CC BY-ND
118
СТАБИЛЬНЫЙ СТРОНЦИЙ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ*
Р.Д. Маковский
ГНУ «Смоленский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии
Стабильный стронций длительное время входит в число химических веществ, встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки, концентрация которых не должна превышать нормативов при определении возможности использования воды в питьевых целях. Однако при проектировании и эксплуатации водозаборов питьевой воды этот поллю-тант, имеющий второй класс опасности (СаНПиН 2.1.4.1074-01), практически не контролировался, в отличие от менее опасных, таких как нитраты, железо, марганец (третий класс опасности). Положение изменилось в последние годы, когда появились сообщения о значительном негативном влиянии высоких концентраций стронция в артезианской воде на здоровье людей в так называемых гидрогеохимических провинциях стронцийсодержащих подземных вод, довольно широко распространенных на территории бывшего СССР. Типичными примерами таких гидрогеохимических провинций являются: Казахстанская, Молдавская, Московская. Повышенное содержание стронция известно также в подземных водах Русской платформы и Предуральского прогиба [3], обогащены этим элементом также субрегионы биосферы в Читинской и Амурской областях, Таджикистане [2].
На территории Смоленской области, относящейся к Московскому артезианскому бассейну, вода большого числа источников сверх нормы загрязнена стабильным стронцием, в отдельных случаях выше ПДК в 10 раз и более (до 100 мг/л) [4]. В 2001 г. среднее значение содержания этого элемента в подземных артезианских водах выше норматива было зафиксировано в 7 районах области: Велижском, Глинковском, Демидовском, Дорогобужском, Духовщинском, Сафоновском и Ярцевском. Анализы, выполнявшиеся в последующие годы, показали, что загрязнение артезианских вод стабильным стронцием усиливается. Это можно объяснить увеличением в этот период отбора вод такого типа и, в связи с этим, поступлением потребителям воды из более глубоких горизонтов, сильнее загрязненных минеральными веществами.
Под воздействием стабильного стронция в 2001 г. в области находилось 211 тыс. человек. Эти данные, естественно, занижены, так как стронций контролировался менее чем в 5 % скважин, имеющихся в регионе. Соотношение кальция и стронция в питьевой воде выше 100 : 1 (считающееся безопасным) в Смоленской области наблюдалось менее чем в 20 % случаев. В значительном числе источников воды оно не достигает даже 10 : 1, что характерно для «уровских провинций».
*
Работа выполнена при поддержке администрации Смоленской области и Российского фонда фундаментальных исследований (грант 07-07-96414).
Пост. в ред. 01.08.2006.
Нами исследована связь этого загрязнения с заболеваемостью населения районов области широким кругом патологий. В большинстве случаев изучаемые зависимости имели экстремальный характер и коэффициенты линейной корреляции во всем интервале концентраций стронция не превышали по абсолютной величине 0,2-0,25. При анализе связи заболеваемости с загрязнением питьевой воды вдали от экстремумов, т. е. на участках зависимостей, близких к прямым линиям, установлено, что корреляция усиливается и достигает средних значений (0,4-0,5). Такой уровень отмечен, в частности, при травмах и заболеваниях костно-мышечной системы. Эффект, по-видимому, связан с влиянием изоморфного кальцию стронция на кальциевый обмен в организме людей. Еще более сильна связь загрязнения питьевой воды стабильным стронцием с количеством переломов конечностей населения в районах области. На территориях, питьевая вода которых содержит более 5-7 мг/л стронция, коэффициент корреляции изучаемых параметров достигает 0,9, т. е. отмечается почти функциональная линейная зависимость (см. рисунок).
Влияние содержания стабильного стронция в питьевой воде на количество переломов конечностей населения районов области (на 10 тыс. человек) и на энергию разрушения бедренной кости крысы под действием удара (Е разр.), мдж.
Полученный эффект изучен в лабораторных условиях на молодых белых крысах. Работы выполнялись совместно с сотрудниками Смоленской государственной медицинской академии. Контрольная группа животных получала водопроводную воду с содержанием стронция 0,3 мг/л. В воду для поения опытных животных вводили хлористый стронций в концентрациях 2,7 (гигиеническая ПДК для питьевой воды), 20 и 200 мг/л.
Выращенных опытных крыс декапитировали, собирали кровь и изолировали большую берцовую кость. Содержание кальция и стронция определяли в корме животных, сыворотке крови и костях. В крови определяли щелочную фосфатазу, как один из основных маркеров костного метаболизма.
Принципиальным отличием используемой нами методики от большого числа других исследований влияния стабильного стронция на организм белых крыс является то, что водой с разным содержанием поллютанта выпаивались не только непосредственно исследуемые животные [6, 7], но и их родители. Необходимость такого варианта связана с тем, что минеральный обмен формируется уже во внутриутробный период [5]. Этот вывод подтвержден нашими исследованиями. Если загрязненной стабильным стронцием водой выпаивались только молодые крысы в течение трех месяцев, прочность бедренной кости животного менялась слабо: на 7 % при переходе от 2 к 200 мг/л стронция в воде и на 12 % при переходе от 2 к 2000 мг/л пол-лютанта. В то же время при исследовании по нашей методике влияние резко усилилось (в 2,3 раза) при переходе от 2 к 200 мг/л стронция в воде (см. рисунок). Наше предположение о влиянии воздействия изучаемого фактора на плод животного подтвердилось данными о прочности костей крыс-матерей. Эффект при переходе от 2 до 200 мг/л стронция составлял всего 22 %.
Необходимо отметить, что как по статистическим данным, так и в результатах экспериментов влияние стронция имеет экстремум на уровне 2 мг/л. Это позволяет сделать предположение о слабой обоснованности увеличения значения ПДК стронция в питьевой воде с 2 до 7 мг/л. По нашему мнению, целесообразно дополнительно исследовать данный вопрос, и если ПДК выйдет на уровень 2 мг/л, то резко увеличится число людей, находящихся под воздействием стабильного стронция как в Смоленской области, так и в других регионах.
С ростом содержания стронция при практически неизменном количестве кальция в рационе животных установлены эффекты, характерные для нарушения кальциевого обмена в их организмах. Во-первых, в органах и тканях крыс снижается количество кальция и растет количество стронция. Соответственно уменьшаются значения отношения концентраций кальция и стронция, т. е. показателя, в значительной степени определяющего интенсивность остеопатологий. Во-вторых, статистически достоверно уже при 7 мг/л Бг в питьевой воде растет активность щелочной фосфатазы в крови животных. В-третьих, прямым измерением зафиксировано снижение прочности бедренных костей крыс под воздействием удара (исследование проводилось совместно с В.С. Шляховым).
Таким образом, экспериментальные исследования подтвердили вывод о негативном влиянии высокого содержания стабильного стронция в питьевой воде на физиологическое состояние млекопитающих, сделанный на основании анализа статистических данных.
Для предотвращения обусловленных стронцием заболеваний необходимо обеспечивать население питьевой водой, в достаточной степени свободной от загрязнения этим элементом. С этой целью возможна замена подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении поверхностными, содержащими стронций в концентрациях, как минимум, на порядок более низких.
Другое направление в предотвращении негативного влияния стронция -обработка загрязненных этим элементом артезианских вод. Мы исследовали влияние кипячения на содержание ионов щелочно-земельных металлов в двух партиях артезианской воды с различной исходной концентрацией (см. таблицу). Анализ воды выполнялся методом капиллярного электрофореза на установке «Капель».
Содержание щелочно-земельных металлов (ЩЗМ) и щелочных металлов (ЩМ) в артезианской воде
Вариант воды Содержание катионов ЩЗМ Содержание катионов ЩМ
Са2+ Бг2+ Са2+/Бг2+ Мв2+ К+ №+
Партия 1 до обработки 117,5 1,274 92 33,95 0,44 8,835
Партия 1 после кипячения 40,88 0,557 73 35,13 2,32 8,900
Партия 2 до обработки 63,98 15,45 4,1 35,42 4,57 5,599
Партия 2 после кипячения 16,57 4,072 4,1 37,75 5,91 9,162
Партия 2 после фильтрации 46,70 8,04 5,8 38,11 114,3 28,35
В обоих случаях в прокипяченной воде после удаления осадка содержание стронция существенно уменьшается. При этом в воде второй партии концентрация стронция уже не превышает ПДК. Необходимо отметить, что соотношение концентраций Са и Бг почти не меняется, так как одновременно снижается содержание кальция, что может считаться негативным эффектом, поскольку именно недостаток этого элемента обусловливает, главным образом, большое число остеопатологий. Тем не менее, кипячение воды оказывает позитивное влияние, так как с питьевой водой поступает незначительная часть кальция, до 99 % этого элемента присутствует в продуктах питания. Это же относится к подавляющему числу биологически важных элементов, за исключением фтора и стронция [1], что определяет эффективность снижения последнего в питьевой воде. Очистка воды достигается также использованием фильтров. Простейший дешевый вариант на основе природных цеолитов позволяет снизить концентрацию стронция почти вдвое (см. таблицу). Возможна очистка воды практически до любого необходимого уровня с использованием специальным образом подобранных фильтров (В. А. Никашина) или с помощью электрохимической технологии (Б.В. Фролов, Г.А. Ивлева, Г.А. Хачересов).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авцын А.П., Жаворонков А. А., Риш М. А. и др. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1991. 496 с.
2. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 299 с.
3. Крайнов С.Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: Недра, 1987. 237 с.
4. Областной доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Смоленской области в 2001 году». Смоленск, 2002. 103 с.
5. Щеплягина Л.А., Моисеева Т.Ю. Кальций и развитие кости //Росс. педиатр. журнал. 2002. № 2. С. 34-36.
6. Marie P.J., Garba M.T., Hott M. е! al. Effect of low doses of stable strontium on bone metabolism in rats //Miner. Electrolyte Metab. 1985. № 11. P. 5-13.
7. Verberckmoes S.C., Behets G.L., Oste L. еt al. Ultrastructural localization of Strontium (Sr) in chronic renal failure rats loaded with strontium chloride //J. of Thrombosis and Haemostasis. 2003. V. 1. Suppl. 1; July. P. 12-18.
