Медицинские проблемы загрязнения воды загрязнителями химической природы

К критериям, учитывающим всю совокупность характеристик загрязнителей и особенностей возможного их действия на здоровье населения, согласно Международной программе по химической безопасности, относятся:

• — широкое распространение токсиканта в водоисточниках и питьевой воде;
• — возможное присутствие химических веществ в питьевой воде на уровнях, способных вызывать неблагоприятные изменения в состоянии здоровья у населения;
• — устойчивость токсического вещества к воздействию факторов среды, в том числе водной, возможность включения его в природные процессы циркуляции веществ и накопление в организме;
• — 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).

Загрязнители, поступающие в сточные воды можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяются нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнители делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические. Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами. Органические загрязнители по происхождению подразделяются на растительные и животные. Растительные органические загрязнители представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. Загрязнители животного происхождения — это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества.

Основными загрязнителями химической природы являются бензол, поверхностно-активные вещества (ПАВы), полициклические и ароматические углеводороды, нитрозамины, тяжелые металлы (мышьяк, свинец, ртуть), удобрения, пестициды, кислоты, щелочи.

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

• — вещества, концентрации которых при прохождении в водопроводной барьернораспределительной 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 барьернораспределительную систему (алюминий, кадмий, хром, свинец, ртуть, хлороформ, четыреххлористый углерод, акриламид и др.).

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам (ПДК или ОБУВ, ориентировочные безопасные уровни воздействия) по содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах, появляющихся в воде в процессе ее обработки, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека.

К опасным загрязнителям вод относятся тяжелые металлы. Некоторые тяжелые металлы, например медь, цинк, ванадий и ряд других, необходимы живым организмам в качестве микроэлементов, хотя уже в микромолярных концентрациях становятся токсичными. Антропогенные источники опасного повышения содержания тяжелых металлов в водах весьма разнообразны. Это промышленное производство, в стоках которого содержатся соли тяжелых металлов в недопустимо высоких концентрациях.

Тяжелые металлы, попадая в организм человека, вызывают различные нарушения здоровья.

Свинец, попадая в ЖКТ, после резорбции соединяется с гемоглобином крови и распространяется по всему организму, способен формировать в костной ткани и зубах труднорастворимое вещество фосфат свинца и находиться там долгий период. Даже при безопасном уровне в крови свинец может вызывать неврологическую симптоматику: раздражительность и ухудшение внимания. Длительное воздействие приводит к мышечной слабости и падению уровня гемоглобина (гипохромная анемия), свинец проникает через плацентарный барьер. Проявлениями хронической интоксикации являются слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, уменьшение массы тела, боль в животе.

Мышьяк является одним из наиболее токсичных контаминантов 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.

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. Хроническое воздействие мышьяка приводит к потере веса, депрессии и развитию онкологических заболеваний.

Кадмий поступает в питьевую воду в результате коррозии гальванизированных труб, из красителей и стабилизаторов полихлорвиниловых труб, а также со сточными водами предприятий сталелитейной промышленности и производства пластмасс. В питьевой водопроводной воде уровни содержания кадмия не превышают 1 мкг/дм3, однако в подземных водах иногда обнаруживается кадмий в концентрациях 10 мкг/дм3 и выше.

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;
• — 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.

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. Четко выделены: кадмиевый ринит, кадмиевая нефропатия с типичной протеинурией, кадмиевая остеомаляция (болезнь итай-итай), нейротоксический синдром (приступы головных болей, головокружения, усиление коленного рефлекса, тремор, дермографизм, нарушение сенсорной и моторной хронаксии).

Хром в питьевой воде относительно редко встречается в концентрациях, превышающих 0,05 мг/дм3. Важно подчеркнуть, что специфической токсической формой является шестивалентный хром, который оказывает повреждающее действие на почки, печень и желудочно-кишечный тракт и к тому же обладает генотоксичностью и канцерогенностью. Трехвалентный хром рассматривается как форма, эссенциальная для человека и практически нетоксичная, вероятно имеющая значение для профилактики некоторых форм диабета и атеросклероза у человека.

Фтористые соединения используются при производстве алюминия, стекла, фосфорных удобрений и со сточными водами таких предприятий могут попадать в водоисточники. Пониженное содержание фтора в питьевой воде неблагоприятно сказывается на состоянии зубной эмали. Частота кариеса уменьшается по мере возрастания концентрации фтора в питьевой воде примерно до 1 мг/дм3. Дальнейшее увеличение концентрации фтора приводит к росту частоты флюороза зубов и изменениям со стороны костной системы (деформирующий остеоартроз), а также замедлению роста, поражению почек и щитовидной железы.

Селен присутствует в питьевой воде в незначительных концентрациях, как правило, менее 0,005 мг/дм3. По этой причине суточное поступление селена в организм с питьевой водой не превышает 5 — 10% от поступления с пищевыми продуктами. Селен является незаменимым для человека элементом, поскольку в частности входит в состав фермента глутатионпероксидазы. Опасность хронического воздействия селена на здоровье людей не определена в достаточной степени, но известно, что потребление воды с повышенными концентрациями этого элемента может вызывать поражения желудочно-кишечного тракта, ногтей, волос и разрушение зубов. В некоторых регионах с низким содержанием селена в окружающей, в том числе и водной среде, у местного населения отмечается эндемическая кардиомиопатия (болезнь Кешана) и остеоартропатия (болезнь Кашина-Бека).

Основным источником загрязнения питьевой воды свинцом является сама распределительная водопроводная система, где этот элемент содержится в трубах, припоях, арматуре.

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.

При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения (анемия микроцитарная, нормохромная, морфологически не отличимая от железодефицитной анемии), нервная система (энцефалопатия и нейропатия) и почки (нефропатия).

Позже присоединяются общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, потеря аппетита, уменьшение массы тела, запоры, боль в животе (в эпигастральной области), признаки анемии. Могут обнаруживаться диффузная дегенерация миокарда, нарушения психического развития детей, хроническая нефропатия.

Ртуть и ее соединения, в особенности органические, причисляют к опаснейшим, высокотоксичным веществам, кумулирующимся в организме человека и длительно циркулирующим в биосфере. Крайним выражением современного хронического ртутного отравления, связанного с экологической проблемой, является болезнь Минамата (отравление алкилртутью через морепродукты). Наибольшее практическое значение в экологической патологии представляет не естественное поступление ртути в окружающую среду (из горных пород), а локальное загрязнение, связанное с производственной деятельностью человека (сжигание топлива, электротехническая и целлюлозная промышленность).

Значительное количество ртути выпадает в донные отложения, где она может сохраняться десятки лет. Здесь под воздействием микроорганизмов ртутные соединения постепенно превращаются в органические (метилртуть) хорошо растворимые соединения, вторично загрязняющие воду и легко включающиеся в пищевые цепи. Гидробионты способны накапливать метилртуть в концентрациях, значительно превышающих ее содержание в воде и низшем звене трофической цепи (коэффициент концентрирования достигает 3000).

Хронические отравления ртутью (микромеркуриализм) характеризуются поражением центральной и вегетативной нервной системы, печени и выделительных органов (почек, кишечника). При этом отмечается головная боль, быстрая утомляемость, ослабление памяти, чувство беспокойства, апатия, ухудшение аппетита, снижение массы тела. В дальнейшем появляются слабовыраженный тремор кистей рук и диагностируемые лабораторными методами нарушения функции печени и почек. При более тяжелом отравлении наблюдаются снижение чувствительности кожи на конечностях, парастезия вокруг губ, сужение поля зрения, атаксическая походка, расстройство эмоциональной сферы. Ртуть оказывает также гонадои эмбриотоксическое, тератогенное и мутагенное действие.

Алюминий широко распространен в природе и часто обнаруживается в воде. Соли алюминия используются при очистке воды для устранения ее цветности и мутности. Присутствие алюминия в питьевой воде в концентрациях более 0,3 мг/дм3, как правило, свидетельствует о нарушении процессов очистки воды. Воздействие алюминия на человека осуществляется многими путями и с питьевой водой, вероятно, поступает не более 5% от общего количества элемента, обнаруживаемого в организме.

Алюминий обладает низкой токсичностью, однако некоторые исследователи связывают воздействие этого элемента на человека с поражениями мозга, характерными для болезни Альцгеймера.

Медь обладает раздражающим действием на ЖКТ, индуцирует гепатический цирроз, ослабление иммунитета, функциональные расстройства нервной системы. Кроме этого медь придает металлический вкус воде. Летучие органические соединения (ЛОС) — водные примеси, представляющие опасность даже в незначительной концентрации. К ним относятся бензол, тетрахлористый углерод, толуол, винилхлорид, дихлорэтан и др. ЛОС являются побочными продуктами при производстве ядохимикатов, красок, клеев, красителей, парфюмерных изделий, перегонки нефти. В значительных количествах ЛОС находятся в воде открытых водоемов, рек, особенно в районе расположения индустриальных зон. При длительном воздействии могут привести к повреждению почек, печени, обладают канцерогенным действием.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в мировом океане. Пленка нефти толщиною 30−40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Нефтяная пленка способствует гибели оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, нарушает газообмен между атмосферой и гидросферой, вызывает гибель морских организмов, рыб, дельфинов.

Входящие в состав нефтепродуктов предельные и непредельные углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают изменения со стороны сосудистой и центральной нервной системы, а ароматические углеводороды в условиях острого воздействия поражают главным образом ЦНС, вызывая наркотический эффект, сопровождающийся сонливостью, вялостью, тремором, а также оказывают влияние на кроветворные органы и сосудистые системы некоторых органов. При комбинированном действии углеводородов в составе нефтепродуктов токсичность смеси возрастает.

Из загрязняющих веществ очень опасны синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВы), являющиеся одним из самых распространенных химических загрязнителей водоемов. ПАВы могут оказывать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека. Попадая в воду, они сильно пенятся, нарушая кислородный режим и процессы самоочищения водоема.

Тригалометаны обнаруживаются практически всегда в питьевой воде при ее хлорировании вследствие процессов трансформации. К ним относятся хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их концентрации меняются в зависимости от типа и дозы хлора, использованного для хлорирования воды, а также от вида и концентрации органических веществ, находившихся в исходной воде. Эти четыре соединения в основном схожи по токсикологическому действию. Они легко всасываются в желудочно-кишечном тракте, при длительном поступлении вызывая повреждения печени и почек. Экспериментально подтверждено, что тригалометаны способны индуцировать злокачественные гепатомы, аденомы и аденокарциномы почек у теплокровных животных. Расчетные концентрации тригалометанов в питьевой воде, связанные с избыточным риском заболеваемости раком за время жизни, составляют от 60 до 200 мкг/дм3.

Формальдегид появляется в питьевой воде, прежде всего вследствие окисления природных органических веществ во время озонирования и, в меньшей степени, хлорирования. Он обнаруживается также в питьевой воде в результате миграции из пластмассовой арматуры. В озонированной питьевой воде определяются концентрации формальдегида до 30 мкг/дм3. Несмотря на то, что формальдегид при ингаляционном воздействии является канцерогенным, он не проявляет такой активности при пероральном поступлении в организм теплокровных животных.

Акриламид является исключительно продуктом деятельности человека. При этом главный источник его поступления — миграция остаточных количеств мономера из полиакриламида, используемого в качестве флокулянта при очистке питьевой воды, а также при применении акриламида в качестве цементирующего агента.

Акриламид легко всасывается в желудочно-кишечном тракте, может проникать через плаценту. Он нейротоксичен, способен повреждать половые клетки, нарушать репродуктивную функцию, индуцировать генные мутации в клетках млекопитающих и хромосомные аберрации in vitro и in vivo. В случаях отравления акриламидом происходит поражение центральной и периферической нервной системы, мышечная слабость, парестезии, неустойчивость при ходьбе и положении стоя. Отмечается повышенная утомляемость и сонливость, ослабление памяти и головокружения. В более тяжелых случаях отмечается нарушение вибрационной чувствительности.

Пестициды могут длительное время сохраняться в водоемах, накапливаться в опасных для человека количествах, поступать в организм растений, рыб, водоплавающих птиц. Пестициды обладают значительной токсичностью, оказывают аллергическое, канцерогенное, эмбриотропное, тератогенное, мутагенное и гонадотропное действие. Длительное малоинтенсивное воздействие ядохимикатов может способствовать повышению общей заболеваемости. Для обеззараживания воды широко используются соединения хлора, однако его присутствие в питьевой воде вызывает ряд проблем: неприятный вкус и запах, риск возникновения рака мочевого пузыря и рака прямой кишки.