Влияние качества воды на здоровье человека

Все заболевания, связанные с водным фактором, можно разделить на две большие группы:

- обусловленные биологическим составом воды;

- химическим составом воды.

Биологическое загрязнение воды вызывает эпидемиологическую опасность среди населения в отношении инфекционных, вирусных и паразитарных заболеваний, о чем уже было сказано в предыдущем разделе главы.

Среди заболеваний, связанных с химическим составом воды (неинфекционных заболеваний), можно выделить также две группы патологий у населения:

- обусловленные природным химическим составом воды;

- обусловленные антропогенным химическим загрязнением воды.

Обладая большой биологической активностью микроэлементы (йод, бром, фтор, селен, стронций, молибден, кобальт и другие) определяют в организме человека нормальное течение многих физиологических и обменных процессов, участвуют в минеральном обмене и, как катализаторы различных биохимических реакций, оказывают влияние на общий обмен.

Но поскольку содержание микроэлементов в организме находится в прямой зависимости от их присутствия в объектах окружающей среды, в том числе, и в воде, то недостаток или избыток того или иного микроэлемента в воде и других средах может вызвать нарушение различных функций и заболевания.

Так как микроэлементы распределены в земной коре неравномерно, создается избыток или недостаток их в воде, почве, растениях определенных районов. Такие районы называются биогеохимическими провинциями, которые могут быть природными и антропогенными, а заболевания, возникшие среди населения этих районов, называются геохимическими эндемиями. Многие из таких заболеваний связаны с водным фактором.

На заседании группы экспертов ВОЗ в Риме (2003 г.) при подготовке 4-го издания Руководства по качеству питьевой воды рассматривались многие вопросы, связанные с химическим составом воды, в том числе, влияние обнаруженных в воде веществ на состояние здоровья и самочувствие человека.

Наиболее изучены геохимические эндемии, связанные с недостатком или избытком фтора, недостатком йода, стронция, кобальта.

Экспертами ВОЗ сделан вывод о том, что оптимальное потребление фтора с питьевой водой – важный фактор здоровья зубов. Было также отмечено, что потребление фтора в количестве больше оптимального может привести к флюорозу зубов, а еще большие концентрации – к флюорозу скелета. Флюороз (fluorosis) – заболевание, связанное с интоксикацией фтором, возникающее в результате повышенного содержания фтора в питьевой воде. Одним из наиболее ранних признаков флюороза является поражение зубов (гипоплазия зубной эмали). Точный механизм возникновения флюороза еще до конца не изучен. Считают, что фактор токсически действует на амелобласты, что и ведет к неправильному формированию эмали.

Фтор является важным биологическим элементом, выполняющим физиологическую роль в организме. Фтор входит в состав всех органов человека, но в основном он содержится в костях и зубах. Взрослый человек получает в среднем с продуктами 0,5-1,1 мг фтора в сутки с пищевыми продуктами и 2,2-2,5 мг с водой. Характерно, что фтор пищевых продуктов всасывается хуже, чем фториды, растворимые в воде. Чем больше фтора в питьевой воде, тем чаще встречается флюороз и меньше - кариес.

Флюорозом поражаются в основном постоянные зубы детей (молочные редко), живущих с рождения в очаге эндемического флюороза или поселившихся там, в возрасте до 3-4 лет. При незначительном превышении содержания фтора поражаются только резцы, при большом - все зубы.

Установлено, что большая часть фтора, поступающего в организм, выделяется почками и потовыми железами, а меньшая часть задерживается в организме. Наряду с этим при наличии у большинства людей эндемического района значительных изменений зубов у некоторых лиц имеются легкие поражения. Более того, в таких районах есть дети, зубы которых совершенно здоровы. Это значит, что при одинаковой концентрации фтора в воде организм может по-разному реагировать на его поступление.

В соответствии с государственными стандартами определена допустимая концентрация фтора в водоисточнике - 1,5 мг/л. Следует отметить, что при такой концентрации нередко наблюдается флюороз зубов. При концентрации фтора в воде - 1,0 - 1,5 мг/л наблюдается флюороз у 30% населения, при 1,5-2,0 мг/л – 30-40%, при 2,0-3,0 мг/л флюороз наблюдается у 80-90% населения эндемического района. Употребление в течение длительного времени воды с повышенным содержанием фтора не вызывает у взрослых изменения цвета эмали сформированных зубов. Концентрации фтора в воде, превышающие 6 мг/л, могут вызвать изменения в уже сформировавшихся зубах. Следует отметить, что в местах с жарким климатом может наблюдаться выраженный флюороз зубов при умеренном содержании фтора в питьевой воде (0,5-0,7 мг/л). Это связано с повышенным введением воды в организм. На территории СНГ очаги флюороза выявлены во всех республиках, но с наибольшим клиническим проявлением на территории Украины, РФ, Азербайджана, Молдавии, Казахстана.

На основании клинических наблюдений установлено, что оптимальным содержанием фтора в питьевой воде является 1 мг/л, при такой концентрации редко наблюдается флюороз (или проявляется в виде легкой формы) и имеет место выраженный кариесостатический эффект. В зависимости от тяжести проявления флюороза зубов различают следующие формы: штриховую, пятнистую, меловидно-крапчатую, эрозивную и деструктивную. Первые три формы протекают без потери тканей зуба, а эрозивная и деструктивная - с потерей.

Имеются биогеохимические провинции с недостаточным содержанием йода в питьевой воде. Недостаток его приводит к зобной болезни, которая проявляется в увеличении щитовидной железы, задержке роста, физического и умственного развития. Мало содержат йода воды горных мест (южные районы Казахстана), нечерноземные, дерново-подзолистые и болотистые почвы (Полесье, Северный Кавказ и др.). Для нормальной функции щитовидной железы необходимо поступление в организм 100 - 200 мкг йода в сутки, что обеспечивается употреблением питьевой воды и пищевых продуктов. При недостаточном содержании йода в окружающей среде используют методы йодирования продуктов питания (поваренной соли, хлеба).

Природные воды некоторых районов Восточной Сибири, Читинской и Амурской областей бедны кальцием, но богаты стронцием. При длительном использовании такой воды нарушаются процессы окостенения (стронций вытесняет кальций), появляется ломкость и деформация костей, обусловливающие тяжелые уродства. Это заболевание носит название уровской болезни (так как впервые было обнаружено в районах, расположенных по течению р. Урова). Эндемии уровской болезни имеют место также в Северной Корее, Северном Китае, Швеции.

Кроме микроэлементов, на организм человека большое влияние оказывает повышенное или пониженное содержание различных минеральных солей, находящихся в воде.

Сильно минерализованная вода способствует повышению гидрофильности тканей организма, понижению диуреза, задержке воды в организме. По мнению экспертов ВОЗ, только некоторые минеральные вещества в природной воде находятся в количествах, достаточных для того, чтобы учитывать их вклад в общее поступление. При условии потребления жесткой воды магний и, возможно, кальций – два элемента, поступающие в организм человека из воды в существенных количествах. Данное заключение сделано на основе 80 эпидемиологических исследований, охватывающих 50-летний период. Несмотря на то, что исследования в основном имели экологический характер и были выполнены на разных уровнях, эксперты признали, что гипотеза о связи потребления жесткой воды с частотой сердечно-сосудистых заболеваний верна, а важнейшей полезной составляющей следует считать магний. Этот вывод был подтвержден как контрольными, так и клиническими исследованиями.

На сегодняшний день также доказано, что потребление воды, бедной минеральными веществами, оказывает негативное влияние на механизмы гомеостаза, обмен минеральных веществ и воды в организме: усиливается выделение жидкости (диурез). Это связано с вымыванием внутри- и внеклеточных ионов из биологических жидкостей, их отрицательным балансом. Кроме того, изменяется общее содержание воды в организме и функциональная активность некоторых гормонов, тесно связанных с регуляцией водного обмена.

Результаты эксперимента, проведенного учеными ВОЗ (1980) на людях-добровольцах, показали сходную картину, что позволило обрисовать основной механизм воздействия воды с минерализацией до 100 мг/л на обмен воды и минеральных веществ:

1) повышенные диурез (на 20% по сравнению с нормой), уровень жидкости в организме и концентрация натрия в сыворотке;

2) пониженная концентрация калия в сыворотке;

3) повышенное выведение ионов натрия, калия, хлоридов, кальция и магния из организма.

Исследования российских ученых показали, что население, потребляющее воду с малым содержанием минеральных веществ подвержено риску многих заболеваний. Это гипертензия (высокое артериальное давление) и изменения в коронарных сосудах, язва желудка и двенадцатиперстной кишки, хронический гастрит, зоб, осложнения у беременных, новорожденных и грудных детей, такие как желтуха, анемия, переломы и проблемы роста (Мудрый И.В., 1999). Тем не менее, не до конца ясно, связаны ли все эти заболевания именно с нехваткой кальция, магния и других важных элементов или с иными факторами.

Иногда последствия недостаточного поступления в организм некоторых веществ видны лишь спустя долгие годы, но сердечно-сосудистая система, испытывающая нехватку кальция и магния, реагирует гораздо быстрее. Несколько месяцев употребления воды, бедной кальцием и/или магнием – достаточный срок (Е. Рубенович и соавт., 2000).

По данным Лютай Г.Ф. (1992), в Усть-Илимской регионе России жители, употреблявшие воду с более низкой минерализацией, чаще страдали от зоба, гипертензии, ишемической болезни сердца, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, холецистита и нефрита. Дети медленнее развивались и страдали некоторыми отклонениями в росте, беременные женщины – отеками и анемией, новорожденные чаще болели. Более низкий уровень заболеваемости был отмечен там, где содержание кальция в воде составляло 30-90 мг/л, магния – 17-35 мг/л, а общая минерализация – около 400 мг/л (для воды содержащей гидрокарбонаты). Автор пришел к выводу, что такая вода близка к физиологической норме для человека.

Группа исследователей ВОЗ (1980) рекомендует употреблять в питьевых целях воду с минерализацией не менее 100 мг/л, а оптимальная минерализация составляет 200-400 мг/л для хлоридно-сульфатных вод и 250-500 мг/л для гидрокарбонатных вод.

Повышенное содержание в воде солей азотной кислоты (нитратов) может послужить причиной образования в крови, особенно у детей раннего возраста, метгемоглобина, вследствие чего может развиться токсический цианоз (метгемоглобинемия) – тяжелое заболевание крови, сопровождающееся резким побледнением кожных покровов.

В воду могут попасть вместе с производственными стоками различные токсические вещества: мышьяк, свинец, ртуть, кадмий, диоксины, фенол и др. В этих случаях вода также может стать причиной ряда заболеваний неинфекционной природы.

О том, что загрязнение водных объектов токсическими веществами пагубно влияет на живые организмы, свидетельствуют такие данные.

Со времен расцвета промышленности в Казахстане еще в Советском государстве, озеро Балхаш стал постепенно мелеть. За 30-40 лет площадь озера сократилась более чем на 2000 квадратных километров. Береговая линия отступила на два с лишним метра. На месте некоторых заливов образовались солончаки. Именно в 60-е годы местные рыбаки впервые стали вылавливать обезображенного язвами и фибросаркомой судака, что связывают с деятельностью Балхашского горнометаллургического комбината. Спустя 30 лет уже никто и не брался подсчитывать количество больной рыбы. И сегодня диагноз экологов, биологов, химиков, подтвержденный снимками из космоса, удручает.

К настоящему времени в области гигиены воды накоплен обширный фактический материал, свидетельствующий о некоторых особенностях проявления токсического действия металлов при поступлении с питьевой водой. Данные о токсичности металлов при поступлении в организм с питьевой водой свидетельствуют о количественной зависимости интоксикации организма этими биологически активными химическими веществами. Реализация токсического действия на организм многих металлов проявляется как специфическими, так и неспецифическими эффектами. При этом последние при действии малых доз металлов приобретают ведущее значение.

Г.Н. Красовский и соавт. (1992) считают, что гигиеническая оценка при одновременном содержании металлов в воде, как и других химических веществ, должна осуществляться с учетом суммирования эффектов и при этом допустимый предел содержания металлов в воде уменьшается соответственно их числу и иногда может достигать величин, значительно меньших, чем их концентрации, обнаруживаемые на незагрязненных участках водоемов.

Кроме того, изучение комплексного и комбинированного действия металлов следует отнести к одному из актуальных направлений медико-биологических исследований. Только правильное понимание значимости действия на организм этих биологически активных химических веществ, базирующееся на фактическом материале, позволит обеспечить безопасное для здоровья водопользование населения (Онищенко Г.Г., Новиков С.М., Рахманин Ю.А. и др., 2000).

Уже многие десятилетия известно, что в Китае, на Тайване и в некоторых странах Центральной и Южной Америки питьевая вода содержит высокие концентрации мышьяка. Позднее были открыты и другие районы с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде. В большинстве случаев источником питьевой воды являются грунтовые воды, в которые мышьяк поступает из мышьяксодержащих геологических пород.

В питьевой воде преобладают неорганические соединения мышьяка в виде арсенатов и арсенитов. Изучение онкологической заболеваемости и смертности населения, проживающего в районах с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде, выявило повышенную смертность от рака мочевого пузыря, рака легкого и рака кожи. Это позволило сделать вывод о канцерогенности для человека мышьяка, содержащегося в питьевой воде.

Кадмий опасен в любой форме. Доза в 30-40 мг смертельна. Этот металл выводится из организма очень плохо, лишь 0,1% в сутки. Ранними симптомами отравления кадмиемявляются поражение почек и нервной системы, белок в моче, нарушение функции половых органов (воздействие на семенники), острые костные боли в спине и ногах. Кроме того, кадмий вызывает нарушение функции легких и обладает канцерогенным действием, накапливается в почках (содержание 0,2 мг Cd на 1 г массы почек вызывает тяжелое отравление). Избыточное поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии.

Недостаток железа в организме усиливает аккумуляцию кадмия усиленно накапливается при недостатке Zn и Se. Избыток кадмия вызывает и усиливает дефицит Zn и Se.

По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бенз(а)пиреном. Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец.

В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении.

В питьевой воде различных стран мира содержание свинца изменяется в пределах 1- 60 мкг/л и в большинстве европейских стран не превышает 20 мкг/л.

Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние здоровья новорожденных, они имеют более низкие показатели физического развития, чем в контрольных районах. В обследованных городах с металлургическим производством у женщин увеличено число случаев бесплодия, самопроизвольных абортов, токсикозов, мертворождаемости и рождения детей с уродствами: дефектами развития костно-суставной системы, врожденными пороками сердца и др. Частота врожденных пороков развития выше среди детей, родители которых работают на металлургическом комбинате.

Ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов, блокирующих сульфгидрильные группы белковых соединений и этим нарушающих белковый обмен и ферментативную деятельность живого организма. Прием внутрь 1 г ртутной соли смертелен. В пересчете на ртуть для этого достаточно 150-300 мг металла; вредные эффекты уже проявляются при дозе «чистой» ртути в 0,4 мг.

Особенно сильно ртуть поражает нервную и выделительную системы человека и других живых организмов. При воздействии ртути возможны острые (проявляются быстро и резко, обычно при больших дозах воздействия) и хронические (влияние малых доз ртути в течение относительно длительного времени) отравления.

У беременных женщин ртуть преодолевает плацентарный барьер и поражает плод. Анализ последствий известных массовых отравлений ртутью в Японии и Ираке показал, что у матерей, перенесших легкое отравление органическими соединениями этого металла, рождались дети с тяжелым церебральным параличом.

Наиболее известно массовое отравление местного населения, произошедшее в 50-х годах в Японии в районе бухты Минамата, в которую поступали сточные воды фабрики, применявшей металлическую ртуть в качестве катализатора при производстве винилхлорида. Отравление населения произошло за счет употребления в пищу выловленной из залива рыбы и других морепродуктов с накопленным высоким содержанием метилртути (это заболевание получило название «болезнь Минамата»). К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата. В настоящее время ограничение на употребление в пищу рыбы, выловленной в загрязненных водоемах, существует во многих странах мира - в США, Канаде, Швеции, Финляндии, Дании и др.

Диоксины вызывают целый ряд серьезных заболеваний, среди которых образование злокачественных опухолей, психические расстройства, нарушение обучаемости, снижение иммунитета, сокращение содержания мужского гормона, диабет, импотенция, эндометрит. "Диоксиновый" человек очень уязвим: разрушается его иммунная система, любая инфекция протекает гораздо тяжелее и дает множество осложнений. Стоит диоксину однажды попасть в организм человека, и он остается там навсегда, начиная свое долговременное вредное воздействие.

Аномально высокие токсичные свойства диоксинов связаны со строением этих соединений, с их специфическими химическими и физическими свойствами. Диоксины не разрушаются кислотами и окислителями в отсутствии катализаторов, устойчивы в щелочах, не растворимы в воде, на диоксины не действует термическая обработка, период их полураспада составляет от 10 до 20 лет, попадая в организм человека или животных, они накапливаются и очень медленно разлагаются и выводятся из организма.

Концентрация диоксинов в организме человека мизерна - она исчисляется частями на триллион, т.е. единицы на 10-12 г (это равно миллиардной доле грамма диоксина на килограмм жировых отложений организма). Есть мнение, что этот уровень является или близок к пороговому, с которого начинается серьезное влияние диоксина на состояние здоровья (Е. А. Мамонтова и соавт., 2002; Б.А. Ревич и соавт., 2006).

Радиационная нагрузка на организм с водой также нашла отражение в научной литературе. Так, при изучении поглощенной тканевой дозы для взрослых установлено, что только от инкорпорированных радионуклидов (¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr) с пищей и водой она составляет для различных органов 4,4 рад/год – 102 рад/год. Однако по данным НКДАР ООН, вклад питьевой воды в суммарную дозу облучения населения не является преобладающим (за исключением отдельных регионов) и обусловлен в основном присутствующими в воде радионуклидами природных рядов урана и тория. Наибольший вклад в формирование дозы облучения за счет потребления питьевой воды вносят изотопы урана, радия, радона и полония, в меньшей степени – свинца-210 и изотопы тория. Считают что, вклад присутствующих в питьевой воде калия-40, трития и углерода-14, а также искусственных радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в облучение пренебрежимо мал.

Содержание природных радионуклидов в воде источников водоснабжения может повышаться в результате сбросов и выбросов производственных предприятий (горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, цветной металлургии, угольной промышленности, предприятий по производству керамических изделий, минеральных удобрений и др.). Содержание искусственных радионуклидов в воде источников водоснабжения может повышаться в результате радиационных аварий, а также сбросов и выбросов предприятий ядерной энергетики и др. (Кириллов В.Ф.и соавт., 2003; Кудрявцев В.Н. и соавт., 2006; Бигалиев А.Б. и соавт., 2007 и др.).

Считают, что наибольшие концентрации ⁹⁰Sr, особенно в период интенсивных глобальных выпадений, наблюдаются в костной ткани детей младших возрастных групп, по сравнению со взрослом населением. А поступающий в организм ¹³⁷Cs практически полностью всасывается из желудочно-кишечного тракта и до 80% его откладывается достаточно равномерно в мышечной ткани. Период биологического полувыведения радионуклида из организма является функцией возраста (Марей А.Н. и соавт., 1974; Василенко И.Я. и соавт., 2002 и др.).

В настоящее время учеными изучается вопрос о роли побочных продуктов обработки воды, в частности при хлорировании. Установлено, что в результате хлорирования воды в ней образуются в качестве побочных продуктов хлорированные углеводороды, в том числе хлорал, хлоралгидрат, дихлоруксусная кислота, трихлоруксусная кислота и 3-хлор-4-(дихлорметил)-5-гидрокси-2(5Н)-фуран. Полученные неоднозначные и, в том числе, статистически недостоверные результаты не дают достаточных оснований считать хлорирование воды фактором онкологического риска для человека. Проведено специальное исследование по изучению онкологического риска хлорамина, используемого для обеззараживания воды. Опыты на животных также не дали убедительных доказательств его канцерогенности.