Факторы и уровни риска здоровью населения при воздействии компонентов питьевых вод в границах природных гидрогеохимических провинций Пермского края

оснащение систем водоподготовки являются управляемыми факторами, то природный химический состав водного объекта практически не может быть изменен современными средствами. Ситуация осложняется в тех случаях, когда водоисточник, который не в полной мере соответствует гигиеническим требованиям, является безальтернативным или все водные объекты территории характеризуются близким химическим составом в силу природногеохимических особенностей местности. Последнее типично для гидрогеохимических провинций, качественное и безопасное питьевое водоснабжение которых зачастую составляет сложную задачу. К примеру, природные мышьяковистые аномалии, существенно влияющие на качество природных и питьевых вод, выявлены в таких странах, как Аргентина, Непал, Камбоджа, Гана, Китай, Бангладеш, Иран [4, 5]. В разовых исследованиях получены данные о том, что содержание мышьяка до 2500 мг/л, что делает воду небезопасной для здоровья человека [6].

На проблемы природного повышенного содержания свинца в питьевых водоисточниках указывают исследователи Турции [7]. Опасные концентрации урана, мышьяка и селена в подземных водах, используемых населением, описаны в работах монгольских исследователей [8]. Высокие уровни фторидов формируют недопустимые риски для здоровья граждан Мас-тунгского, Мангочарского и Прингабадского районов провинции Белуджистан в Пакистане [9, 10] и т.п.

По данным ряда авторов, в России существуют обширные регионы, в пределах которых питьевые подземные воды содержат повышенные концентрации токсичных элементов и являются причиной нарушения здоровья населения [11]. Так, в результате изучения качества подземных вод Республики Дагестан и исходя из общих геохимических предпосылок было выявлено, что в северной части республики в результате природных процессов формируется региональная гидрогеохимическая провинция подземных вод с повышенным до 20 ПДК содержанием мышьяка [12]. Вотейко указывает на нарушения функций почек в условиях селеновой Забайкальской биогеохимической провинции [13]. По данным А.В. Абрамкина, сложившаяся на территории Республики Мордовия гиперфто-ровая биогеохимическая провинция является основой для формирования у жителей республики эндемического флюороза [14]. Имеются территории с природным повышенным содержанием радона, что формирует риски радиационного воздействия на население [15].

В целом основными факторами, определяющими вероятность появления высоких концентраций токсичных элементов в поверхностных и подземных водах – источниках питьевого водоснабжения – в границах гидрогеохимических провинций, являются:

• –    наличие горных пород, отличающихся относительно повышенными концентрациями этих веществ;

• –    высокая выщелачивающая способность водовмещающих пород;

• –    разнообразие форм присутствия элементов в породах, в том числе наличие легкорастворимых соединений;

• –    благоприятные гидрогеологические и гидрохимические условия, определяемые высокой скоростью водообмена и химическими типами воды;

  – интенсивная эксплуатация подземных вод для целей хозяйственно-бытового водоснабжения, что обусловливает активное взаимодействие различных водоносных горизонтов, усиливает скорость водообмена и интенсивность физико-химического взаимодействия в системе «вода–порода».

Пермский край – территория со сложной геологической структурой и разнообразным химическим составом недр и почв. Регион характеризуется наличием 14 геохимических провинций, каждая из которых отличается повышенным содержанием определенных неорганических соединений (рисунок). Соответственно, особенности подстилающих горных пород и почв в границах этих провинций влияют на химический состав источников питьевого водоснабжения населения [16, 17]. При этом среди элементов и соединений, специфичных для геохимических провинций региона, регистрируются те, которые доказанно могут оказывать негативное влияние на здоровье человека даже в незначительных концентрациях: свинец, кадмий, никель, хром, марганец, ванадий и пр. (табл. 1).

Цель исследования состояла в оценке риска формирования нарушений здоровья у населения, длительно и систематического потребляющего питьевые воды химического состава, характерного для ряда гид-рогеохимических провинции Пермского края.

Материалы и методы. Пространственные границы геохимических провинций устанавливали по данным атласа геоэкологической партии ПГГСП «Геокарта» в виде векторных слоев формата ГИС ArcView масштаба 1:1 000 000. Данные о местах расположения водозаборов были получены от Управления Федеральной службы в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю. Привязка мест водоисточников и пространственное пересечение точек расположения водозаборов и геохимических провинций выполняли в геоинформационной системе ГИС ArcView 3.2 (ESRI, USA).

Для оценки риска были выбраны три геохимических провинции, в границах которых расположены крупные водозаборы систем централизованного питьевого водоснабжения.

Сылвенская геохимическая провинция . Находится на юго-востоке Пермского края, охватывает центральную и южную часть Суксунского и север Кишертского районов. Характеризуется повышенным содержанием бора, бария, стронция (кларк²

Рис. Геохимические провинции Пермского края [2]

Таблица 1

Особенности химического состава компонентов природной среды биохимических провинций Пермского края

Геохимическая провинция Особенности химического состава площадное распространение точечное распространение Колвинская Mn, Ni B, Br, Ba, Be, Pb, Cr, Sr, Zn Верхневишерская Pb, Mn, Ba P, Sb Средневишерская Mn Ba Br, Be B, Pb, Cr, Co, Ni, Zn Яйвинская B, Br, Mn Cd, Ti, Pb, F, Ba, Ni, Sr, V Косинская Br, Ba Mn, V Койвинская Cd, Mn, Ti P, Be, Ba, Ni, Pb, B, Br Чусовская Ti Ba, Sr, Mn, Cr Сылвенская Mn, B, Br Ti, Ba, Be, Sr, Pb Тулвинская B, Br, Ba, Mn Sb, Pb, Ti, Sr, V Среднекамская Br, Cd. Mn, Cr, Be, Ba, Sr, F, Ni, V Обвинская Br, B, Ba Sb, Cd, Mn, Be, Pb, V, Cr, Sr Иньвинская Br, Ba Cd, Mn, Ni, Be, Pb Косьвинская Mn Be, Cd, Ni, Cr, Pb Северокамская Br, B, Ba Mn, F, Ni, Be порядка 3,1), свинца (кларк – 1,3) марганца (кларк – 15,5). В границах провинции размещены водозаборы на р. Сылва в окрестностях п. Суксун, обеспечивающие водоснабжением более 8,3 тыс. человек.

Койвинская геохимическая провинция . Находится на востоке региона. Охватывает центральную часть Горнозаводского района, затрагивает восточную часть Чусовского и север Лысьвенского районов. Характеризуется высоким содержанием кадмия, марганца, свинца, никеля. Кларк кадмия достигает уровня 25, марганца – 15,4, что кратно выше, чем в других зонах региона. В границах провинции размещены водозаборы на р. Пашийка (пос. Пашия, население 4,1 тыс. человек) в центральной части Горнозаводского района и на р. Чусовая, находящейся в окрестностях п. Вороновка (население около 2,0 тыс. человек) на юге Горнозаводского района.

Чусовская геохимическая провинция . Находится в центральной части Пермского края, охватывает центральную часть Чусовского района, с востока – небольшую часть Добрянского района, с юга – Гре-мячинский район и с северо-запада – Лысьвенский район. Является наиболее разнообразной по химическому составу присутствующих металлов и сочетанию высоких концентраций марганца (кларк равен 23,0), меди (кларк равен 3,0), железа (кларк равен 10,0), молибдена (кларк равен 11). Провинция характеризуется высоким содержанием марганца, хрома, железа, никеля. В границах провинции размещены водозаборы на р. Чусовая, в г. Чусовом (нас. 48521 тыс. человек), и на р. Лысьва, находящейся в пос. Калино (нас. 2425 тыс. человек) на юге Чусовского района.

Качество питьевой воды систем централизованного водоснабжения оценивали по данным ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае», полученным в ходе контрольно-надзорных мероприятий и социально-гигиенического мониторинга с привлечением данных ведомственных лабораторий водоснабжающих организаций (результаты производственного контроля стандартизованными методами). Период наблюдения с 2011 по 2016 г. При оценке качества природных и питьевых вод рассматривали результаты полного санитарно-химического анализа. При исследовании тяжелых металлов применялись методы атомно-абсорбционного анализа, позволяющие идентифицировать концентрации на уровнях до 0,0001 мг/проба. Проанализировано более 12 000 результатов измерений по водозаборам Горнозаводского района (р. Пашийка, р. Чусовая), Чусовского района (р. Чусовая, р. Лысьва), Кунгурского района (р. Кама, р. Юг), Суксунского района (р. Сылва) и др.

Методология оценки риска была выбрана как эффективный инструмент предварительного ана- лиза ситуации, не требующий значительных финансовых и организационных затрат и одновременно позволяющий получить информацию для дальнейших управленческих действий [18, 19]. Оценку риска выполняли в соответствии с «Руководством по оценке риска для здоровья населе-ния…»3, рассматривая описанные в документе негативные эффекты для здоровья (табл. 2). В качестве критерия допустимого канцерогенного риска принимали уровень пожизненного риска, равный 1 · 10–4. В качестве критерия допустимого неканцерогенного риска принимали величину индекса опасности, равную 1,0.

Сценарий экспозиции принимали следующим: ежедневное потребление 350 дней в год воды с установленным на момент исследования качеством в течение 30 лет для расчета канцерогенного риска и 70 лет для расчета неканцерогенного риска. С учетом принципа предосторожности рассматривали концентрацию примеси в питьевой воде на уровне 95%-ного персентиля за период наблюдения.

Таблица 2

Параметры для оценки рисков здоровью при поступлении химических примесей с питьевой водой

Элемент	RfD , мг/кг-сут.	Критические органы и системы	SFo *
Барий	0,07	Почки, сердечно-сосудистая система	–
Бор	0,2	Репродуктивная система, желудочно-кишечный тракт	–
Железо	0,30	Слизистые, кожа, кровь, иммунная система	–
Кадмий	0,0005	Почки, эндокринная система	0,38
Марганец	0,14	Центральная нервная система, кровь	–
Медь	0,019	Желудочно-кишечный тракт	–
Молибден	0,005	Почки	–
Мышьяк	0,0003	Кожа, центральная нервная система, сердечно-сосудистая, иммунная, эндокринная системы, желудочно-кишечный тракт	1,5
Никель	0,02	Печень, сердечно-сосудистая система, желудочно-кишечный тракт, кровь, масса тела	1,7
Свинец	0,0035	Центральная нервная система, периферическая нервная система, кровь, системы развития, репродуктивная, эндокринная системы	0,047
Стронций	0,6	Костная система	–
Титан	4,00	Не установлено	–
Хром	0,005	Печень, почки, желудочнокишечный тракт, слизистые	0,42

П р и м е ч а н и е : * – фактор канцерогенного потенциала для канцерогенных веществ.

Параметры потребления питьевой воды и массы тела для расчета суточной дозы принимали стандартными.

Результаты и их обсуждение. Результаты многолетних наблюдений, включая данные полного санитарного анализа исследованных питьевых вод, показали, что структура исследований близка для разных источников водоснабжения. Программы контроля (и производственного, и государственного) слабо учитывают гидрогеохимиче-ские особенности территорий. Бор и бром – примеси, которые характерны для ряда геохимических провинций и для которых имеются доказанные негативные эффекты при пероральном поступлении, не контролируются ни водоподающими организациями, ни органами санитарного надзора. В санитарный анализ питьевой воды водозаборов Чусовской провинции не были включены исследования содержания стронция, хотя дан- ный элемент специфичен для геологических пород, формирующих природные воды.

Металлы, в том числе тяжелые и амфотерные, которые представляют наиболее серьезную опасность для здоровья населения при длительном использовании питьевых вод изученных геохимических провинций, регистрировались в воде практически повсеместно (табл. 3).

Нарушения гигиенических нормативов содержания отдельных примесей регистрировались крайне редко (менее 1 % от числа исследованных проб). Оценка пожизненного канцерогенного риска показала, что в целом ситуацию с безопасностью питьевой воды на исследованных территориях можно оценить как тревожную. Уровни пожизненного канцерогенного риска в расчете на максимальный уровень загрязнения находились в диапазоне от 2,99 · 10–4 до 4,01 · 10–3) и квалифицировались как неприемлемые (табл. 4).

Таблица 3

Среднемноголетние суточные концентрация приоритетных химических примесей в питьевых водах, подаваемых населению, M ± m , мг/дм³

Химический элемент	Геохимическая провинция
	Сылвенская	Койвинская	Чусовская
Марганец	0,005 ± 0,0008	0,05 ± 0,0075	0,01 ± 0,0015
Кадмий	0,0002 ± 0,0001	0,0002 ± 0,0001	Не измерялось
Железо	0,0500 ± 0,0075	0,31 ± 0,05	1,1 ± 0,13
Свинец	0,0012 ± 0,0003	0,0001 ± 0,0001	Не измерялось
Никель	0,0065 ± 0,0012	0,0071 ± 0,015	0,0075 ± 0,015
Хром	0,010 ± 0,006	0,012 ± 0,007	0,018 ± 0,003
Молибден	Не измерялось	0,003 ± 0,0004	0,003 ± 0,0001
Медь	0,005 ± 0,001	0,004 ± 0,001	0,02 ± 0,003
Барий	нпо*	нпо	Не измерялось
Мышьяк	0,0025 ± 0,0005	0,001 ± 0,0003	0,0005 ± 0,0001
Стронций	7,30 ± 1,22	Не измерялось	Не измерялось

П р и м е ч а н и е : * – нпо – ниже порога определения.

Таблица 4

Среднемноголетнее содержание ряда химических элементов в питьевых водах водозаборов, расположенных в границах геохимических провинций

Элемент	Среднемноголетняя концентрация, 95%-й персентиль, Мг/дм 3	Доза, мг/кг-сут	Канцерогенный риск	Вклад фактора в риск, %
Сылвенская провинция
Кадмий	0,00025	6,85E-06	2,60E-06	0,5
Свинец	0,0015	4,11E-05	1,93E-06	0,4
Никель	0,0075	2,05E-04	3,49E-04	71,7
Хром	0,0180	2,44E-05	8.89E-05	18,3
Мышьяк	0,0030	2.94E-05	4,40E-05	9,0
Суммарный канцерогенный риск			3,98E-04 (недопустимый)
Койвинская провинция
Кадмий	0,00057	2,00E-05	5,93E-06	0,10
Свинец	0,0001	1,00E-06	1,29E-07	0,0
Никель	0,0080	2,19E-03	3,73E-03	93,1
Хром	0,0200	5,50E-04	2,30E-04	5,75
Мышьяк	0,0010	3,00E-05	4,11E-05	1,03
Суммарный канцерогенный риск			4,01E-03 (недопустимый)
Чусовская провинция
Никель	0,0082	9,63E-05	1,64E-04	54,7
Хром	0,0250	2,94E-04	1,23E-04	41,2
Мышьяк	0,0007	8,22E-06	1,25E-05	4,12
Суммарный канцерогенный риск			2,99-04 (недопустимый)

Таблица 5

Примеси, обладающие канцерогенным эффектом, – соединения кадмия, свинца, никеля

Поражаемые органы (системы)	HI	Приоритетные факторы риска	HI	Приоритетные факторы риска	HI	Приоритетные факторы риска
	Сылвенская провинция		Койвинская провинция		Чусовская провинция
Почки	1,4	Хром	3,4	Хром, молибден	4,2	Хром
Желудочно-кишечный тракт	10,9	Хром, мышьяк	6,3	Хром, мышьяк	6,7	Хром, мышьяк медь,
Центральная нервная система	11,8	Мышьяк, свинец	3,7	Мышьяк, марганец	1,7	Мышьяк
Сердечно-сосудистая система	8,7	Мышьяк	3,7	Мышьяк	2,0	Мышьяк
Кровь	4,0	Свинец	1,8	Марганец, железо, свинец	4,1	Никель, железо
Иммунная система	8,5	Мышьяк	4,3	мышьяк	5,4	Мышьяк
Костная система	11.8	Стронций	–	–	–	–

Расчет канцерогенного риска на среднемноголетние значения позволил оценить риски как существенно менее значимые, однако и они находились выше верхней допустимой границы приемлемого риска (1,9 · 10-4 – Сылвенская; 2,3 · 10-4 – Койвин-ская и 2,99 · 10-4 – Чусовская провинция). Основной вклад в формирование канцерогенного риска для здоровья населения на всех трех территориях вносит никель. Концентрация этого компонента в природных водоисточниках подлежит более глубокому анализу. Требуется оценка метода определения с позиций надежности и точности получаемого результата. Актуальным представляется исследование сезонного колебания примеси в питьевой воде, выявление основных источников поступления никеля в питьевые воды.

Недопустимые неканцерогенные риски нарушения здоровья у населения, постоянно потребляющего воды указанного качества, формируются в отношении целого ряда органов и систем (табл. 5).

Высокие риски развития поражений функций ( HI >5,0⁴) прогнозируются в отношении органов пищеварения, центральной нервной системы, иммунной системы у жителей всех исследованных геохимических провинций. Установлены умеренные риски (3,0< HI ≤5,0) в отношении развития поражений иммунной системы, почек (для Койвинской и Чусовской провинций), крови (для Сылвенской и Чусовской провинций).

Для Сылвенской провинции характерны высокие риски поражения костной системы вследствие высоких природных уровней стронция в питьевых водах.

В данной работе не стояла задача сравнения уровней рисков с реальной ситуацией по заболеваемости населения. Вместе с тем исследования ряда авторов хорошо корреспондируются с полученными результатами. Так, в работах О.Ю. Устиновой с со-авт. [20] углубленными клиническими и лабораторными исследованиями подтверждено вредное влияние марганца в питьевой воде на здоровье детей, выражающееся в развитии нейровегетативных дис- функций. Имеются данные о регистрации повышенного уровня стронция в крови жителей, потребляющих воду с высоким уровнем стронция. При этом у экспонированных установлено несоответствие биологического возраста должному, а патологии костно-мышечной системы (нарушение осанки, деформация позвоночника и стоп) диагностировались в 2,5–10,0 раза чаще, чем в группе сравнения [21].

Выводы. Проведенные исследования показали, что формирование геохимических провинций с разными уровнями содержания в горных породах и почвах соединений таких опасных металлов, как хром, никель, свинец, марганец, железо и др., может оказывать существенное влияние на качество питьевой воды, подаваемой населению, проживающему в границах данных провинций.

Отсутствие или низкая частота нарушений гигиенических нормативов не является полной гарантией безопасности питьевой воды в сложных гидро-геохимических условиях формирования ее состава.

Совместное присутствие в природных и питьевых водах даже в низких концентрациях ряда канцерогенных примесей (кадмия, хрома, никеля, мышьяка, свинца) может являться причиной формирования недопустимых рисков для здоровья населения. Для исследованных провинций Пермского края уровни канцерогенного риска достигают (для условий наихудших сценариев экспозиции) величины 4 · 10–3, что квалифицируется как De manifestis Risk. Уровень требует от лиц, принимающих решения, проведение неотложных мероприятий по снижению риска. Недопустимые неканцерогенные риски формируются совместным присутствием в питьевых водах мышьяка, марганца, стронция и ряда других соединений. Наибольшие риски на изученных территориях были отмечены в отношении болезней желудочно-кишечного тракта (HI до 10,9; основной фактор риска – хром и его соединения), костно-мышечной системы (HI до 11,8; основной фактор – стронций в воде) и центральной нервной системы (HI до 11,8, основные факторы: мышьяк, марганец и свинец. При этом вклады элементов в общий риск в разных провинци- ях были различны). Очевидно, что требуется разработка и реализация системы мер по снижению уровней риска для здоровья и информирование об этих рисках всех заинтересованных сторон: организаций, обеспечивающих водоснабжение, население, органы местного самоуправления.

В ходе исследования не выявлены достоверные зависимости между уровнем среднего содержания элементов в земной коре геохимической провинции и концентрациями примесей в питьевых водах. Вместе с тем наибольшие концентрации кадмия и свинца были идентифицированы именно в питьевых водах тех провинций, где их уровни являются самыми высокими. При этом в ряде случаев при наличии высокого уровня опасного элемента в земной коре не ведется измерение в питьевых водах. В этой свя- зи водоподающим организациям и органам санитарного надзора рекомендуется учитывать специфику геохимической провинции и включать в программы мониторинга и лабораторных исследований при надзоре анализы примесей, имеющих высокие уровни содержания в природной среде.

В связи с очень низкими референтными уровнями концентраций металлов целесообразным представляется совершенствование методов количественного определения элементов в питьевых водах.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.