Эссенциальные элементы и их нормирование в питьевой воде

В действующем СанПиН 2.1.4.1074-011 при- (ПДКпв) установлены по санитарно-токсикологичес-сутствуют нормативы веществ, относящихся к эс- кому показателю вредности. В ряде случаев их на-сенциальным и условно эссенциальным: селен, личие в питьевой воде детерминируется природным хром, йод, молибден, кобальт, ванадий, фтор, литий, качеством источника [1, 2]. При этом имеет место кремний, бор, бром. Их нормативы в питьевой воде одновременное нахождение нескольких элементов в разных концентрациях. Согласно опубликованным данным2, в подземных водоисточниках концентрации бора достигают 0,46 мг/л, концентрации брома находятся в пределах 0,029–0,9 мг/л, ванадия – 0,0013–0,074 мг/л, кальция – 20–430 мг/л, кобальта – 0,0004–0,0074 мг/л, кремния – 3,7–24,2 мг/л, лития – 0,019–0,071 мг/л, молибдена – 0,001–0,021 мг/л, никеля – 0,0043–0,021 мг/л, селена – 0,001–0,052 мг/л, фтора – 0,4–4,8 мг/л, хрома – 0,0016–0,1 мг/л [3–9]. Таким образом, можно констатировать, что содержание эссенциальных элементов в потенциальных и эксплуатируемых источниках хозяйственно-питьевого назначения колеблется от уровней, находящихся значительно ниже ПДК, до величин, превышающих нормативы более чем в четыре раза, например по фтору, брому, селену.

Цель исследований – определение роли питьевого фактора в пополнении организма человека эссенциальными элементами природного происхождения.

Материалы и методы. Материалами исследования являлись:

– базовая информация о содержании в водоисточниках РФ эссенциальных элементов природного происхождения, регламентированных в питьевой воде по санитарно-токсикологическому показателю вредности;

– нормативы эссенциальных элементов в питьевой воде и пищевых продуктах;

– референтные дозы для эссенциальных элементов при хроническом пероральном поступлении.

При исследовании использованы следующие методы: расчеты дозовых эквивалентов ПДКпв для эссенциальных элементов, нормированных по санитарно-токсикологическому показателю вредности; ПДКпв с учетом 20%-ного вклада питьевого фактора в референтную дозу для эссенциальных элементов при хроническом пероральном поступлении; расчет неканцерогенных рисков для здоровья за счет присутствия в конкретных питьевых источниках эссенциальных элементов, дифференцированных по од- нонаправленности действия на функциональное состояние отдельных органов и систем.

Результаты и их обсуждение. В связи с тем что эссенциальные элементы выполняют функции регуляции активности метаболических систем и геномного аппарата клетки, и человеческий организм реагирует на их присутствие не только при дозе, вызывающей токсический эффект, но и при дефицитной дозе, представляется целесообразным актуализировать нормативы по данной группе веществ [2, 6, 10–13].

Проблеме минимально необходимых уровней элементов, характеризующих физиологическую полноценность питьевой воды, был посвящен ряд работ, что подробно отражено в докладе ВОЗ, результаты которых нашли отражение в нормативном документе, регламентирующем качество питьевой воды, расфасованной в емкости3 [14–17]. Например, в рамках этих исследований обоснованы минимально необходимые уровни кальция и магния. В то же время уровень минимальной жесткости (обусловленной в основном содержанием этих элементов) в действующих нормативных документах4 не указан, и единственной регламентирующей величиной является верхний допустимый уровень5. Что касается публикаций о роли дефицита других эссенциальных элементов, то они не дают достаточных оснований для регламентации их минимально необходимого уровня в питьевой воде [18–21].

Теоретическими и прикладными проблемами обеспечения потребности человека в эссенциальных элементах в основном занимаются специалисты в области гигиены питания⁶, которые практически не учитывают роль водного фактора, хотя ВОЗ рекомендует нормировать химические вещества в питьевой воде с 7 учетом их поступления с пищевыми продуктами [15, 22–24]. Более того, в четвертом издании руководства ВОЗ по контролю качества питьевой воды⁸ долю вклада водного фактора в референтной дозе при пероральном поступлении рекомендовано считать до 20 %. Ранее установленная доля в 10 % признается большинством экспертов излишне консервативной и недостаточной.

Таблица 1

Патологии, обусловленные дефицитом и избытком эссенциальных и условно эссенциальных элементов, нормированных в питьевой воде по санитарно-токсикологическому признаку вредности

Элемент	Изменения в организме человека при
	дефицитных дозах	избыточных дозах
Литий	Биполярные расстройства. Возрастает вероятность развития сахарного диабета, сердечно-сосудистых нарушений, гипертонии	Неврологические и психические расстройства, угнетение функции щитовидной железы, почечная недостаточность
Хром	Нарушение толерантности к глюкозе, риск нарушения репродуктивной функции у мужчин	Поражение функции печени, почек, желудочнокишечного тракта
Селен	Нарушение белковообразовательной функции печени, иммунного статуса, дисфункция поджелудочной железы. Отмеченная симптоматика усиливается при дефиците фтора, кальция, йода	Поражения печени, селезенки, кожи
Кобальт	Нарушение кроветворной функции, функции печени, сердечного ритма, повреждение костной ткани. Отмеченные изменения усиливаются при дефиците фтора	Поражения эндокринной, кроветворной, сердечно-сосудистой системы
Молибден	Тахикардия, куриная слепота	Поражения почек, кроветворной и костномышечной систем
Кремний	Артрозы. Проявления усиливаются при дефиците кальция	Поражения почек и костно-мышечной системы
Фтор	Кариес, пародонтоз. Процесс усиливается при дефиците кальция	Поражения костной системы
Йод	Гипотиреоз, патология плода первого триместра. Проявления усиливаются при дефиците селена, кобальта, кальция	Гипертиреоз
Бор	Дисбаланс половых гормонов, предрасположение к сахарному диабету, усиление остеопороза	Поражение печени, почек, нервной системы, репродуктивной функции
Бром	Анемия, возрастает риск выкидышей плода	Поражение эндокринной, кроветворной системы, почек
Ванадий	Падение сахара в крови	Поражение почек, печени, кроветворных органов
Никель	Проявление дерматита	Поражение печени, сердечно-сосудистой и кроветворной системы, желудочно-кишечного тракта
Кальций	Остеопороз, нарушение свертываемости крови. Проявления усиливаются при дефиците селена, кремния, йода, фтора	Алкалоз, гиперкальциемия

П р и м е ч а н и е : таблица составлена на основе данных из публикаций [1, 11–13, 16, 18–21, 25–31].

Данные о вероятных патологических состояниях организма человека, обусловленных не только избытком, но и дефицитом эссенциальных элементов (табл. 1), нормированных в питьевой воде по санитарно-токсикологическому показателю вредности, свидетельствуют о важности их учета при прогнозировании рисков для здоровья.

Ограничение выбранных нами для рассмотрения эссенциальных элементов, нормированных в воде только по санитарно-токсикологическому показателю вредности, обусловлено тем, что такие вещества, как медь, цинк, железо, регламентируются по органолептическому показателю вредности, относятся к 3-му и 4-му классам опасности и на них, согласно принятой методологии оценки риска здоровью, не распространяется принцип суммации при совместном присутствии.

Предпосылкой для настоящего сообщения явилась конкретная ситуация с обнаружением подземного источника, в котором присутствовали эссенциальные элементы, нормируемые по санитарнотоксикологическому показателю вредности, в концентрациях не только ниже ПДК (табл. 2), но и ниже тех, которые эквивалентны минимально необходимым и дефицитным дозам. В связи с разбросом имеющихся в литературе данных об уровнях минимально необходимых доз выбраны самые низкие.

В процессе выполнения работы осуществлены следующие процедуры:

– концентрации элементов (мг/л) переводились в единые измерения с суточным поступлением минимально необходимых уровней (мг/кг/сут); в расчетах использованы следующие константы: масса тела взрослого человека принята за 60 кг, объем выпитой воды – 3 л (табл. 3)9;

– дозы, эквивалентные ПДК эссенциальных элементов в питьевой воде, сопоставляли с минимально необходимыми и референтными (см. табл. 3);

– наряду с определением вклада дозовых эквивалентов ПДК в референтную дозу определяли дозы, вклад которых в референтную дозу составлял 20 %. Минимально необходимые дозы, предварительно переведенные в концентрации, сопоставляли с действующими и расчетными ПДК (см. табл. 3);

– дозы, эквивалентные действующим ПДК пв , сопоставляли с дозами, соответствующими пищевому поступлению (табл. 4);

– расчетные ПДК, обеспечивающие 20%-ный вклад питьевого фактора в референтную дозу, сопоставляли с концентрациями, обеспечивающими 100%-ное покрытие минимально необходимого потребления по соответствующему эссенциальному элементу (табл. 5);

Таблица 2

Показатели и критерии, характеризующие риски для здоровья населения эссенциальных элементов, содержащихся в воде «сценарного» источника питьевого водоснабжения

Элемент	Концентрация в воде, мг/л	Дозовый эквивалент концентрации, мг/кг/сут*	ПДК в воде, мг/л	С/ПДК	Минимально необходимое суточное поступление, мг/кг/сут	Доля от минимального необходимого суточного потребления, %
Литий	0,06	0,003	0,03	2	0,0014	214
Бор	0,04	0,002	0,5	0,08	0,0028	71,4
Ванадий**	0,017	0,00085	0,1	0,1	0,00014	164,7
Хром	0,019	0,0000095	0,05	0,38	0,0007	1,35
Никель	0,001	0,00005	0,02	0,05	0,0014	3,6
Селен	0,0039	0,0002	0,01	0,13	0,00042	47,6
Молибден	0,005	0,00025	0,07	0,07	0,0007	35,7
Σ С/ПДК = 2,71 П р и м е ч а н и е : *    – рассчитан, исходя из факторов экспозиции, принятых при обосновании ПДК в воде в соответствии с МУ 2.1.5.720-98 (60 кг массы тела, 3 л суточного потребления воды)10; * * – относится к 3-му классу опасности и не суммируется отношение концентраций к ПДК.

Таблица 3

Элемент	ПДК, мг/л в воде	Минимально необходимая доза, мг/кг/сут.*	RfD , мг/кг/сут**	Дозовый эквивалент ПДКпв, мг/кг/сут
Бор	0,5	0,0024	0,2	0,014
Бром	0,2	0,0059	1,0	0,0066
Ванадий	0,1	0,00012	0,007	0,0032
Йод	0,12	0,00059/0,002***	0,017	0,0034
Кобальт	0,1	0,0004	0,02	0,0086
Литий	0,03	0,0012	0,02	0,00098
Молибден	0,07	0,00059/0,008***	0,02	0,0023
Никель	0,02	0,00112	0,02	0,00066
Селен	0,01	0,00035/0,002***	0,005	0,00032
**** Фтор	1,0	0,0178/0,021	0,06	0,032
Хром	0,05	0,00059/0,0025	0,005	0,0014

Характеристики эссенциальных элементов, нормированных в питьевой воде по санитарно-токсикологическому показателю вредности

П р и м е ч а н и е :

• ^*    – средние данные по публикациям¹¹ [11, 13, 24];

• ^{* *} – данные Р 2.1.10.1920-04¹²;

***

здесь и в табл. 4 – перевод в дозы на кг массы тела;

• ^{* ***} – оптимальная концентрация.

Таблица 4

Сопоставление дозовых эквивалентов вклада ПДКпв и доз пищевого поступления в референтные дозы
Элемент	Дозовый эквивалент ПДКпв, мг/кг/сут	Доза пищевого поступления, мг/кг/сут***	Референтная доза, мг/кг/сут	Вклад дозового эквивалента ПДКпв в RfD , %	Вклад пищевого поступления в RfD , %
Бор	0,014	0,0018	0,2	7	0,9
Ванадий	0,0032	0,0006	0,007	45,7	8,5
Кобальт	0,0086	0,004	0,02	43	20
Литий	0,00098	0,003	0,02	5,0	15
Йод	0,0034	0,003	0,017	20	17,9
Молибден	0,0023	0,0028	0,02	11,5	14,0
Селен	0,00032	0,002	0,005	6,4	40
Фтор	0,032	0,025	0,06	54	41,6
Хром	0,0014	0,002	0,005	28	40

Таблица 5

Расчетные концентрации, обеспечивающие 20%-ный вклад питьевого фактора в референтные дозы и 100%-ное покрытие минимально необходимого потребления эссенциального элемента

– для действующих ПДК пв , взятых для обработки элементов и их уровней, обнаруженных в водоисточнике, рассчитаны коэффициенты опасности;

– на примере реально выбранного подземного источника рассчитан неканцерогенный риск (по критерию индекса опасности) с учетом присутствия в воде нескольких эссенциальных элементов, нормированных по санитарно-токсикологическому показателю вредности и дифференцированных по однонаправленному действию на почки. Расчеты проведены согласно отечественной методике, дополненной определением вклада обнаруженных элементов в минимально необходимые уровни, обеспечивающие нормальное функционирование организма. Индекс опасности сопоставлялся с рассчитанной суммой отношений обнаруженных концентраций к их ПДК13.

Установлено, что действующие ПДК фтора, хрома, кобальта, бора, ванадия, йода, молибдена, брома

могут обеспечить минимально необходимые уровни поступления в качестве эссенциальных элементов.

При содержании в воде бора и ванадия на уровне ПДК будет иметь место превышение их 20%-ного вклада в референтную дозу (71,4 и 164,7 % соответственно). Поступление этих эссенциальных элементов с пищевыми продуктами может являться фактором, детерминирующим уровень неканцерогенного риска.

Расчетные ПДК пв для никеля и селена относительно действующих более оптимальны, так как гарантируют не только безвредность, но и обеспечивают минимально необходимое поступление в качестве эссенциальных элементов.

Как действующий, так и расчетный норматив для лития не обеспечивает минимально необходимый уровень его поступления в организм.

Расчеты по оценке неканцерогенного риска для здоровья за счет использования «сценарного» подземного источника показали следующее (табл. 6) [3].

Таблица 6

Элемент	ПДК, мг/л	Расчетная ПДК, обеспечивающая 20%-ный вклад в RfD , мг/л	Рассчитанная концентрация, обеспечивающая 100%-ное покрытие минимально необходимой дозы, мг/л
Бор	0,5	1,4	0,072
Бром	0,2	7	0,2
Ванадий	0,1	0,05	0,0037
Йод	0,125	0,13	0,02
Кобальт	0,1	0,14	0,0083
Литий	0,03	0,14	0,041
Молибден	0,07	0,14	0,02
Никель	0,02	0,14	0,041
Селен	0,01	0,034	0,011
Фтор	1,0	0,42	0,62
Хром	0,05	0,032	0,029

Показатели и критерии, характеризующие риски для здоровья элементного состава воды «сценарного» питьевого источника

Элемент	Концентрация, мг/л	Дозовый эквивалент концентрации, мг/кг/сут	HQ	Минимально необходимое суточное поступление, мг/кг/сут	Доля покрытия обнаруженной концентрацией минимально необходимого суточного потребления, %	С/ПДК
Литий	0,06	0,017	0,085	0,0014	80	2
Бор	0,04	0,001	0,005	0,0028	35,7	0,2
Ванадий х	0,017	0,0005	0,07	0,00014	350	0,085
Хром х	0,019	0,0006	0,12	0,0007	7,8	0,38
Никель х	0,001	0,00003	0,0015	0,0014	2,14	0,05
Селен	0,0039	0,0001	0,028	0,00042	25	0,13
Молибден	0,005	0,00014	0,007	0,0007	20	0,25

HI = 0,32                                       Σ С/ПДК = 3,1

П р и м е ч а н и е : ^х – относится к 3-му классу опасности и не суммируется отношение концентраций к ПДК.

Неканцерогенный риск в отношении развития почечной патологии оценивается как приемлемый и составляет 0,32 [31]. Однако качество источника по содержанию хрома и никеля не может рассматриваться в качестве приемлемого для здоровья, так как дозовые эквиваленты концентраций этих элементов значительно ниже дефицитных: по хрому составляет 0,0000095 мг/кг/сут, никелю – 0,00005 мг/кг/сут при дефицитной дозе для того и другого элемента 0,028 мг/кг/сут.

Этот факт следует учитывать при проведении социально-гигиенического мониторинга, обратив внимание на патологию, детерминированную дефицитом соответствующих элементов (нарушением мужской репродуктивной функции и толерантности к глюкозе у лиц, для которых питьевой фактор является доминирующим среди прочих, влияющих на распространенность аналогичных нарушений в организме).

Параллельно выполненные расчеты с использованием действующей методики оценки суммарного воздействия веществ, нормированных по санитарнотоксикологическому показателю вредности14, свидетельствуют, что допустимый гигиенический норматив для суммы одновременно присутствующих в источнике превышен, так как сумма долей обнаруженных концентраций к их ПДК составляет 3,1.

Решение проблемы дефицита эссенциальных элементов, главным образом в рамках гигиены питания, и незначительное отведение роли водного фактора в пополнении их поступления в организм человека не представляется достаточным. Практически не учитывается тот факт, что вода всегда используется в качестве сырья при обработке и приготовлении пищи от 1000 до 4000 л на тонну продукции,

а потери необходимых для организма элементов в пищевом продукте при термической обработке достигают 29 % [22, 31]. В связи с этим так своевременна рекомендация ВОЗ в части увеличения с 10 до 20 % вклада водного фактора в референтные дозы. Одним из путей решения проблемы может быть более широкое использование населением для питьевых нужд источников, в которых уровень эссенциальных элементов покрывал бы дефицит их необходимого потребления [24–31].

Выводы:

• 1.    При содержании в источнике питьевого водоснабжения фтора, хрома, кобальта, бора, ванадия, йода, молибдена, брома в концентрациях, находящихся на уровне действующих ПДК в питьевой воде, обеспечивается минимально необходимая их потребность для человека.

• 2.    Оценивая водоисточники, в которых присутствует никель и селен, предпочтительнее ориентироваться на расчетные ПДК, при которых покрывается необходимая потребность организма в этих элементах, в то время как на уровне действующих ПДК такого эффекта не наблюдается.

• 3.    Представляется целесообразным при выборе источников питьевого водоснабжения ориентироваться на те, в которых природное содержание эссенциальных элементов обеспечивает покрытие минимально необходимого их уровня, соответствующего физиологической потребности в них организма человека.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.