EVALUATION OF IRON INGESTION WITH DRINKING WATER IN DIFFERENT AGE GROUPS OF BIROBIDZHAN

Full Text

Качество питьевой воды связано с риском неблагоприятных эффектов для здоровья человека [1, 2, 14, 18]. В работах [3, 5, 17] отмечается связь между заболеваемостью и характером питьевого водоснабжения. Довольно часто низкое качество питьевой воды систем водоснабжения населённых пунктов связано с повышенным содержанием в ней железа [4, 5]. Однако железо является важным для организма биогенным элементом. А избыток или недостаток биогенных элементов в питьевой воде может отрицательно по влиять на состояние здоровья. В этом случае необходимо применять методы коррекции дефицита или, наоборот, избыточного уровня поступления биогенных элементов с питьевой водой [14], доводя их уровень потребления до физиологической нормы. В подземных водах присутствует в основном растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe2+. Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с кислородом воздуха и в изношенных системах водоснабжения, при контакте воды с поверхностью железосодержащих водопроводных труб. 20 Экология человека 2018.01 Окружающая среда Высокая концентрация железа придает питьевой воде неприятную бурую окраску, ухудшает её органолептические свойства, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах [4]. Избыток железа в питьевой воде может негативно отразиться на состоянии здоровья [6, 7, 10]. Поэтому так важна количественная оценка ежесуточного и хронического многолетнего уровня перорального поступления железа, а также оценка неканцерогенного риска этого процесса. Цель работы: количественная оценка содержания железа в питьевой воде города Биробиджана и установление количественных характеристик его перорального поступления с питьевой водой для различных возрастных групп населения. Район работ. Город Биробиджан является административным центром Еврейской автономной области (ЕАО) России. Его относят к категории средних городов юга российского Дальнего Востока, население 74 559 человек (2016). Большинство подземных вод ЕАО некондиционные, имеют повышенное содержание железа, марганца, бария, кремния, поэтому всю территорию Среднеамурского артезианского бассейна в пределах области относят к природной аномалии. Воды этого бассейна слабоминерализованные, с общей жесткостью 0,20-2,18 ммоль/дм3, величиной рН от 5,2 до 8,5. Именно эти воды являются основными в водоснабжении Биробиджана [16]. В то же время природно-обусловленных аномалий с высокими концентрациями в поверхностных водах области таких тяжёлых металлов как ртуть, кадмий, свинец, не прослеживается [13, 16]. Методы Фактический материал включает анализ 480 проб питьевой воды. Исследованием охвачен период с января 2013 по декабрь 2015 года, отбор и анализ проб проводился ежемесячно. Отбор проб из распределительной сети централизованных источников водоснабжения проводили из уличных водоразборных устройств, на основных магистральных линиях, а также из водопроводных кранов внутридомовых сетей по всем районам города. Отбор проб из нецентрализованных источников водоснабжения осуществлялся из шахтных и трубчатых колодцев частных домовладений, а также из муниципальных колодцев. Для определения массовой концентрации железа общего (суммы Fe2+ и Fe3+) применён фотометрический метод, который основан на образовании сульфосалициловой кислотой с солями железа окрашенных комплексных соединений по ПНД Ф 14.1:2:4.50-96 [8]. Массовую концентрацию железа общего рассчитывали по формуле (1) по [8]: X = C х 100 / V, (1) где: X - массовая концентрация железа в анализируемой пробе, мг/дм3; С - массовая концентрация железа, найденная по градуировке, мг/дм3; 100 - объем, до которого была доведена проба, см3; V - объем, взятый для измерений, см3. Результаты представлены в следующем виде: Хср + U при вероятности P = 0,95, где Хср - среднее арифметическое значение результатов параллельных определений, U - значение показателя точности измерений. Оценка перорального поступления железа с питьевой водой проводилась по руководящему документу Министерства здравоохранения Российской Федерации «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Р 2.1.10.1920-04» [15]. Значения факторов экспозиции, рекомендуемые как стандартные, принимались по этому документу. Потребление питьевой воды взрослым человеком возрастом более 18 лет, сценарий жилой зоны, - 2,00 дм3/сутки; потребление питьевой воды детьми возрастом от 6 до 18 лет, сценарий жилой зоны, - 1,50 дм3/сутки; потребление питьевой воды детьми возрастом менее 6 лет, сценарий жилой зоны, - 0,67-1,00 дм3/сутки. Масса тела, взрослый, 18 и более лет, - 70 кг; масса тела, дети возрастом от 6 до 18 лет, - 42 кг; масса тела, дети менее 6 лет, - 15 кг. Продолжительность экспозиции при хроническом воздействии для взрослых 30 лет, для детей - 6 лет. Использовалась формула (2) по [15]: ADD = (Cw х V х EF х ED) / (BW х AT х DPY), (2) где: ADD - среднесуточная доза поступления вещества с питьевой водой, усредненная с учетом массы тела и периода воздействия, мг/кгхсутки; Cw - концентрация вещества в воде, мг/дм3; V -величина водопотребления, дм3/сутки; EF - частота воздействия, дней/год (по [15] частота экспозиции для питьевой воды, сценарий жилой зоны, 350 дней/год); ED - продолжительность воздействия, лет; BW -масса тела, кг; AT - период осреднения экспозиции, лет; DPY - число дней в году. Использовалась формула (3) по [15]: TPD = С х IR х ED, (3) где: TPD - потенциальная доза вещества при его хроническом ежедневном поступлении; С - концентрация вещества в питьевой воде, мг/дм3; IR - величина потребления, дм3/сутки; ED - продолжительность воздействия (суткихлет). Использовалась формула (4) по [15]: HQ = ADD / RfD, (4) где: HQ - коэффициент опасности; ADD - среднесуточная доза, мг/кгхсутки; RfD - референтная доза, мг/кгхсутки. Результаты Все результаты определения железа общего в пробах питьевой воды Биробиджана были разделены 21 Окружающая среда Экология человека 2018.01 на две группы. Первую составили результаты проб питьевой воды с концентрацией железа общего меньше его предельно допустимой концентрации (ПДК), установленной санитарно-эпидемиологическими правилам и нормативам, принятыми в России, вторую - результаты проб с концентрацией железа общего больше его норматива ПДК (табл. 1). Таблица 1 Содержание железа общего в пробах питьевой воды города Биробиджана Год Общее кол-во проб Доля проб с концентрацией железа больше ПДК, % Первая группа проб Вторая группа проб Концентрация железа меньше ПДК, мг/дм3 Концентрация железа больше ПДК, мг/дм3 всего проб средняя всего проб средняя Распределительная сеть централизованных источников водоснабжения (ПДК = 0,3 мг/дм3 по [11]) 2013 76 25,00 57 0,19+0,03 19 0,87+0,12 2014 80 23,75 61 0,18+0,03 19 0,83+0,12 2015 82 21,95 64 0,17+0,03 18 0,79+0,12 Источники нецентрализованного водоснабжения _(ПДК = 0,3 мг/дм3 по [12])_ 2013 80 16,25 67 0,20+0,03 13 2,38+0,35 2014 76 18,42 62 0,22+0,03 14 2,40+0,36 2015 86 17,44 71 0,24+0,03 15 2,52+0,38 Выбор именно трёхлетнего периода наблюдений обусловлен рекомендуемым по [15] подходом к оценке хронического воздействия химического агента. После нахождения средней концентрации железа общего в питьевой воде по данным трехлетних наблюдений были рассчитаны другие показатели для трёх возрастных групп населения (табл. 2). Обсуждение результатов Доля неудовлетворительных проб питьевой воды по содержанию железа с превышением ПДК составила от 16,25 до 25,00 % в зависимости от года исследования и источников централизованного или нецентрализованного водоснабжения города. Наибольшая доля неудовлетворительных проб приходится именно на распределительную сеть источников централизованного водоснабжения, что косвенно подтверждает протекание процессов вторичного загрязнения железом, насыщающим воду, подающуюся по технически изношенным ржавым трубам городского водопровода. Хотя, следует отметить, основная часть населения Биробиджана обеспечена питьевой водой с концентрацией железа ниже норматива ПДК. Отметим, что предельно допустимые концентрации веществ не всегда обоснованы по эффектам, напрямую связанным со здоровьем. Так, многие ПДК в воде водных объектов обоснованы по органолептическому признаку вредности, другие - по общесанитарному показателю. Для железа норматив ПДК составляет 0,3 мг/дм3, класс опасности 3, лимитирующий признак вредности, по которому установлен норматив, именно Таблица 2 Результаты оценки перорального поступления железа с питьевой водой централизованных и нецентрализованных источников водоснабжения города Биробиджана Іруппа проб Средняя концентрация железа общего в питьевой воде, по данным 3-летних (2013-2015) наблюдений, сред, мг/дм3 Воз растная группа населе ния ADD, мг/ кгхсутки TPD, мг HQ Распределительная сеть централизованных источников водоснабжения 1 0,18 Взрослые, более 18 лет 0,005 3942 0,017 Дети от 6 до 18 лет 0,006 591 0,020 Дети менее 6 лет 0,008 - 0,012 264- 394 0,027- 0,040 2 0,83 Взрослые, более 18 лет 0,023 18177 0,077 Дети от 6 до 18 лет 0,028 2727 0,093 Дети менее 6 лет 0,036- 0,053 1217 - 1817 0,120- 0,177 Источники нецентрализованного водоснабжения 1 0,22 Взрослые, более 18 лет 0,006 4818 0,020 Дети от 6 до18 лет 0,008 723 0,027 Дети менее 6 лет 0,009 - 0,014 323- 482 0,030- 0,047 2 2,43 Взрослые, более 18 лет 0,067 53217 0,223 Дети от 6 до18 лет 0,083 7983 0,277 Дети менее 6 лет 0,104- 0,155 3566- 5321 0,347- 0,517 органолептический [11, 12]. Поэтому концентрация железа общего в питьевой воде, равная 0,3 мг/дм3, не является пороговой величиной, определяющей при её преодолении вред здоровью человека при употреблении такой питьевой воды. Рассмотрим, какова эта величина и каковы нормы перорального поступления железа. Согласно документу Роспотребнадзора «МР 2.3.1.2432-08 Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения РФ» [9] средний уровень потребления железа составляет 17 мг/сутки. В других странах этот уровень лежит в пределах 10-22 мг/сутки. При этом физиологическая потребность для мужчин составляет 10 мг/сутки, для женщин 18 мг/сутки, для 22 Экология человека 2018.01 Окружающая среда детей - от 4 до 18 мг/сутки. Но верхний допустимый уровень потребления железа с питьевой водой и рационом питания этим нормативным документом не установлен. Тогда какую среднесуточную дозу перорального поступления железа можно принять за верхний допустимый уровень? Для ответа на этот вопрос предлагаем воспользоваться значением референтной дозы (RfD). Для железа она составляет 0,3 мг на килограмм массы тела в сутки по [15], причём в качестве критических, поражаемых органов и систем указываются: слизистые, кожа, кровь, иммунная система. Как известно, если HQ меньше единицы, то вероятность развития вредных эффектов мала, неканцерогенный риск низкий, а с возрастанием HQ риск развития вредных для здоровья человека эффектов возрастает [1, 15]. Величина HQ, равная единице, будет являться пороговой величиной неканцерогенного риска, а так как HQ является отношением ADD (мг/кг*сутки) к его RfD (мг/кг*сутки), то при HQ = 1,0 и значении для железа RfD = 0,3 мг/кг*сутки значение ADD также будет равно 0,3 мг/кг*сутки. Таким образом, при HQ = 1,0 верхний допустимый уровень среднесуточного перораль-ного потребления железа составит 0,3 мг/кг*сутки. Исходя из этого, для стандартных значений факторов экспозиции по [15] для взрослого человека массой 70 кг верхний допустимый уровень среднесуточного перорального потребления железа составит 21 мг/ сутки; для детей от 6 до 18 лет массой 42 кг -12,6 мг/сутки; для детей младше 6 лет массой 15 кг - 4,5 мг/сутки. Используя такой подход к оценке и зная индивидуальную массу тела в килограммах взрослого человека или ребёнка, можно оценить индивидуальный верхний допустимый уровень среднесуточного потребления железа, умножая значение референтной дозы на индивидуальную массу тела. Далее, используя установленное выше значение верхнего допустимого уровня среднесуточного пер-орального потребления железа, можно оценить верхний допустимый уровень его поступления за многолетний период. По [15] для взрослого человека массой 70 кг за 30 лет хронического ежедневного поступления он составит 229 950 мг; для детей от 6 до 18 лет массой 42 кг за 6 лет хронического ежедневного поступления - 27 594 мг; для детей младше 6 лет массой 15 кг за 6 лет хронического ежедневного поступления - 9 855 мг. Аналогично, зная индивидуальное ежесуточное водопотребление, массу тела и концентрацию железа в питьевой воде, можно оценить индивидуальный верхний допустимый уровень его поступления за любой многолетний период хронического воздействия. Из полученных результатов следует, что средне -суточный уровень потребления железа с питьевой водой Биробиджана, по [15] для первой группы проб с концентрацией железа меньше ПДК и для второй группы проб с концентрацией железа больше ПДК ниже его верхнего допустимого уровня среднесуточного потребления для всех возрастных групп населе ния. Так, для взрослого жителя Биробиджана массой 70 кг, при ADD от 0,005 до 0,067 мг/кг*сутки в зависимости от источников водоснабжения, среднесуточный уровень потребления железа составит от 0,35 мг до 4,69 мг, что значительно ниже 21 мг его верхнего допустимого уровня перорального потребления в сутки. Для детей от 6 до 18 лет массой 42 кг, при ADD от 0,006 до 0,083 мг/кг*сутки в зависимости от источников водоснабжения, среднесуточный уровень потребления железа составит от 0,252 до 3,486 мг, что ниже 12,6 мг его верхнего допустимого уровня перорального потребления в сутки. Для детей младше 6 лет массой 15 кг, при ADD от 0,012 до 0,155 мг/ кг* сутки в зависимости от источников водоснабжения и величины водопотребления, среднесуточный уровень потребления железа составит от 0,18 до 2,325 мг, что ниже 4,5 мг его верхнего допустимого уровня перорального потребления в сутки. Рассчитанная потенциальная доза железа при его хроническом ежедневном поступлении в течение многолетней экспозиции для жителей Биробиджана всех возрастных групп также ниже его верхнего допустимого уровня поступления. Для взрослого TPD составит от 3 942 до 53 217 мг в зависимости от источников водоснабжения, что значительно ниже 229 950 мг верхнего допустимого уровня его поступления за 30 лет. Для детей младше 18 лет массой 42 кг TPD - от 591 мг до 7 983 мг в зависимости от источников водоснабжения, что ниже 27 594 мг верхнего допустимого уровня его поступления за 6 лет. Для детей младше 6 лет массой 15 кг TPD - от 264 до 5 321 мг в зависимости от источников водоснабжения и величины водопотребления, что ниже 9 855 мг верхнего допустимого уровня его поступления за 6 лет. Наименьший коэффициент опасности (HQ = 0,017) получен при оценке водопотребления взрослым населением Биробиджана для группы 1 проб питьевой воды распределительной сети источников централизованного водоснабжения с концентрацией железа общего 0,18 мг/дм3. Наибольший коэффициент опасности (HQ = 0,517) получен при оценке водопотребления детьми возрастом менее 6 лет для группы 2 проб питьевой воды источников нецентрализованного водоснабжения с концентрацией железа общего 2,43 мг/дм3. Однако следует помнить про поступление железа с рационом питания. Только сумма количественных показателей перорального поступления железа с питьевой водой и с рационом питания может полноценно количественно охарактеризовать суммарные показатели экспозиции и уровень риска развития неканцерогенных эффектов при хроническом воздействии этого элемента на организм. В случае преобладания рациона питания, бедного по содержанию железа, даже потребление питьевой воды с избыточным содержанием железа, с превышением его норматива ПДК, может не формировать опасных для здоровья взрослого человека величин экспозиции, что подтверждается в работе [7]. 23 Окружающая среда Экология человека 2018.01 В случае же преобладания в рационе питания продуктов, богатых по содержанию железа, суммарный уровень его перорального потребления с водой и питанием может превысить верхний допустимый уровень среднесуточного потребления и верхний допустимый уровень его поступления за многолетний период, с преодолением значения 1,0 коэффициента опасности, что наиболее вероятно для возрастной группы детей менее 6 лет, так как именно для неё получено наибольшее значение коэффициента опасности при употреблении питьевой воды нецентрализованных источников водоснабжения. Работа выполнена при поддержке субсидии на выполнение государственного задания Минобрнауки России № 2014/422 ФГБОУ ВПО «ПГУ им. Шолом-Алейхема» по проекту № 485 «Влияние природных и неприродных факторов на состояние здоровья населения Еврейской автономной области».

About the authors

V Yu Polyakov

Sholom Aleichem Priamursky State University

Email: polyakvy@mail.ru
Birobidzhan, Russia

I L Revutskaya

Sholom Aleichem Priamursky State University

Birobidzhan, Russia

S I Krohaleva

Sholom Aleichem Priamursky State University

Birobidzhan, Russia

References

Supplementary files