические химические соединения, обнаруживаемые в питьевой воде, разделяют на две группы:

  • вещества, концентрации которых при  прохождении в водопроводной барьерно-распределительной системе не изменяются и зависят только от содержания этих веществ в водоисточниках (мышьяк, селен, цианиды, фториды, хлориды, сульфаты и др.);

  • вещества, концентрации которых изменяются при прохождении воды через водопроводную барьерно-распределительную систему (алюминий, кадмий, хром, свинец, ртуть, хлороформ, четыреххлористый углерод, акриламид и др.). 
 

2. Токсическое действие кадмия как загрязнителя питьевой воды

      В последние десятилетия он вызывает значительный интерес как один из продуктов естественного радиоактивного распада, накапливающийся в организме  человека и животных, токсичный элемент и антиметаболит ряда химических элементов. В конце 60-х гг. XX в. было установлено, что загрязнение окружающей среды кадмием является причиной эндемического заболевания итаи-итаи в Японии. В глобальном загрязнении окружающей среды кадмием антропогенный вклад превышает вклад естественных источников в три раза. Наибольшие поступления кадмия в атмосферу и в почву в Европе связаны с работой сталелитейных заводов и промышленным сжиганием разнообразных отходов.

      Кадмий  поступает в питьевую воду, как правило, в результате коррозии гальванизированных труб, из красителей и стабилизаторов полихлорвиниловых труб, а также вследствие загрязнения источников водоснабжения сточными водами предприятий сталелитейной промышленности и производства пластмасс. В питьевой водопроводной воде уровни содержания кадмия не превышают 1 мкг/л, однако в подземных водах иногда обнаруживается кадмий в концентрациях 10 мкг/л и выше.

      Пероральное суточное поступление кадмия составляет 10—35 мкг, причем доля поступления этого элемента с водой не превышает 10 %. Допустимая суточная доза для кадмия считается 70 мкг. По мнению экспертов, ежедневное поступление в организм этой дозы не приводит к нежелательному повышению уровня кадмия в почках. Кадмий довольно хорошо всасывается из желудочно-кишечного тракта. На всасывание влияет целый ряд факторов: химическая форма потребляемого кадмия, возраст и дефицит кальция, железа, цинка, белка.

      Кадмий  относят к числу сильно ядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг. Обмен кадмия характеризуется следующими основными особенностями:

  • отсутствием эффективного механизма  гомеостатического контроля;

  • длительным удержанием в организме  с чрезвычайно долгим периодом полувыведения, составляющим у человека в среднем 25 лет (биологическим индикатором задержки кадмия в организме могут служить волосы);

  • преимущественным накоплением в  печени и почках (до 80 % в составе  металлотионеина);

  • интенсивным взаимодействием с  другими двухвалентными металлами, как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне (с цинком, кальцием, железом, селеном, кобальтом);

  • способностью проникать через плацентарный барьер.

        Последнее особенно важно в связи с выраженным тератогенным действием кадмия (тератогенные дозы — 11,1 мкмоль/кг), связанным с нарушением поступления в плод эссенциальных элементов (цинка). В последние годы дискутируется вопрос о канцерогенном потенциале кадмия и о его возможном иммунодепрессивном действии. Отсутствуют неоспоримые доказательства канцерогенности и генотоксичности металла при пероральном его поступлении в организм. Острая интоксикация проявляется тошнотой, рвотой, спазмами в животе, в тяжелых случаях — диареей и шоком. При хронических отравлениях кадмием наблюдаются рентгенографические изменения в костях (остеопороз), поражения проксимальных почечных канальцев, прогрессирующее развитие систолической гипертензии, признаки анемии. Таким образом, важнейшими кадмиозами человека являются острое и хроническое отравление этим элементом. Четко выделены: кадмиевый ренит, кадмиевая нефропатия с типичной протеинурией, кадмиевая остеомаляция (болезнь итаи-итаи), нейротоксический синдром (приступы головных болей, головокружения, усиление коленного рефлекса, тремор, дермографизм, нарушение сенсорной и моторной хронаксии). 
 

2.3 Токсическое действие мышьяка как  загрязнителя питьевой воды 

        Мышьяк является одним из наиболее токсичных загрязнителей воды и пищевых продуктов. Наиболее часто встречается в питьевой воде в биогеохимических провинциях, что связано с прохождением грунтовых вод через горные породы, содержащие природный мышьяк. В большей степени загрязнение водоисточников, в первую очередь поверхностных, мышьяком связано с пестицидами и гербицидами, а также промышленными стоками. Хотя сам мышьяк нерастворим в воде, некоторые из его соединений имеют хорошую растворимость. Наибольшую опасность для человека представляют трехвалентные соединения мышьяка. Основными источниками загрязнения биосферы этим элементом являются выбросы электростанций, металлургических производств, мышьяксодержащие пестициды. В животноводстве мышьяковистые препараты применяются как стимуляторы роста.

        При контакте с организмом человека мышьяк поступает в кровь, а затем обнаруживается главным  образом в печени, мышечной ткани, почках, селезенке и кожных покровах. Мышьяк способен проникать через плацентарный барьер. В организме человека неорганический мышьяк способен превращаться в моно-и диметилированные соединения. Соединения мышьяка выводятся из организма в основном с мочой. Период полувыведения мышьяка лежит в пределах от 10 ч до нескольких дней. Трехвалентный мышьяк подавляет активность многих ферментов, в частности содержащих сульфгидрильные группы.

        Клиническая картина  хронического отравления мышьяком зависит от многих условий и потому полиморфна, варьирует также последовательность развития симптомов отравления. Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические, которые не претерпевают в организме существенных изменений и в основном выводятся почками в первоначальном виде.

      В начальный период интоксикации часто  наблюдаются потеря аппетита, тошнота, позывы на рвоту, диспепсические явления. В дальнейшем присоединяются симметричный бородавчатый кератоз ладоней и подошв, меланоз в сочетании с участками депигментации кожи, атрофия и ломкость ногтей (диагностическое значение имеют «линии Мее» — поперечные белые полосы на ногтях), выпадение волос (концентрация в них мышьяка повышена — более 4 мкг/г). Большое практическое значение имеют неврологические симптомы: интеллектуально-мнестические и речевые расстройства, депрессии, полиневриты (чаще симметричные, особенно малоберцового и лучевого нервов), заканчивающиеся парезами с атрофическими изменениями мышц, а также ретро-бульбарный неврит, нарушение вкуса и обоняния. Природа этих расстройств при недостаточном учете анамнестических данных не всегда своевременно распознается. Концентрация мышьяка в моче 2—4 мг/л свидетельствует об интоксикации.

      Допустимая  суточная доза для мышьяка составляет около 3 мг. При этом необходимо учитывать суммарное поступление этого элемента как с питьевой водой и рационом питания, так и возможно с лекарственными препаратами.

      Неорганический  мышьяк является документально подтвержденным канцерогеном и по классификации МАИР относится к группе 1 (агенты, являющиеся канцерогенами для человека). Рассчитано, что воздействие в течение всей жизни мышьяка, поступающего с водой в концентрации 0,2 мг/л, дает 5%-й риск развития рака кожи. 
 

4. Токсическое действие железа как типичного загрязнителя питьевой воды

     Железо  является истинным биоэлементом. В  природных водах встречается  довольно часто, достигая иногда 70 мг/л. Железо в питьевую воду попадает также  и вследствие коррозии трубопроводов.

     Высокое содержание железа в воде вызывает отложение осадка в трубах и их зарастание, а также ухудшает вкус питьевой воды (привкус ржавчины), после «железной» воды остаются желтые разводы на сантехнике и пятна на одежде.

     Соединения  железа в воде присутствуют в трех формах: растворенной (ионной), коллоидной, нерастворимой (ржавчина).

     Растворенное  железо бывает в трехвалентной и  в двухвалентной формах. Железо в  трехвалентной форме окрашивает воду в желтовато-бурый цвет. В  присутствии кислорода в воде очень быстро переходит в трехвалентную  форму и образует малорастворимый гидроксид железа(III), коричневый осадок.

     Этот  процесс используют при очистке  и доочистке воды от примеси ионов  железа. Гидроксид железа (III) выпадает также и при аэрировании (отстаивании) воды:

     Окислением  с перманганатом калия можно  выделить не только железо, но и марганец, который, как правило, сопутствует высокому содержанию железа в воде:

     Геохимические исследования водоисточников в Тамбовской области показали, что в 70% случаев обследованных населенных пунктов области, содержание железа в питьевой воде выше 0,3 мг/л. Так например в водах Мичуринска содержание железа (суммарно) составляет 2,11-0,61 мг/л.

     Повышенное  содержание железа в питьевой воде  может способствовать развитию у человека многих заболеваний: заболевания ЖКТ, ишемическая болезнь сердца, зуд и сухость кожи, аллергические реакции на коже. Повышенное содержание в воде железа ухудшает ее органолептические свойства (привкус),  вызывает зарастание водопроводных систем и запорной арматуры, является причиной брака во многих отраслях промышленности.

     Воду  с высоким содержанием солей  железа необходимо специально очищать (обезжелезнивать) перед подачей  потребителю, в свою очередь потребителям также рекомендуется дочищать воду перед употреблением, так как значительная часть соединений железа поступает в воду в водораспределительной сети. 
 

2.5 Токсическое действие свинца и ртути как загрязнителей питьевой воды 

        Отравление свинцом  было знакомо людям еще в античном мире как сатурнизм или плюмбизм, отдельные клинические признаки которого были описаны Гиппократом в 370 г. до н. э. В настоящее время свинец вызывает повышенный интерес как приоритетный загрязнитель окружающей среды, ежегодные промышленные и транспортные выбросы которого превышают 400 000 т, угрожая здоровью миллионов людей, особенно детей.

        Основным путем  поступления свинца в организм является пищеварительный тракт. Усвоение свинца стимулируется желчными кислотами и усиливается при полном или частичном голодании. Кальций, железо, магний, некрахмальные полисахариды (пищевые волокна), соединительнотканные белки (коллагены) уменьшают всасывание свинца.

        Основным источником загрязнения питьевой воды свинцом  является сама распределительная водопроводная система, где этот элемент содержится в трубах, припоях, арматуре. Содержание свинца в питьевой воде особенно велико, если вода употребляется из водопроводного крана по утрам без слива по крайней мере первых 100 мл, находившихся в непосредственном контакте с латунными вентилями.

        Основными сферами  избирательной токсичности соединений тяжелых металлов и мышьяка являются специфический эпителий почек, печени и кишечника, эритроциты и нервные  клетки, где наблюдается повышенная концентрация этих веществ, поэтому нефропатия, токсическая дистрофия печени, выраженная неврологическая симптоматика и гемолиз часто превалируют в клинической картине этих отравлений.

      Свинец  выводится из организма с калом (90 %), мочой (клубочковая фильтрация и канальцевая экскреция), а также с потом и грудным молоком. В организме существуют три основных метаболических пула этого элемента. Самый короткий период полувыведения свинца установлен для крови. Мягкие ткани, включая скелетные мышцы, представляют собой пул со средней продолжительностью полувыведения свинца, равной нескольким неделям, а скелет — пул с очень продолжительным периодом полувыведения, продолжающимся месяцы и годы. Более 90 % свинца, присутствующего в крови, связано с эритроцитами. Свинец плазмы крови комплексируется преимущественно с трансферрином (особенно при железодефицитных состояниях). Содержание свинца в крови отражает нагрузку им организма. Концентрация свинца в цельной крови человека в норме колеблется в пределах 1,45— 1,93 мкмоль/л. Концентрации 2,9—3,86 мкмоль/л отражают нагрузки этим элементом, способные вызвать определенные биохимические сдвиги без проявления, однако, клинических симптомов свинцовой интоксикации. Для детей эти границы существенно ниже.