1.7. Вода как фактор внешней среды и ее влияние на организм человека
Гидросфера – это водная оболочка Земли, представленная совокупностью океанов, морей, континентальных вод (включая подземные) и ледяных покровов. Моря и океаны занимают около 71 % земной поверхности, в них сосредоточены 96,5 % всего объема гидросферы. На долю ледников приходится 1,6 % запасов воды в гидросфере. Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод, которое осуществляется в процессе круговорота воды в природе. В настоящее время гидросфера испытывает выраженные антропогенные воздействия. Происходит загрязнение, как поверхностных вод, так и подземных. Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны аммонийный и нитритный азот, анилин, формальдегид.
Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, предприятий сельского и коммунального хозяйств, химической, нефтяной, газовой, угольной, лесной промышленностью. Существенное влияние на содержание биогенных и органических веществ оказывают сельскохозяйственные угодья.
Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет тенденцию к дальнейшему ухудшению. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шлаков накопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов.
Из загрязняющих веществ подземных вод преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.
Основные источники загрязнения гидросферы:
1. Сточные воды промышленных предприятий объёмом несколько миллиардов кубических метров в год.
2. Городские сточные воды; содержат растворимые органические вещества, микроорганизмы, песок, взвешенные частицы. Всего в стране за год образуется 100 км3 таких вод.
3. Канализационные воды животноводческих хозяйств.
4. Дождевые и талые воды с растворенными химическими веществами.
5. Водный транспорт.
6. Естественные осадки из атмосферы.
Человек выпивает за свою жизнь 75 т воды, а одно поколение населения планеты – примерно половину годового стока всех рек. Человеческий организм состоит на 65 % из воды, и даже небольшая ее потеря приводит к серьезным нарушениям состояния здоровья. При потере воды до 10 % отмечаются резкое беспокойство, слабость, тремор конечностей. В эксперименте на животных установлено, что потеря 20–25 % воды приводит к их гибели. Все это объясняется тем, что процессы пищеварения, синтеза клеток и все обменные реакции происходят только в водной среде. Но вода может выполнять свою важную роль в организме лишь в том случае, если она обладает необходимыми качествами, которые характеризуются ее органолептическими свойствами, химическим составом и характером микрофлоры (Пивоваров Ю. П., 1999). По оценке Всемирной организации здравоохранения, до 80 % болезней, так или иначе, связаны с водой. Патогенные для человека организмы, которые могут передаваться перорально с питьевой водой, приведены в табл. 1.
Рассмотрим некоторые аспекты медико-экологической оценки воды. Как известно, с питьевой водой в организм человека могут попасть возбудители многих инфекционных и паразитарных болезней. К ним относятся: холера, брюшной тиф, сальмонеллезы, дизентерия, амебиаз, туляремия, лептоспирозы, вирусный гепатит А, вирусный гастроэнтерит, полиомиелит и другие заболевания, вызываемые энтеровирусами (ротавирусами, реовирусами, аденовирусами, вирусы коксаки, Норволк и т. д.); лямблиоз и другие болезни.
Таблица 1
Характеристика важнейших возбудителей инфекций, передаваемых с водой (по: Королев А. А., 2003)
Первая группа
– попадание возбудителей заболеваний в воду с выделениями больных или бациллоносителей;
– возбудители достаточно долгое время сохраняют в воде жизнеспособность и вирулентность;
– попадание зараженной воды в кишечник человека.
Как это ни парадоксально, но повышение благосостояния и улучшение бытовых условий проживания населения может сопровождаться увеличением риска распространения ранее относительно редких заболеваний, имеющих в основе водный фактор передачи, таких как легионеллез. За последние годы легионеллез занял значительное место среди инфекционных заболеваний бактериальной этиологии. Основным клиническим синдромом легионеллеза является легочный, что соответствует пневмотропной природе возбудителя. Легионеллы являются естественными обитателями пресноводных водоемов. Высокие адаптивные способности легионелл и высокая устойчивость к действию дезинфектантов позволяют бактериям успешно колонизировать искусственные водные резервуары: кондиционеры, увлажнители, компрессорные устройства, системы водопроводной воды, плавательные бассейны. Для развития легионеллеза необходимо попадание в легкие человека мелкодисперсного гидроаэрозоля, содержащего легионеллы. Поэтому основным средством профилактики должны быть мероприятия, направленные на снижение концентрации возбудителей легионеллеза в водных системах.
Вторая группа распространенных инфекционных и, главным образом, паразитарных болезней связана с водой, которая служит средой, где происходит выплод переносчиков (комаров, мошек, некоторых мух) ряда трансмиссивных болезней (малярия, желтая лихорадка, филяриатоз, японский энцефалит, сонная болезнь и др.) и протекают циклы развития возбудителей некоторых паразитарных болезней (описторхоз, шистосомозы, дифиллоботриоз, клонорхоз, спарганоз, анизакиаз и др.). В принципе профилактика многих болезней из этой группы в значительной степени обеспечивается соблюдением правил личной и общественной гигиены и водоснабжения, но в ряде случаев требует провидения вакцинации (желтая лихорадка, японский энцефалит), химиопрофилактики (малярия).
К третьей весьма обширной группе болезней, связанных с водой, относятся те, распространение которых зависит от содержания в ней различных микрокомпонентов (органических и неорганических химических соединений микроэлементов, радионуклидов) природного или техногенного происхождения. Риск для здоровья, обусловленный наличием токсичных химических веществ в питьевой воде, отличается от риска, определяемого микробным загрязнением. Только немногие химические компоненты в воде могут привести к острым нарушениям здоровья, если это не связано с экстремальным загрязнением систем водоснабжения при авариях. Использование химических дезинфицирующих средств для обеззараживания воды обычно приводит к образованию побочных продуктов трансформации химических соединений, некоторые из которых потенциально опасны. Однако обусловленный ими риск для здоровья несравним с опасностью, возникающей при недостаточном обеззараживании.
Третью группу можно разделить на следующие подгруппы:
1) острые заболевания (как правило, отравления), вызываемые потреблением питьевой воды, содержащей высокотоксичные концентрации опасных и вредных для здоровья веществ;
2) заболевания, причиной которых служит употребление в пищу продуктов, накапливающих ядовитые вещества из водной среды;
3) хронические заболевания, возникающие при длительном употреблении питьевой воды, содержание вредных веществ в которой невысокое или их действие проявляется после продолжительного латентного периода.
Примером заболеваний первой подгруппы могут служить отравления, наступающие в результате попадания в водоисточники ядовитых веществ при экологических катастрофах или залповых сбросов промышленных сточных вод.
Особое внимание следует уделять тем загрязняющим агентам, которые обладают кумулятивным токсическим действием (например, канцерогенные вещества, тяжелые металлы и некоторые микроэлементы – фтор, стронций, уран, молибден, кадмий, ртуть и т. д.).
В. И. Вернадский и его ученик А. П. Виноградов разработали учение о биогеохимических провинциях, то есть районах, характеризующихся избытком или недостатком отдельных микроэлементов в почве, воде, растениях, что позволило объяснить причины возникновения так называемых эндемических заболеваний человека и животных.
В качестве примеров заболеваний второй подгруппы можно привести болезнь Минамата (меркуриоз), болезнь итай-итай (кадмиоз) и т. д.
Впервые болезнь Минамата была зарегистрирована в 1950-х гг., когда 292 человека заболели ею и 62 из них умерли. На начальных стадиях заболевание проявлялось симптомами расстройства речи, походки, понижением слуха и зрения. В последующем тяжесть поражения нарастала, и многие заболевшие умерли. В 1969 году было установлено, что причиной заболевания является метилртуть, которая поступала в залив Минамата (Япония) с отходами фабрики и концентрировалась в морских организмах и рыбе, служащими пищей для населения. Ртуть активно включалась в метаболическую экологическую цепь (происходило метилирование ртути в метилртуть), попадала в организм рыбы. Рыба теряла активность и способность нормально плавать, в результате население с помощью сачка обеспечивало себя дешевыми морепродуктами.
В настоящее время ртуть применяется в производстве каустической соды, бумажной массы, пластмасс, в качестве фунгицидов для протравления посевного материала.
Болезнь итай-итай (кадмиоз) была выявлена в 1946 г. также в Японии. Причиной заболевания послужило повышенное поступление в организм кадмия с рисом, выращенным на полях, орошаемых из реки, в которую кадмий попадал со стоком вышерасположенного рудника. Больше всего кадмия человек получает с растительной пищей.
Кадмий относится к числу сильно ядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг. Обмен кадмия в организме характеризуется следующими основными особенностями:
– отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля;
– длительным пребыванием в организме с большим периодом полувыведения, составляющем у человека в среднем 25 лет (биологическим индикатором задержки кадмия в организме могут служить волосы);
– преимущественным накоплением в печени и почках (до 80 % в составе металлотионеина);
– интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне (с цинком, кальцием, железом, селеном, кобальтом);
– способностью проникать через плацентарный барьер.
При попадании в организм кадмий активно замещает кальций, что приводит к дефициту кальция в организме. Первоначальные признаки заболевания проявляются сильными болями в нижних конечностях и пояснице, наблюдается нарушение функционирования почек. Впоследствии из-за нарушения фосфорно-кальциевого обмена появляются деформации скелета, возможны переломы костей. Заболевание часто заканчивается инвалидностью. Кадмий считается самым опасным тяжелым металлом. Он обладает тератогенными, генотоксичными и канцерогенными свойствами.
В третью подгруппу входит ряд экзогенных микроэлементозов, причиной которых служит недостаток, избыток и дисбаланс микроэлементов, поступающих в организм с водой. Эндемический флюороз связан с избыточным поступлением в организм фтора, в мире поражено более 20 млн человек. Тяжелый флюороз приводит к разрушению зубной эмали, замедлению роста, остеосклерозу, повреждению щитовидной железы и почек. Наиболее богаты фтором питьевые воды Молдовы, юго-восточных областей Украины, Подмосковья, Апшеронского полуострова, Мордовии.
В России более 90 % населения не получают фтор в необходимом количестве. Небольшие его концентрации в питьевой воде являются одной из причин кариеса зубов. Особенно характерен недостаток этого микроэлемента для поверхностных источников питьевого водоснабжения на территориях Архангельской, Ленинградской областей, Республики Коми, Краснодарского края и Кабардино-Балкарии. Так, в Кабардино-Балкарской Республике дефицит фтора в воде является фактором повышенной заболеваемости кариесом зубов (60 % населения).
Широко распространенные очаги эндемического зоба связаны с пониженным содержанием йода в питьевой воде. В России около 60 % населения проживает в районах с дефицитом йода. Это территории ряда районов центра европейской части России, Верхнего и Среднего Поволжья, Урала, Сибири, Северного Кавказа. Самым распространенным проявлением йодной недостаточности является зоб: в процессе адаптации организма к недостаточному поступлению йода происходит увеличение массы щитовидной железы. В последующем эндемический зоб является благодатной почвой для развития более тяжелых заболеваний щитовидной железы (узлового и многоузлового зоба). У жителей йоддефицитных районов наблюдается изменение концентрации тиреоидных гормонов. Нормальный или повышенный уровень трийодтиронина (Т3) позволяет организму поддерживать клинически эутироидный статус, и в то же время снижение уровня тироксина (Т4) стимулирует продукцию тиреотропного гормона (ТТГ). Другим последствием дефицита йода является гипотиреоз. Дефицит йода приводит не только к резкому увеличению количества случаев заболеваний щитовидной железы (включая злокачественные), но и возрастают ассоциированные с зобом расстройства здоровья. В эндемичных по зобу районах происходит ухудшение репродуктивного здоровья женщин. Частота нарушений менструальной функции, полового развития у девочек с тиреоидной патологией в 10 раз выше, чем в популяции; в 10–25 % случаев диагностируется бесплодие. Дети, имеющие увеличение щитовидной железы, статистически достоверно чаще страдают другими заболеваниями эндокринной системы, расстройством питания, нарушениями обмена веществ и иммунитета (Щеплягина Л. А., 1998). Чем младше ребенок, тем более опасен недостаток йода и тиреоидных гормонов и тем тяжелее его последствия для здоровья ребенка.
Избыток молибдена в воде, поступающий в организм человека (эндемический молибдероз), способствует повышению активности ксантиноксидазы, сульфгидрильных групп и щелочной фосфатазы, увеличению мочевой кислоты в крови и моче и патоморфологическим изменениям внутренних органов (провинции в Армении, Московской и Томской областях).
Повышенное поступление в организм с водой стронция (Sr) и урана (U) приводит к угнетению синтеза протромбина в печени, снижению активности холинэстеразы, активации остеогенеза (включение Sr и U в костную ткань), снижающего включение в костную ткань Са2+ и приводящего к развитию «стронциевого рахита».
Повышенные концентрации нитратов способствуют развитию метгемоглобинемии не только у детей, но и у взрослых. Содержание нитратов из года в год растет за счет органических загрязнений поверхностных и подземных водоисточников. В Белгородской области недоочищенные сточные воды используют для повышения урожая, вследствие чего содержание NO3 в воде достигает 500–700 мг/л (Пивоваров Ю. П., 1999). Вредное воздействие проявляется тогда, когда происходит восстановление нитратов в нитриты, а их всасывание приводит к образованию метгемоглобина крови. Поражению младенцев способствуют дисбактериоз и слабость метгемоглобиновой редуктазы, наблюдаемой до 1 года.
Считается, что повышенное содержание меди в воде вызывает поражение печени и почек, высокие концентрации никеля – поражение кожи, цинка – поражение почек, а бериллий относится к канцерогенам. Канцерогенным действием обладают некоторые галогеносодержащие соединения, образующиеся в процессе хлорирования воды. Характеристика опасности и возможного риска для здоровья населения приоритетных химических загрязнителей воды представлена в табл. 2.
К этой же подгруппе следует отнести заболевания, распространению которых способствует низкая или высокая степень минерализации питьевой воды. В настоящее время признается, что длительное (годами) употребление для питья «мягкой» воды (содержащей недостаточное количество солей кальция и магния) обусловливает высокую заболеваемость сердечно-сосудистыми заболеваниями, а «жесткая» (высокоминерализированная) вода способствует возникновению мочекаменной болезни, склероза, гипертонической болезни (Плитман С. И., Новиков Ю. В., 1989).
Водные ресурсы – самый уязвимый компонент в отношении антропогенного влияния окружающей среды. Около 2/3 поверхностных вод не отвечает нормативным требованиям. Ежегодно в стране регистрируется около тысячи залповых сбросов канализационных стоков.
Таблица 2
Характеристика опасности и возможного риска для здоровья населения приоритетных химических загрязнителей воды
* ПСП – это количество вещества в питьевой воде в пересчете на массу тела (мг/кг), которое может потребляться ежедневно на протяжении всей жизни человека без риска для здоровья.
В настоящее время наиболее загрязненными реками России являются Волга, Дон, Ока, Северная Двина, Нева, Тобол, Иртыш, Обь, Томь, а также водоемы Северного Кавказа, Прикаспийской низменности. За последние годы увеличилось загрязнение вод Дона нитритным азотом, солями меди, формальдегидом, Иртыша – нефтепродуктами, солями железа, Волги – солями меди, Амура – солями цинка, никеля, хрома.
Изученность загрязненности подземных вод недостаточная. Около 75 % очагов загрязнения расположены в наиболее заселенной европейской части России. Самые крупные участки загрязнения находятся в Ростовской, Воронежской, Тамбовской областях.
