Токсиколого-гігієнічне обґрунтування нормативів іонів калію і натрію у питній воді

Размещено на http://www.allbest.ru/

Токсиколого-гігієнічне обґрунтування нормативів іонів калію і натрію у питній воді

Науково-технічний прогрес, поряд із великими прогресивними досягненнями, часто супроводжується збитковим впливом на довкілля, що в кінцевому результаті негативно відбивається на здоров'ї та тривалості життя людей. Однією із таких проблем було і залишається забезпечення населення доброякісною питною водою (А.М. Сердюк, 2004; А.В. Яцик, 2001).

Поверхневі та підземні води часто забруднюються стоками комунального та сільського господарств, хімічної, металургійної та добувної галузей промисловості (Н.П. Вашкулат, 1998; B.J. Aloway et al.,1994). Україна мало забезпечена прісними водами, але ще гірше становище з їх якістю (А.М. Сердюк, 1997; Г. Фелленберг, 1997; М.Г. Щербань, 2000). Практично вже не має чистих поверхневих вод, які б відповідали вимогам стандартів на джерела питного водопостачання (В.В. Гончарук та ін., 2001; О.В. Зайцева та ін., 2000).

За даними ВООЗ, від вживання недоброякісної питної води щорічно в світі страждає практично кожний десятий житель планети (Ю.А. Рахманин, 1998). Кількісний і якісний склад води, з одного боку, забезпечує нормальну життєдіяльність людини за рахунок збалансованого водно-сольового обміну, з іншого - є потенціальним джерелом надходження в організм шкідливих хімічних речовин (Н.Я. Янышева, 2001; В.О. Прокопов, 2001; О.І. Сем'янів та ін., 2001; О.В. Фера, 2002; И.В. Мудрый, 1999).

До найбільш розповсюджених елементів в природі відносяться солі калію і натрію (П.А. Власюк, 1979). Як макроелементи, вони потрібні для живого організму, проте при забрудненні довкілля можуть поступати в організм людини в надлишкових кількостях. Різні сполуки калію широко використовуються в промисловості, сільському господарстві, як мінеральні добрива (нітрати, сульфати, хлориди). Значна кількість калію викидається в атмосферу автотранспортом (А.А. Шипилов, 1980). В природних водах до 80 % іонів калію міститься у вигляді вільних не закомплексованих іонів (А.Л. Бандман и др., 1988).

Не менш розповсюджений у навколишньому середовищі натрій. Натрію хлорид є сировиною для отримання гідроксиду, карбонату, сульфату натрію, хлору (Г.В. Дзяк, 2002), його використовують при обледенінні літовищ, доріг, тротуарів і інших місць з пожвавленим рухом транспорту й людей (S.E. Manahan, 1994). Це призводить до значного забруднення не тільки ґрунту та поверхневих, але і запасів підземних вод, які з питною водою можуть надходити в організм людини (А.В. Яцик, 2001).

Починаючи з робіт І.С. Кандрора, Г.І. Бокіної (1963), С.М. Драчева (1963) відзначалося про негативний вплив натрію на організм споживачів при тривалому надходженні його з водою. Ці і ряд інших робіт дали можливість рекомендувати в якості допустимого вміст натрію у питній воді на рівні 200,0 мг/дм3 при загальній мінералізації води 1000 (1500) мг/дм3 (EC Drinking Water Directive 80/778/EC, 1980). Є й інші думки. Американські автори (Сalabrese E.J., Tuthill R.W., 1978) вважають, що кількість натрію у питній воді повинна становити не більше 20,0 мг/дм3.

В період інтенсивного вивчення космічного простору, поряд з іншими гігієнічними проблемами життєзабезпечення екіпажів літальних апаратів, звернули увагу на якість питної води, регенерованої з вологовмістних продуктів. Було встановлено, що при загальній мінералізації 100,0 мг/дм3 вміст натрію у питній воді не повинен перевищувати 25,0 мг/дм3, а калію - 2,5 мг/дм3 (М.В. Набока, 1981, Н.И. Омельянец и др., 1984; В.А. Кондратюк, 1985).

Згідно існуючих стандартів на якість питної води, судячи по допустимій кількості хлоридів у питній воді, норми калію і натрію досить високі. Так, згідно ГОСТу 2874-82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством” допустима концентрація хлоридів 350,0 мг/дм3, що рівноцінно 386,6 мг/дм3 калію або 227,0 мг/дм3 натрію. Згідно ДержСанПіНу України № 383 “Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання” допустима концентрація хлоридів становить 250,0 мг/дм3, що в перерахунку на іон калію становить 276,1 мг/дм3 або 162,4 мг/дм3 натрію. Ці кількості перевищують норми Європейського стандарту, в якому концентрація калію у питній воді допускається на рівні 12,5 мг/дм3, а натрію 200,0 мг/дм3.

Враховуючи відсутність єдиної думки щодо нормативів іонів калію і натрію у питній воді ми вирішили вивчити закономірності їх дії на організм споживачів при поступленні з природною водою, а також обґрунтувати допустимі концентрації їх у питній воді.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планам і темами. Робота є складовою науково-дослідних робіт, виконаних за замовленням ВО “Свема” і міжкафедральної наукової роботи кафедр медичної хімії, біології і загальної гігієни та екології людини Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського за темою:

“Порушення метаболічних процесів в організмі тварин, уражених солями кадмію, отрутою блідої поганки та некрозогенними ксенобіотиками і способи їх детоксикації” (Державний реєстраційний № 0101U001311). У виконанні її автор самостійно провела дослідження стосовно гігієнічної оцінки та регламентації іонів калію і натрію у воді водоймищ, що викладено у матеріалах дисертації.

Мета дослідження - виявлення шляхом залучення сучасної методології особливостей та закономірностей впливу іонів калію і натрію на смакові властивості води, процеси самоочищення водоймищ, а також на теплокровний організм для обґрунтування допустимих рівнів вмісту іонів калію і натрію у питній воді.

Для досягнення мети були визначені наступні задачі:

1. Вивчити дію калію сульфату на органолептичні властивості води та санітарний режим води водоймищ.

2. Дослідити токсичність калію сульфату для організму експериментальних тварин в умовах гострого санітарно-токсикологічного експерименту.

3. Вивчити вплив іонів калію і натрію на організм експериментальних тварин в умовах підгострого санітарно-токсикологічного досліду.

4. Виявити закономірності дії і обґрунтувати орієнтовно і фізіологічно необхідні рівні іонів калію і натрію у питній воді.

5. Запропонувати міри профілактики негативного впливу іонів калію і натрію на довкілля і теплокровний організм.

Об'єкт дослідження - питна вода з різними концентраціями іонів калію та натрію.

Предмет дослідження - зміни якості води під впливом іонів калію і натрію, а також її дія на організм теплокровних тварин.

Методи дослідження - для оцінки впливу калію сульфату на водне середовище та організм піддослідних тварин використовували сучасні санітарно-токсикологічні, санітарно-гігієнічні, біохімічні та морфологічні методи дослідження. При вивчені характеру дії іонів калію та натрію на теплокровний організм використовували сучасні високоінформативні методи оцінки стану організму піддослідних тварин.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці методологічних і практичних питань формування навантаження на організм споживачів питної води з різними концентраціями іонів калію та натрію на основі експериментальних данних.

У результаті виконання запланованих досліджень вперше:

- встановлено, що іони калію і натрію у питній воді в субтоксичних концентраціях викликають негативні зміни в організмі споживачів питної води;

- запропоновано максимально недіючі і мінімально необхідні концентрації іонів калію та натрію у питній воді;

- дано комплексну санітарно-токсикологічну оцінку калію сульфату як джерела антропогенного забруднення води;

- обгрунтовано орієнтовно-безпечний рівень калію сульфату у воді водойм господарсько-питного водокористування.

В умовах підгострого санітарно-токсикологічного досліду виявлено, що іони калію і натрію в субтоксичних дозах при поступленні з питною водою негативно впливають на організм піддослідних тварин, сприяючи виникненню синдрому ендогенної інтоксикації і порушенню процесів перекисного окиснення ліпідів.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених досліджень встановлено порогову концентрацію і науково обґрунтований гігієнічний норматив (ОБР) для калію сульфату у воді водойм господарсько-питного водокористування, який використовується при виготовленні магнітних носіїв інформації на ВО “Свема”, хімічній промисловості, сільському господарстві тощо. ОБР калію сульфату встановлений на рівні 50,0 мг/дм3 за органолептичною ознакою шкідливості. Встановленні порогові концентрації дії іонів калію і натрію на теплокровний організм в умовах підгострого санітарно-токсикологічного експерименту.

Результати дослідження використанні у доповіді Головного державного санітарного лікаря України на розширеній колегії Державної санітарно-епідеміологічної служби України “Про дотримання вимог санітарного законодавства у забезпеченні населення доброякісною питною водою” (м. Київ, травень 2004 р.), а також у доповіді Головного державного санітарного лікаря України на засіданні спільної колегії Держжитлокомунгоспу та Держспоживстандарту України з питання стану питного водопостачання та якості питної води (м. Київ, травень 2004 р.).

Матеріали досліджень автора щодо вмісту іонів калію і натрію у питній воді включенні у проект ДСанПіНу “Вода питна фасована. Гігієнічні вимоги та контроль за якістю”, що знаходиться на затвердженні в МОЗ України.

Запропоновані автором рівні іонів калію та натрію у питній воді впроваджуються в нормативну документацію, зокрема в технічні умови на виробництво фасованої питної води, які проходять експертизу в Інституті гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМНУ, який є головною науковою установою державної санітарно-епідеміологічної служби України з питань гігієни.

Основні результати досліджень впроваджені санітарно-протиепідемічною службою Тернопільської області і міста Тернополя в систему медичного і санітарно-гігієнічного контролю за станом водопостачання населення, в навчальний процес кафедр загальної гігієни та екології людини, нормальної і патологічної фізіології Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевского, кафедр загальної гігієни та медичної екології Запорізького та Харківського державних медичних університетів, Івано-Франківської державної медичної академії.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем здійснено літературний та патентний пошуки за темою дисертації, розробку основних теоретичних і практичних положень роботи та опановано методики, необхідні для реалізації завдань дисертаційної роботи. Самостійно проведено експеримент з вивчення впливу калію сульфату на органолептичні властивості води, вивчення його стабільності та трансформації. Встановлено порогову концентрацію цієї речовини на органолептичні властивості води. Особисто проведено експериментальні і математичні обґрунтування ОБР. На базі Центральної науково-дослідної лабораторії Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського самостійно вивчено токсичність, місцевоподразнюючу та шкірно-резорбтивну дію калію сульфату. В умовах підгострого санітарно-токсикологічного експерименту проведені біохімічні і морфологічні дослідження впливу іонів калію і натрію на організм піддослідних щурів. Отриманий цифровий матеріал опрацьований з використанням програмного забезпечення персонального комп'ютера Проведена статистична обробка отриманих результатів. В дисертації не використані ідеї або розробки співавторів наукових праць. Питома вага особистого внеску здобувача складає понад 80 %.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації оприлюднені на V Міжнародному медичному конгресі студентів та молодих учених (Тернопіль, 2001); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Довкілля і здоров'я” (Тернопіль, 2003); Науково-практичній конференції “Актуальні питання гігієни та екології безпеки України” (до 120 річчя з дня народження академіка О.М. Марзеєва) (Київ, 2003); Науково-практичній конференції, присвяченій 100-річному ювілею кафедри загальної гігієни Одеського державного медичного університету (1903-2003) (Одеса, 2003); XLVI підсумковій науково-практичній конференції “Здобутки клінічної і експериментальної медицини” (Тернопіль, 2003); XIV з'їзді гігієністів України (Дніпропетровськ, 2004)

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи знайшли відображення у 11 наукових працях, із яких 5 - у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, 6 - у статтях, матеріалах наукових з'їздів, конгресів та науково-практичних конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів дослідження, трьох розділів власних досліджень, аналізу та обговорення результатів дослідження, висновків, практичних рекомендацій, списку використаних джерел та додатків.

Дисертація викладена на 136 сторінках друкованого тексту, ілюстрована 25 таблицями і 23 рисунками. Бібліографічний покажчик містить 217 вітчизняних і іноземних джерел.

Матеріали і методи дослідження. Вивчення дії іонів калію і натрію на організм тварин проводилося на 229 білих щурах-самцях і самках лінії Вістар з масою тіла 200 - 220 г, 70 білих мишах-самцях з масою тіла 18 - 20 г та 3 кролях. В процесі виконання роботи вивчали вплив калію сульфату на якість води і його поведінку у водному середовищі, токсичність, місцево-подразнюючу та шкірно-резорбтивну дію в умовах гострого досліду, а також біохімічні та морфологічні зміни в організмі піддослідних тварин при вживанні води з різними концентраціями іонів калію і натрію в умовах підгострого експерименту. Загальний обсяг проведених досліджень наведений в таблиці.

Таблиця. Об'єм виконаних досліджень

Вплив калію сульфату на органолептичні властивості води, на процеси самоочищення води, стабільність та хлорокислюваність препарату у водному середовищі вивчали згідно „Методических указаний по разработке и научному обоснованию предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водоемов” (1976). Визначення показників хімічного і бактеріологічного складу води проводилося стандартизованими методами дослідження (ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством” ).

Гостру токсичність калію сульфату вивчали на 60 білих щурах та 70 мишах згідно „Методических указаний по разработке и научному обоснованию предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водоемов” (1976). Токсичність розраховували за методами Litchfield I.T. et Wilcoxon T.I (1949), В.Б. Прозоровського (1962), Б.М. Штабського і співавт. (1980). Статеву чутливість досліджували на 15 білих щурах-самцях лінії Вістар методом “однієї точки” за Van der Waerden (1940). Кумулятивні властивості калію сульфату оцінювали за результатами гострого досліду за Б.М. Штабським (1975). Місцево-подразнюючу дію калію сульфату на слизові оболонки ока вивчали на 3 кролях згідно „Методичні рекомендації по доклінічному вивченню фармакокінетики лікарських засобів” (1995). Шкірно-резорбтивну дію вивчали на 10 щурах-самцях лінії Вістар згідно “Методических рекомендаций по изучению кожно-резорбтивного действия химических соединений при гигиеническом регламентировании их содержания в воде” (1981). Загальний стан і поведінку тварин оцінювали шляхом спостереження (О.Н. Елизарова, 1974).

Вивчення дії іонів калію і натрію на організм в умовах підгострого досліду проводилося на дванадцяти групах білих щурів, по 12 тварин в групі. П'ять груп вживали воду з різними концентраціями іонів калію, одна (шоста) була контрольною. Інших п'ять - з різними концентраціями іонів натрію, одна була контрольною. Тварини знаходилися на загальноприйнятому раціоні в умовах віварію і відрізнялися лише за якістю питної води, яку споживали з автопоїлок. Тварин виводили з експерименту шляхом декапітації під тіопентал-натрієвим наркозом на 15 і 30 доби від початку досліду.

В якості розчинника використовувалася питна вода гідрокарбонатно-кальцієвого класу Тернопільського міського водогону. Вода за всіма показниками хімічного і бактеріологічного складу відповідає вимогам ДержСанПіНу № 383 “Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання”.

Для дослідження брали цільну кров, сироватку крові та шматочки внутрішніх органів для гістологічного дослідження.

Експерименти на тваринах проводили у відповідності до Європейської конвекції захисту хребетних тварин (Страсбург, 1986) і принципів сучасної біоетики.

В сироватці крові визначали: вміст малонового діальдегіду (МДА) з допомогою тіобарбітурової кислоти (И.Д. Стальная и др., 1977); концентрацію дієнових (ДК) та трієнових (ТК) кон'югатів - в гептан-ізопропілових екстрактах шляхом фотометрії: ДК при = 232 нм, ТК при = 275 нм (И.Д. Стальная и др., 1977); вміст церулоплазміну (ЦП) - по здатності п-фенілендиаміну в присутності церулоплазміну окиснюватись з утворенням забарвлених сполук рожевого кольору (Л.П. Аксененко та ін., 1994); еритроцитарний індекс інтоксикації (ЕІІ) - за зміною сорбційної здатності еритроцитів поглинати і пропускати метиловий синій (М.А. Андрейчин та ін., 1994); вміст молекул середньої маси (МСМ) в сироватці крові проводили у кислоторозчинній фракції МСМ з наступною детекцією надосадової рідини при довжинах хвиль 254 та 280 нм (М.Я. Малахова и др.,1987).

Результати досліджень піддавали статистичному аналізу (Гельман В.Я., 2001). Достовірність одержаних результатів визначали, використовуючи критерій Ст'юдента. Зміни вважали достовірними при Р < 0,05.

Встановлення порогових концентрацій калію сульфату по присмаку води проводили бригадним методом. Досліджувались наступні концентрації: 3000,0; 1500,0; 750,0; 375,0; 187,5; 93,7; 46,9; 23,4 мг/дм3. Було встановлено, що речовина надає воді гіркуватого присмаку, інтенсивність якого в 1 бал відмічалася в діапазоні від 23,4 до 187,5 мг/дм3, в 2 бали - від 46,9 до 375,0 мг/дм3. Статистична обробка отриманих результатів показала,? що концентрація речовини, притаманна порогу відчуття присмаку (1 бал) у водопровідній дехлорованій воді знаходиться на рівні 68,4 мг/дм3, а практичний поріг (2 бали) - на рівні 142,1 мг/дм3. Достовірність отриманих даних перевірена графічно згідно закону Вебера і Фехнера. Хлорування водних розчинів калію сульфату, при вмісті залишкового хлору від 0,3 до 0,5 мг/дм3, не призводило до підсилень чи появи додаткового присмаку.

Шляхом пробіт-аналізу результатів впливу калію сульфату на присмак води розраховані ефективні концентрації (В.Б.Прозоровський, 1962). Встановлено наступні діючі концентрації препарату: ЕС16 = 24,4 мг/дм3, ЕС84 = 125,1 мг/дм3, Sx = 4,4 мг/дм3, ЕС50 = 74,6 (68,0 ч 85,2 ) мг/дм3.

Стабільність калію сульфату у водному середовищі, визначена опосередкованим методом по зміні інтенсивності присмаку групою досвідчених дегустаторів і прямим аналітичним методом через 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, і 10 діб, свідчить, що препарат є високостабільною речовиною. Інтенсивність присмаку калію сульфату на рівні 1-2 балів у водопровідній дехлорованій воді, що містила препарат з інтенсивністю присмаку від 0 до 4 балів, залишалася стабільною протягом всього часу спостереження (протягом 10 днів) у відкритих посудинах на розсіяному світлі при температурі 20-22 С. Це свідчить не тільки про його високу стабільність, але і особливу небезпечність. Стабільність калію сульфату підтверджена аналітичним методом.

На основі отриманих результатів можна рекомендувати в якості порогової концентрації калію сульфату у воді водойм господарсько-питного водокористування по присмаку концентрацію 76,6 мг/дм3, що відповідно становить іонів калію 34,3 мг/дм3.

Вплив реагенту на процеси самоочищення води від органічного забруднення вивчали шляхом спостереження за динамікою біохімічного споживання кисню (БСК20), процесами амоніфікації, нітрифікації та нітрофікації, розчиненого кисню i окиснюваністю води. Досліди проводили в модельних водоймах з вихідними концентраціями 0,5; 2,5; 15,0; 150,0 мг/дм3. Найбільші зміни в процесах БСК20 відмічалися на 3 і 5 доби у вигляді активації процесу в середньому на 20 %, який на 15 і 20 доби практично не відрізнявся від контролю.

Процеси амоніфікації протікали аналогічно контролю - зростали на 3 і 7 день досліду і зменшувалися в інші строки. Максимальні відхилення від контролю спостерігалися на 7 і 10 доби, але вони не перевищували 20 % у порівнянні з контролем. Починаючи з 7 доби досліду, відмічалося пригнічення нітрифікації, особливо на 10 і 15 доби (до 20 %). Пригнічення нітрофікації спостерігалося на 15 добу досліду (майже на 15 %). На 7-15 доби відмічалося зменшення кількості розчиненого у воді кисню ( у середньому на 6 %). Цьому передувало на 5 і 7 добу підвищення окисненості води відповідно на 7,6 і 4,0 %. Калію сульфат протягом всього досліду сприяв пригніченню росту сапрофітної мікрофлори, яке на 20 добу сягало 78,0 %. Проведенні дослідження свідчать, що калій у вигляді сульфату в концентрації 150,0 мг/дм3 майже по всіх показниках пригнічує ріст сапрофітної мікрофлори.

Гостру токсичність калію сульфату вивчали на статевозрілих білих щурах і мишах обох статей. Загибель білих щурів відмічалася при введені речовини у кількості понад 4500,0 мг/кг. При дозі 6000,0 - 6500,0 мг/кг загинула половина тварин. Доза 8500,0 мг/кг була смертельною для всіх тварин. Тварини гинули протягом перших годин після введення препарату. У щурів, які залишалися живими, стан поступово покращувався і на 3 - 4 добу вони практично не відрізнялися від контрольних. У всіх випадках смерть наступала в основному внаслідок поліорганної недостатності. У тварин, які вижили, через 15 днів після закінчення досліду, при проведенні морфологічних досліджень, виражених структурних змін із сторони внутрішніх органів не спостерігалося.

Середньо смертельні дози (LD50) для щурів-самок, становили 6200,0 (5585,66882,0) мг/кг, для білих щурів-самців (6400,0 466,4) мг/кг. Середній час летальності (ЕТ50), розрахований по методу Б.М. Штабського (1980) становив 2,25 (1,832,69) год.

Білі миші-самці виявилися більш чутливими до препарату, ніж щурі. Середньо смертельна доза, дорівнювала 4850,0 (4409,15335,0) мг/кг, за В.Б. Прозоровським (1962) - 4410,6 (4014,44806,8) мг/кг. Клінічна і морфологічна картини отруєння були аналогічними білим щурам. Індекс кумуляції свідчить, що калію сульфат кумулятивною здатністю не володіє.

Одним із пріоритетних завдань профілактичної медицини є виявлення початкових, зворотних патологічних станів. З метою дослідження донозологічних проявів, ми провели вивчення синдрому ендогенної інтоксикації, стану антиоксидантної системи та перекисного окислення ліпідів, поєднання яких дає можливість віддиференціювати адаптаційні реакції від шкідливих для організму порушень. Як маркери ендогенного токсичного синдрому ми використовували МСМ та ЕІІ.

При вживанні води з різними концентраціями іонів калію відмічалися зміни вмісту МСМ. Одержані результати свідчать, що МСМ при довжинні хвилі 254 нм в сироватці крові піддослідних тварин, що вживали воду з різними концентраціями іонів калію, значно змінюються в залежності від якості води (рис. 1). Найвищий показник (в 1,3 раза) спостерігався в першій групі тварин, які споживали воду з найбільшим вмістом калію - 100,0 мг/дм3. Аналогічна динаміка зберігалося і у тварин, які споживали воду з концентрацією іонів калію в кількостях 10,0, та 5,0 мг/дм3. Лише при вмісті калію 2,5 і 1,25 мг/дм3 показники МСМ практично не відрізнялися від контрольної величини При довших хвилях (л = 280 нм) спостерігалися більш виражені зміни кількості МСМ. Так, в 1-й групі тварин вміст МСМ збільшився в 1,7 рази. У двох наступних групах, які споживали воду з концентрацією іонів калію в кількостях 10,0, та 5,0 мг/дм3 - відповідно в 1,5 і в 1,4 раза. Навіть в 4-й групі кількість МСМ збільшилась в 1,3 рази. Лише при споживанні води з вмістом іонів калію на рівні 1,25 мг/дм3 показник МСМ практично не відрізнявся від контрольної величини.

калій натрій підземний вода

Рис. 1. Показники МСМ в сироватці крові білих щурів при вживанні води протягом 30 діб з різними концентраціями іонів калію

Вміст МСМ в сироватці крові піддослідних тварин, що вживали воду з різними концентраціями іонів натрію, також змінювався в залежності від якості води. При проведенні вимірювань при довжині хвилі 254 нм відмічалося збільшення показників МСМ при вживанні води з концентрацією іонів натрію від 50,0 мг/дм3 і вище. Максимальна різниця (на 29,4 %) відмічалася у тварин, що вживали воду з вмістом іонів натрію 200,0 мг/дм3 (1-а група). У другій групі, тварини якої вживали воду з вмістом іонів натрію 100,0 мг/дм3, різниця була на рівні 15,4 %, в порівнянні з контролем. У двох наступних групах відмінності від контрольної групи практично не було. На 30 добу спостерігалася пряма залежність між концентрацією іонів натрію у питній воді та вмістом МСМ у сироватці крові піддослідних тварин. Найвищий вміст МСМ на 38,4 % у порівнянні з контрольною групою був у тварин 1-ї групи, які споживали воду з концентрацією іонів натрію 200,0 мг/дм3. У 2-й піддослідній групі ці показники не перевищували 13,5 %. У тварин 3-ї групи, які вживали воду з вмістом іонів натрію 25,0 мг/дм3 і наступних двох групах змін практично не було.

Показником для оцінки ендотоксикозу в організмі піддослідних тварин є ЕІІ. При оцінці впливу іонів калію на організм піддослідних тварин можна відмітити пряму залежність між ЕІІ і кількістю елементу у питній воді. Зі збільшенням терміну вживання води з різними концентраціями іонів калію збільшувалися показники ендотоксикозу. Найвищі показники ЕІІ (більші в 1,6-1,7 рази в порівнянні з контрольною групою) як на 15 добу, так і на 30 добу досліду, спостерігалися у тварин 1-ї групи, концентрація іонів калію в яких була 100,0 мг/дм3. В 2-й групі, тварини якої споживали воду з концентрацією іонів калію 10,0 мг/дм3, на 15 добу ЕІІ був в 1,5 рази більший в порівнянні з контрольною групою, а на 30 добу - в 1,2 раза. В інших групах показники практично не відрізнялися від контрольних груп.

Як видно з рис. 2, відмічалася пряма залежність між кількістю іонів натрію у питній воді і ЕІІ. Так, на 15 добу у тварин 1-ї групи, які споживали воду з найвищою концентрацією натрію (200,0 мг/дм3) був найбільший ріст ЕІІ. У цій групі він збільшився в 2,9 раза в порівнянні з контрольною групою. В 2-й групі, тварини якої вживали воду з концентрацією іонів натрію на рівні 100,0 мг/дм3, відмічалося збільшення ЕІІ в 1,6 раза. В наступних групах зростання показника не було.

На 30 добу зберігалася подібна залежність між кількістю іонів натрію у питній воді і рівнем ендотоксикозу. В першій групі тварин зберігалося збільшення ЕІІ в 2,9 раза. В 2-й піддослідній групі збільшення було також статистично достовірним і становило 1,7 раза в порівнянні з контролем. В 3-й групі відмічалося зростання ЕІІ в 1,2 раза. В наступних групах тварин показники ЕІІ були майже на рівні контрольних величин.

При оцінці впливу іонів калію на антиоксидантну систему організму піддослідних тварин основну увагу приділяли ЦП. Він є досить динамічним і високочутливим показником. Вже через 15 днів від початку дії іонів калію на організм піддослідних тварин концентрація ЦП в сироватці крові у тварин 1 - 3 груп різко зменшилася (рис. 3). Так, в 1-й групі його вміст був в 1,9, в 2-й групі - в 1,7, в 3-й групі - 1,5 рази менше контрольних величин. У двох наступних групах, які споживали воду з концентрацією калію менше 2,5 мг/дм3, змін вмісту ЦП не спостерігалося.

Зі збільшенням тривалості досліду процеси пригнічення активності ЦП наростали. На 30 добу у тварин 1-ї групи, що споживали воду з вмістом іонів калію на рівні 100,0 мг/дм3, кількість ЦП в сироватці крові була в 4 рази менша, ніж в контрольній групі. В 2-й групі він був був в 3,6, а в 3-й групі в - 3,3 рази менший в порівнянні з контрольними показниками. У тварин, що споживали воду з концентрацією іонів калію 2,5 мг/дм3, кількість ЦП в сироватці крові була в 2,7 раза нижча, ніж у інтактних тварин. Навіть у тварин 5-ї групи, що споживали воду з концентрацією іонів калію 1,25 мг/дм3 кількість ЦП в сироватці крові була в 1,9 раза нижча, ніж в контрольній групі.

При споживанні води з вмістом іонів натрію 25,0 мг/дм3 і вище, вміст ЦП в сироватці крові білих щурів як на 15, так і на 30 добу спостереження був нижчим, ніж у контрольних тварин. Показники вмісту ЦП були у тварин 1-ї групи в порівнянні з контролем на 15 добу були в 2 рази, а на 30 добу - в 2,6 рази нижчим. В 2-й групі, які вживали воду з концентрацією іонів натрію 100,0 мг/дм3, даний показник зменшився на 15 добу в 1,7 рази, а на 30 добу - різниця збільшилася до 2,6 рази. При споживанні води з вмістом іонів натрію в кількості 50,0 і 25,0 мг/дм3 у тварин на 15 добу кількість ЦП в 3-й групі була в 1,6 рази менша, ніж в контрольній групі, а в 4-й групі - в 1,5 раза. В 5-й групі різниці в показниках у порівнянні з контролем практично не було. На 30 добу зменшення кількості ЦП в сироватці крові піддослідних тварин наростало. Так, в 3-й групі різниця з контролем була вже в 2,4, в 4-й групі - в 2,3 раза. І навіть в 5-й групі відмічалася від'ємна різниця з контрольною групою в 1,7 раза.

Виразне пригнічення ЦП, який є основним антиоксидантом і приймає безпосередню участь у нейтралізації вільних радикалів, які утворюються в організмі, перекисних сполук, ароматичних амінів та гістаміну при деяких захворюваннях може характеризувати не тільки зрив компенсаторних властивостей організму, але й свідчити про порушення білковосинтезуючої функції організму.

Серед універсальних механізмів реалізації токсичності ксенобіотиків на клітинному рівні особливий інтерес привертає окислювальний стрес, який супроводжується активацією неферментативного вільнорадикального окислення (ВРО) і перекисного окислення ліпідів (ПОЛ).

Одним з поширених у токсиколого-гігієнічних дослідженнях біомаркерів ВРО і ПОЛ є МДА, ДК і ТК. За рівнем їх можна судити про інтенсивність ВРО в різних біологічних системах і тканинах організму, тобто про ступінь їх ушкодження під дією несприятливих чинників довкілля.

При проведені підгострого експерименту відмічалася пряма залежність між концентрацією калію у питній воді і кількістю ДК в крові щурів (рис. 4). На 15 добу кількість ДК в 1-й групі тварин, що вживали воду з концентрацією іонів калію 100,0 мг/дм3, була майже в 2 рази більша, ніж в контролі. В наступних двох групах спостерігалося збільшення кількості ДК в 1,5 раза, в 4-й групі вміст ДК був в 1,4 раза більший, ніж в контрольній групі. Лише в останній, 5-й групі різниця була не суттєвою. На 30 добу збереглася тенденція до зростання показників ДК в 1- 3-й групах в порівнянні з контрольною групою. Так, в 1-й групі збільшився вміст ДК на 115 %, в 2-й - на 77 %, і в 3-й - відповідно на 37 %. В наступних групах тварин зростання показника було незначним.

При вживанні води з вмістом іонів натрію існувала зворотна залежність між концентрацією речовини у питній воді і кількістю ДК як на 15 добу спостережень, так і на 30 добу. На 15 добу після досліду кількість ДК в 1-й групі тварин, що вживали воду з натрієм у концентрації 200,0 мг/дм3, була в 2,5 раза менша, ніж в контрольній групі. В 2-й і 3-й групах цей показник зменшився в 1,8 раза. Лише в 4-й та 5-й групах різниця була не суттєвою. Подібна залежність спостерігалася в цих же групах тварин і на 30 добу. Так, в 1-й групі вміст ДК зменшився в 2,4 раза. В групі тварин, які вживали воду з концентрацією іонів натрію 100,0 мг/дм3, зменшення показника було в 1,9 рази, а в 3-й групі - майже в 1,3 рази. В наступних двох групах кількість ДК практично дорівнювала контрольним величинам.

Пряма залежність була ще більш виражена між концентрацією іонів калію і натрію у питній воді і кількістю ТК у сироватці крові тварин, особливо в перший термін обстеження (рис. 5). На 15 добу кількість ТК, в сироватці крові лабораторних тварин знаходилась в прямій залежності від вмісту іонів калію у питній воді. Так, в 1-й групі тварин концентрація ТК була у 6 разів вища, ніж в контрольній групі. Статистично достовірне збільшення її спостерігалося і в наступних 4-х групах. Із зменшенням концентрації іонів калію зменшувалася кількість ТК. Так, в 2-й групі вміст ТК збільшився, в порівнянні з контролем в 5,7, а в 3-й - в 5,2 раза. В 4-й групі кількість ТК збільшилася більше, ніж в 3 рази. Навіть в останній групі тварин, що вживали воду з концентрацією калію 1,25 мг/дм3, кількість ТК була в 3 рази більша, ніж в контрольній.

На 30 добу кількість ТК у плазмі піддослідних тварин була менш виражена. Статистично достовірне збільшення ТК спостерігалося в 1-й групі, де їх величина в 2 рази і в другій - в 1,7 рази перевищували аналогічні показники в контролі. Збільшення вмісту ТК мало місце і в наступних групах: в 3-й - в 1,3 рази, в 4-й і 5-й - в 1,2 раза.

При визначенні ТК в плазмі крові у тварин, що споживали воду з різними концентраціями іонів натрію в перший термін спостереження найбільша кількість ТК відмічалася у тварин 1-ї групи, які споживали воду з найвищою концентрацією іонів натрію - 200,0 мг/дм3. В цій групі концентрація ТК була в 1,5 рази більша в порівнянні з контрольною групою. В наступних групах вміст ТК у сироватці крові постійно зменшувався. Так, в 2-й і 3-й групах він був практично однаковий і в 1,4 рази перевищував контрольні величин. Лише у тварин, які вживали воду з найнижчою концентрацією іонів натрію - 12,5 мг/дм3 він дорівнював контролю.

На 30 добу зберігалася пряма залежність між концентрацією іонів натрію у питній воді і кількістю ТК в сироватці крові піддослідних тварин. Правда різниця з контрольною групою була незначною. Так, в 1-й групі спостерігалося збільшення вмісту ТК на 19 %, в 2-й - лише на 6 %. В наступних групах зростання ТК не відмічалося.

Ще одним показником ПОЛ, який ми визначали, був МДА. Через 15 днів після початку досліду в 1-й групі тварин кількість МДА в сироватці крові зросла в 1,5 рази в порівнянні з контрольною групою, в 2-й групі, яка споживала воду з вмістом іонів калію 10,0 мг/дм3, концентрація МДА була в 1,3 раза більше, ніж в контролі. В наступних групах білих щурів, які вживали воду з вмістом калію 5,0 мг/дм3 і менше, суттєвої різниці з контролем не було. Така ж залежність, але більш виражена, спостерігалася і на 30 добу досліду. Максимальна різниця (у 2,2 раза) мала місце у першій групі. В наступних групах різниця була несуттєва.

Рівень МДА в плазмі крові піддослідних тварин, які споживали воду з концентрацією іонів натрію 200,0 та 100,0 мг/дм3, на 15 день зменшився в порівнянні з контролем в 1,6 і 1,2 рази відповідно. На 30 добу суттєво вміст МДА зменшився лише в 1-й групі (в 2,5 рази), в 2-й - в 1,8 рази. Починаючи з 3-ї групи вміст МДА знаходився в межах статистичної похибки. Лише у тварин 5-ї групи, які вживали воду з концентрацією іонів натрію 12,5 мг/дм3, показник МДА дорівнював контрольній.

Таким чином, нами встановлена пряма залежність між процесами ПОЛ і кількістю іонів калію і натрію у питній воді.

Найбільший рівень ДК, ТК і МДА спостерігався у тварин, які споживали воду з найвищою концентрація іонів калію - 100,0 мг/дм3. Тенденція до зростання цих показників спостерігалася і у тварин 2-ї і 3-ї груп, які споживали воду з концентрацією відповідно 10,0 і 5,0 мг/дм3. Лише у тварин 4 і 5-ї груп, які споживали воду з концентрацією іонів калію 2,5 і 1,25 мг/дм3, показники ПОЛ практично не змінювалися. При вживанні води з різними концентраціями іонів натрію відмічалося, що у тварин, які споживали воду з найвищою концентрація іонів натрію - 200,0 - 50,0 мг/дм3 зміни показників ПОЛ в сироватці крові і лише концентрації 25,0 і 12,5 мг/дм3 не викликали помітних змін в організмі.

Отже, виконані дослідження дають підстави для перегляду допустимих концентрацій іонів калію і натрію у питній воді в сторону їх зменшення при виборі джерел води господарсько-питного і культурно-побутового використання.

Висновки

У дисертації досліджені характер впливу на стан організму, зміни в окремих органах піддослідних тварин при вживанні води з різними концентраціями іонів калію і натрію. Проведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, яке полягає у вивченні особливостей та закономірностей дії сульфату калію на органолептичні властивості води, процеси самоочищення, стабільність і трансформацію у водному середовищі.

1. За сукупністю отриманих у дослідженнях даних і проведеного наукового узагальнення обґрунтовані нормативи вмісту іонів калію і натрію у питній воді як показників її фізіологічної повноцінності, що повинно стати основою для перегляду та зменшення нормативів їх вмісту у питній воді.

2. У питній воді з загальною мінералізацією до 1000 мг/дм3 при концентрації іонів калію до 5,0 мг/дм3, що рівноцінно вмісту 9,6 мг/дм3 калію хлориду, а іонів натрію до 50,0 мг/дм3, що рівноцінно вмісту 127,0 мг/дм3 натрію хлориду, більшість змін в організмі піддослідних щурів носить не завжди достовірний характер, що дозволяє вважати їх допустимими при тривалому споживанні води. При зменшенні концентрації іонів калію у питній воді за аналогічної ситуації до 2,5 мг/дм3, а іонів натрію до 25,0 мг/дм3 показники стану організму піддослідних тварин відповідають таким у тварин контрольної групи і відповідно їх можна вважати мінімально необхідними.

3. Калію сульфат впливає на органолептичні властивості води, надаючи їй гіркуватого присмаку. Пороговою концентрацією його є 76,6 (68,0 ? 85,2) мг/дм3, що дорівнює 34,3 мг/дм3 іонів калію.

4. При вивченні впливу калію сульфату на процеси самоочищення води від органічного забруднення встановлено, що речовина в концентрації 150,0 мг/дм3 проявляє незначну стимулюючу дію на процеси БСК20, окисненість води та пригнічує процеси амоні-, нітри- і нітрофікації, ріст сапрофітної мікрофлори і зменшує кількість розчиненого кисню.

5. Вживання води з вмістом іонів калію в концентрації від 100,0 до 5,0 мг/дм3 негативно впливає на організм піддослідних тварин, сприяючи виникненню синдрому ендогенної інтоксикації, що супроводжувався збільшенням в сироватці крові рівня молекул середньої маси та еритроцитарного індексу, а також викликає інтенсифікацію процесів перекисного окиснення ліпідів, про що свідчить збільшення рівня дієнових та трієнових кон'югатів, малонового діальдегіду та пригнічення системи антиоксидантного захисту, про що свідчить зменшення рівня церулоплазміну.

6. Вживання води з вмістом іонів натрію в концентрації від 200,0 до 50,0 мг/дм3 викликає в організмі піддослідних тварин синдром ендогенної інтоксикації, що супроводжується збільшенням в сироватці крові рівня молекул середньої маси та еритроцитарного індексу та пригнічення процесів перекисного окиснення ліпідів, що підтверджується зменшенням рівня дієнових кон'югатів, малонового діальдегіду та церулоплазміну і незначним зростанням трієнових кон'югатів.

7. Вживання води з підвищеним вмістом іонів калію і натрію сприяє виникненню в організмі піддослідних тварин морфологічних змін. При електрономікроскопічному дослідженні епітеліальної клітини проксимального відділу нефрона нирки калій в концентрації 10,0 мг/дм3 викликав набухання базального шару, витончення мікроворсинок, гіпертрофію мітохондрій. Натрій в концентрації 100,0 мг/дм3 викликав набухання і деструкцію мітохондрій, подоцитів, підвищував осмофільність і деструкцію педікул.

8. Проведені дослідження дозволяють рекомендувати максимально недіючу концентрацію іонів калію 5,0 мг/дм3, іонів натрію - 50,0 мг/дм3, орієнтовно безпечний рівень калію сульфату - 50,0 мг/дм3 за органолептичною ознакою шкідливості при контролі якості води господарсько-питного і культурно-побутового використання.

Список опублікованих праць

1. Прокопов В.О., Лотоцька О.В., Гунько Л.М. Вплив сульфату калію на процеси самоочищення води // Гігієна населених місць. - К., 2003. - Вип. 41. - С. 107 - 110. Дисертант провела експериментальні дослідження, здійснила статистичну обробку їх результатів, оформила статтю до друку.

2. Лотоцька О.В., Гнатюк М.С. Санітарно-токсикологічна характеристика сульфату калію // Довкілля і здоров'я. - 2004. - № 2 (29) - С. 12-15. Дисертант зробила узагальнення за результатами огляду літератури і власними дослідженнями, провела експериментальні розрахунки токсичності, підготовила матеріал до друку.

3. Лотоцька О.В. Вплив питної води з різними концентраціями калію на рівень ендотоксикозу в організмі споживачів // Гігієна населених місць. - К., 2004. - Вип. 43. - С. 140 -145.

4. Лотоцька О.В. Вплив питної води з різними концентраціями калію на активність перекисного окислення ліпідів в організмі споживачів // Гігієна населених місць. - К., 2004. - Вип. 44. - С. 75-78.

5. Кондратюк В.А., Гунько Л.М., Лотоцька О.В. Погляд на проблему прискореного нормування хімічних речовин у питній воді // Довкілля і здоров'я. - 2005. - № 1 (32 ) - С. 8 - 10. Дисертант зробила огляд літератури, провела розрахунки токсичності і підготовила матеріал до друку.

6. Кондратюк В.А., Лотоцька О.В., Лотоцький В.В. Обледеніння доріг: як з ним боротися? // Екологічний вісник. - 2003. - № 3 - 4. - С. 30 - 30. Дисертант зробила узагальнення і аналіз результатів огляду літератури і власних дослідженнь.

7. Лотоцька О., Лотоцький В. Вплив іонів натрію і калію на окисно-відновні процеси в організмі піддослідних тварин // Матеріали V Міжнародного медичного конгресу студентів та молодих учених. - Тернопіль, 2001. - С. 164-164. Дисертант провела експериментальні дослідження, здійснила статистичну обробку їх результатів і підготувала матеріал до друку.

8. Лотоцька О.В., Лотоцький В.В. Антропогенне забруднення води солями натрію та калію й їх вплив на здоров'я споживачів // Довкілля і здоров'я: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції. - Тернопіль, Укрмедкнига, 2003. - С. 95 - 96. Дисертант провела експериментальні дослідження, здійснила статистичну обробку отриманих результатів.

9. Кондратюк В.А., Лотоцька О.В., Лотоцький В.В. Гігієнічна оцінка солей калію як джерел забруднення довкілля // Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України: Матеріали науково-практичної конференції (до 120 - річчя з дня народження академіка О.М. Марзеєва). - К., - 2003. - Вип. 5. - С. 104-105. Дисертант провела експериментальні дослідження, здійснила статистичну обробку їх результатів.

10. Лотоцька О.В., Лотоцький В. В., Кондратюк В.А. Вплив води з різними концентраціями калію на обмін його в організмі споживачів // Гігієнічні проблеми півдня України: Матеріали науково-практичної конференції, присвяченої 100-річному ювілею кафедри загальної гігієни Одеського державного медичного університету (1903-2003). - Одеса. - 2003. - С. 198 - 200. Дисертант провела експериментальні дослідження, виконала статистичну обробку їх результатів, оформила матеріал до друку.

11. Лотоцька О.В. Хлорид натрію як фактор антропогенного забруднення води і його гігієнічне значення // Гігієнічна наука та практика на рубежі століть: Матеріали XIV з'їзду гігієністів України. - Дніпропетровськ: Арт-прес, 2004. - С.135.

12. Размещено на Allbest.ru