Оценка потенциальных рисков для здоровья населения Байкальского региона при употреблении продуктов, загрязненных антибиотиками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка потенциальных рисков для здоровья населения Байкальского региона при употреблении продуктов, загрязненных антибиотиками

С.С. Тимофеева, С.С. Тимофеев, О.В. Тюкалова

Рассмотрены современные экологические проблемы - загрязнение природной среды антибиотиками и устойчивость к противомикробным препаратам, когда микроорганизмы мутируют и теряют восприимчивость к антибиотикам. Причины этого опасного явления заключаются в постоянно растущем и неконтролируемом применении антибиотиков в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве. Большинство антибиотиков полностью не метаболизируются у людей и животных, значительная часть вводимых лекарств попадает в воду и почву через городские сточные воды, навоз животных и осадок сточных вод, транспортируемый на сельскохозяйственные поля в качестве удобрений, и создают экологические риски для здоровья человека.

Оценка экологических рисков от накопления антибиотиков в природных водах и продуктах питания крайне важна для Байкальской природной территории. Это территория, которая включает озеро Байкал (объект всемирного наследия), водоохранную зону, прилегающую к озеру Байкал, его водосборный бассейн на территории Российской Федерации, природные зоны преимущественной охраны, прилегающие к озеру Байкал, а также территорию шириной около 200 км, прилегающую к озеру Байкал к западу и северо-западу от него. Она может подвергнуться потенциальному риску как в отношении эндемичных видов озера Байкал, так и для населения в случае хронического воздействия и накопления антибиотиков в объектах окружающей среды. Целью настоящей работы являлась прогнозная оценка экологического риска для здоровья населения при прямом пероральном потреблении воды, мяса и других продуктов, выращенных на территории, загрязненной антибиотиками. Исходными данными служили результаты мониторинга качества пищевых продуктов, поступающих в розничную сеть Иркутской области.

Установлено, что в среднем ежедневно взрослый человек - житель региона получает 0,5718 мг/кг антибиотиков вместе с пищевыми продуктами. Ребенок в возрасте от 6 до 12 лет получает 1,3803 мг/кг антибиотика с пищей, а ребенок в возрасте от 2 до 6 лет - 2,6686 мг/кг вещества. У жителей Байкальского региона, взрослого населения и детей в возрасте от 2 до 12 лет, потенциальный экологический риск для здоровья в результате воздействия антибиотиков, поступающих с продуктами питания, на организм на порядок выше безопасного уровня и необходимо предпринимать действия, направленные на минимизацию таких рисков.

Ключевые слова: антибиотики, загрязнение, продукты питания, экологический риск, здоровье.

Abstract

Assessment of potential risks to the health of the population of the Baikal region when using products contaminated with antibiotics

Svetlana S. Timofeeva, Semyen S. Timofeev, Olga V. Tyukalova

Modern ecological problems are considered - pollution of the natural environment with antibiotics and resistance to antimicrobial drugs, when microorganisms mutate and lose susceptibility to antibiotics. The reasons for this dangerous phenomenon are the ever-growing and uncontrolled use of antibiotics in medicine, veterinary medicine and agriculture. Most antibiotics are not completely metabolized in humans and animals, a significant part of the injected drugs enters the water and soil through urban wastewater, animal manure and sewage sludge transported to agricultural fields as fertilizers and pose environmental risks to human health. Assessment of environmental risks from the accumulation of antibiotics in natural waters and food is extremely important for the Baikal natural territory. This is an area that includes Lake Baikal (a World Heritage site), a water protection zone adjacent to Lake Baikal, its catchment basin on the territory of the Russian Federation, natural zones of primary protection adjacent to Lake Baikal, as well as an area about 200 km wide adjacent to Lake Baikal to the west and northwest of it. It may be at potential risk both for endemic species of Lake Baikal and for the population in case of chronic exposure and accumulation of antibiotics in environmental objects. The purpose of this work was a predictive assessment of the environmental risk to public health with direct oral consumption of water, meat and other products grown in an area contaminated with antibiotics.

The initial data were the results of monitoring the quality of food products entering the retail network of the Irkutsk region. It was found that on average, an adult resident of the region receives 0.5718 mg/kg of antibiotics daily with food. A child aged 6 to 12 years receives 1.3803 mg/kg of antibiotic daily with food, and a child aged 2 to 6 years receives 2.6686 mg/kg of the substance. Residents of the Baikal region, adults and children aged 2 to 12 years, have a potential environmental health risk as a result of exposure to antibiotics coming with food on the body an order of magnitude higher than the safe level and it is necessary to take actions aimed at minimizing such risks.

Keywords: antibiotics, pollution, food, environmental risk, health.

антибиотик экологический здоровье продукт

Широкое применение антибиотиков в современном мире и их накопление в экосистемах привело к глобальной проблеме устойчивости к противо-микробным препаратам, когда микроорганизмы мутируют и теряют восприимчивость к антибиотикам, которые ранее успешно применялись для лечения инфекций. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила бактериальную резистентность в список десяти наиболее значимых рисков для человечества [1]. Практически ежегодно из-за антибиотикоустойчивости в мире умирают до 700 тысяч человек. По оценкам экспертов, к 2050 г. число смертей, вызванных устойчивостью к антибиотикам, может увеличиться до 10 миллионов, причем 2,4 миллиона из них - в странах с высоким уровнем развития [2].

Ежегодно в России регистрируется до 2,3 миллиона случаев внутрибольничных инфекций [3; 4]. При лечении таких инфекций на первый план выходит проблема бактериальной резистентности. Среди наиболее распространенных: внутрибольничная пневмония, внутрибрюшные инфекции, инфекции мочевыводящих путей. Расходы на противомикробную терапию составляют более 30 % бюджетных средств медицинских организаций. Около 50 % пациентов в отделениях интенсивной терапии страдают инфекциями, половина из которых приобретена в больнице. Инфекции повышают риск смерти в отделениях интенсивной терапии в 2,5 раза.

Причиной высокой устойчивости к антибиотикам является не только применение антибиотиков в медицине, но и растущее и плохо контролируемое их применение в ветеринарии и сельском хозяйстве. Длительный период практически бесконтрольного применения антибиотиков в здравоохранении, ветеринарии и сельском хозяйстве привел к распространению генетически модифицированных форм инфекционных агентов, устойчивых к противомикробным препаратам, и вызвал глобальные экологические проблемы, в первую очередь загрязнение антибиотиками объектов окружающей среды: атмосферы, воды, почвы, продуктов питания, как животного, так и неживотного происхождения, и, следовательно, экологические риски для населения [5-7].

Лекарственные препараты после выполнения терапевтических функций выводятся из организма человека и животных в результате естественного выведения. Поскольку большинство антибиотиков полностью не метаболизируется у людей и животных, значительная часть вводимых лекарств попадает в воду и почву через городские сточные воды, навоз животных и осадок сточных вод, транспортируемый на сельскохозяйственные поля в качестве удобрений. Установлено, что от 30 до 90 % перорально принимаемых лекарственных средств попадают во внешнюю среду с мочой в виде активных метаболитов (в среднем от 64 до 27 %), с калом (в среднем от 35 до 26 %). В биологических очистных сооружениях антибиотики, как правило, не разрушаются, транзитом проходят через них и представляют потенциальную экологическую угрозу для здоровья населения [8-10].

При оценке экологических рисков для водохранилища Циншитань, расположенного выше по течению реки Гантанг и снабжающего питьевой водой город Гуйлинь, Гуанси, с использованием метода коэффициента риска (RQ) установлено, что потенциальный риск остатков антибиотиков в водных экосистемах средний [11]. В провинции Аньхой на юго-востоке Китая, в бассейнах рек Янцзы, Хуай и Синьань, экологические риски от таких антибиотиков, как ципрофлоксацин, эритромицин, офлоксацин, энрофлоксацин и тетрациклин, варьируются в диапазоне от среднего до высокого уровня [12].

Основным источником неконтролируемого поступления антибиотиков в организм человека являются продукты питания, в первую очередь животного происхождения [13; 14], такие как мясо, мясные продукты, птица, рыба, яйца, молоко, сметана, йогурты и другие молочные продукты. Присутствие в молочных продуктах антибиотиков обусловлено неконтролируемым применением стрептомицина, пенициллина и др. антибиотиков для лечения животных, а также использования их в качестве кормовых добавок для ускорения роста животных и предотвращения инфекций. Загрязненные антибиотиками продукты питания являются источниками потенциального экологического риска для здоровья человека.

В соответствии с установленным регламентом проводится мониторинг содержания антибиотиков в продуктах питания испытательными лабораториями Роспотребнадзора и Россельхознадзора, ежегодно исследуется не менее 20 тысяч проб. Анализы показывают, что наиболее часто фиксируется наличие антибиотиков в молочных продуктах, их содержание достигает 1,1%, наименьшее - в продуктах детского питания (менее 0,1 %).

Высокий уровень антибиотикоустойчивости, большие экономические потери при лечении инфекционных заболеваний и интенсивное загрязнение объектов окружающей среды требуют принятия незамедлительных организационных мер как по оценке экологических рисков для здоровья населения, так и разработке эффективных мер технологий ревитализации загрязненных территорий.

Оценка экологических рисков от накопления антибиотиков в природных водах и продуктах питания крайне важна для Байкальской природной территории, включающей озеро Байкал (объект всемирного наследия), водоохранную зону, прилегающую к озеру Байкал, его водосборный бассейн на территории Российской Федерации, а также территорию шириной около 200 км, прилегающую к озеру Байкал к западу и северо-западу от него. Она может подвергнуться потенциальному риску как в отношении эндемичных видов озера Байкал, так и для населения в случае хронического воздействия и накопления антибиотиков в объектах окружающей среды.

В ИРНИТУ в течение многих лет реализуется проект «Техногенные риски Байкальского региона» составлен реестр рисков и установлено, что одним из малоизученных являются риски, обусловленные неконтролируемым оборотом антибиотиков в регионе. Учеными ИРНИТУ обобщены накопленные знания о судьбе антибиотиков в экосистемах, методы распознавания и идентификации антибиотиков в воде, почве, продуктах питания и других объектах [15; 16], разработана методология прогнозирования потенциальных рисков для населения региона.

Целью настоящей работы являлась прогнозная оценка экологического риска для здоровья населения при прямом пероральном потреблении воды, мяса и других продуктов, выращенных на территории, загрязненной антибиотиками.

Объекты и методы исследования

Потенциальные экологические риски направлены на население Байкальского региона, получающее избыточные неконтролируемые дозы антибиотиков с продуктами питания и водой.

Исходными данными служили результаты мониторинга качества пищевых продуктов, поступающих в розничную сеть Иркутской области.

Согласно данным ветеринарной лаборатории, в пробах пищевых продуктов обнаруживаются антибиотики тетрациклиновой и пенициллиновой групп (табл. 1). Максимальная концентрация данных групп антибиотиков обнаружена в субпродуктах убойных животных охлажденных и замороженных, а минимальная концентрация обнаружена в мясе птицы всех видов.

Таблица 1. Содержание антибиотиков в пищевых продуктах, потребляемых населением Байкальского региона

Оценку потенциального экологического риска для здоровья населения проводили по методике оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (P 2.1.10.1920-04) [17].

Оценка риска для здоровья человека представляет собой процедуру количественной и/или качественной характеристики вредных эффектов, развивающихся в результате воздействия факторов среды обитания человека на конкретную группу людей при специфических условиях экспозиции [18]. Принято различать вещества канцерогенного и неканцерогенного действия, и каждая группа веществ оценивается по определенным показателям. Химические канцерогены оказывают генотоксическое действие, могут возникать при любой дозе. Для неканцерогенных веществ существуют пороговые уровни, ниже которых вредные эффекты не возникают. Поскольку канцерогенность антибиотиков не доказана, то для них оценивается неканцерогенный риск.

Неканцерогенный риск для отдельных веществ определяется коэффициентом опасности воздействия вещества:

(1)

где HQ - коэффициент опасности; C - средняя концентрация, мг/м³; RfC - референтная (безопасная) концентрация, мг/м³.

Установлены следующие критерии: риск несущественный, допустимый, если коэффициент опасности (HQ) вещества менее единицы; риск значимый, опасный, если HQ больше 1. Вероятность возникновения вредных эффектов у человека возрастает пропорционально увеличению HQ.

Комбинированный риск развития неканцерогенных эффектов оценивается индексом опасности (HI), который для условий одновременного поступления нескольких веществ одним и тем же путем (например, ингаляционным или пероральным) рассчитывается по формуле

(2)

где HQi - коэффициент опасности для отдельных компонентов смеси воздействующих веществ. Если значения коэффициента опасности не превышают единицы, вероятность развития у человека вредных эффектов при ежедневном поступлении вещества в течение жизни несущественна, и такое воздействие также характеризуется как допустимое. При коэффициенте опасности выше единицы вероятность возникновения вредных эффектов у человека возрастает пропорционально увеличению HQi, однако точно указать величину этой вероятности невозможно.

Вычисление количества токсиканта, поступившего в организм, ведется по эмпирическим формулам.

Для общего случая количество вещества, поступившего в организм человека оральным путем, определяется по формуле

(3)

где Г - поступление вещества в организм за день определяют в миллиграммах на килограмм веса тела, мг/кг-день; C - концентрация токсичного вещества в точке воздействия, мг/кг - для пищи, мг/дм³ для воды; CR - количество смеси, поступившей в организм за день, кг/день - для пищи, дм³/день - для воды; EF - частота поступления или контакта в течение года, дней/год; ED - продолжительность воздействия или экспозиции, лет; BW - вес тела, кг; AT - продолжительность воздействия токсиканта на организм, дней.

Таблица 2. Стандартные параметры для расчета доз и поступления токсичных веществ в организм человека

Количество антибиотиков, потребляемых с мясными и другими продуктами, рассчитывали для взрослого человека, детей в возрасте от 2 до 6 лет, и от 6 до 12 лет, используя данные табл. 2.

Результаты и их обсуждение

В табл. 3 приведены данные расчета количеств загрязнителей, потенциально могущих поступить в организм жителя региона с продуктами питания.

Установлено, что в среднем ежедневно взрослый человек получает 0,5718 мг/кг антибиотиков вместе с пищевыми продуктами. Ребенок в возрасте от 6 до 12 лет получает 1,3803 мг/кг антибиотика ежедневно с пищей, а ребенок в возрасте от 2 до 6 лет получает 2,6686 мг/кг вещества.

Прогнозный индивидуальный риск жителя Байкальского региона от поступления в организм антибиотиков разными путями представлен в табл. 4.

Таблица 3 Количество поступающих в организм человека антибиотиков с продуктами питания