CC BY
6
УДК 613.31:615.277.4
A.A. Королев, Н. Я■ Михайловский, А. П. Ильтщкий
К ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ НЕКОТОРЫХ N-НИТРОЗАМИНОВ И ПРОДУКТОВ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
I Московский медицинский институт нм. И. М. Сеченова
Исследованиями последних лет установлено, что N-нитрозамины (НА), обладающие выраженными бластомогеннымн свойствами, широко распространены в окружающей человека среде (Dure и соавт.; Fine и соавт.), однако вопросам профилактики ее загрязнения этими соединениями не уделяется достаточного внимания.
Вместе с тем известно, что в водной среде химические вещества могут подвергаться трансформации, в результате которой образуются новые вещества, отличающиеся от исходных не только фнзико-хими-ческими свойствами, но и характером биологической активности: способностью к кумуляции, проявлению отдаленных и специфических эффектов (Г. Н. Красовский и соавт.; Sauthwarth и Gehrs, и др.). Поэтому исследование стабильности и трансформации веществ в водной среде становится неотъемлемой частью комплекса работ по обоснованию ПДК вредных веществ в водоемах, а также при оценке эффективности очистки питьевых и сточных вод, изучении процессов естественного самоочищения водоемов, т. е. в тех случаях, когда наряду с положительными с гигиенических позиций эффектами трансформации вредных веществ могут наблюдаться и отрицательные последствия подобных превращений (А. А. Королев).
В связи с изложенным целью данной работы являлась гигиеническая оценка степени потенциальной токсико-онкогенной опасности загрязнения водоемов наиболее типичными представителями НА и продуктами их трансформации, образующимися как в процессе естественного самоочищения, так и при очистке и обезвреживании питьевых и сточных вод.
В эксперименте по изучению стабильности диме-тил-, диэтил- и дифенилнитрозамнна (ДМНА, ДЭНА и ДФНА соответственно), нитрозоморфоли-на (НМ) и нитрозопиперидина (НП) был применен метод моделирования природных факторов. Модельные водоемы вместимостью 20 л заполняли прудовой водой, а в качестве донных отложений использовали речной песок и ил. УФ-радиацию имитировали эритемной частью УФ-спектра лампы ЛЭ-30 при среднедневной дозе облучения для средних широт, равной 9,8 Вт/м2/ч (В. А. Белинский). Определение НА проводили газохроматографиче-ским и кинетическим методами анализа, разработанными при участии авторов данной работы (Н. Я. Михайловский и соавт.) с использованием прямой спектрофотометрии. В опытах исследовали концентрации НА от 1 мкг до 10 мг на 1 л.
Анализ полученных результатов показал, что
НА способны длительное время сохраняться в воде водоема (периоды полураспада от 5 до 12 сут). Отмечавшаяся при этом разница в стабильности отдельных НА зависела, очевидно, от строения углеводородного радикала и числа атомов углерода в нем, поскольку скорость снижения концентрации НА возрастала в ряду ДМНА, НМ, ДЭНА, НП и ДФНА в соответствии с увеличением числа атомов углерода в молекуле НА. Динамика изменений исходных концентраций во времени описывалась уравнением первого порядка К( = К0 X X е-*' и была характерна для всех испытанных концентраций НА.
Для выяснения возможного механизма трансформации НА в воде и выявления факторов, влияющих на стабильность последних, изучали отдельно роль рН среды, температуры, донных отложений, естественной инсоляции и состава воды. Полученные данные позволяют предполагать в качестве основного механизма трансформации НА в водоеме процессы фотогидролиза. Результаты исследования открывают перспективу прогнозирования стабильности остальных представителей класса НА.
Поскольку цветность и мутность большинства водоемов достаточно высоки, скорость естественного фотогндролиза может оказаться недостаточной для эффективного самоочищения водоемов от поступивших в них НА. В связи с этим важное значение приобретает изучение барьерной функции водопроводных очистных сооружений в отношении НА, в том числе и с точки зрения исследования процессов трансформации, способных привести к появлению в воде качественно новых соединений (А. А. Королев и В. Т. Мазаев).
Изучение барьерной функции водопроводных сооружений проводили по методической схеме С. Н. Черкинского и соавт. В опытах использовали воду с заданными показателями цветности, щелочности, прозрачности и др., характерными для воды естественных водоемов. В качестве коагулянтов испытывали сернокислый алюминий, полиакрил-амид и флокулянт ВА-2. Фильтрование осуществляли на модели скорого песчаного фильтра.
Полученные в трех сериях опытов результаты позволяют сделать вывод о том, что процессы осветления воды, применяемые на большинстве водопроводов по схеме коагуляция — отстаивание — фильтрация, не оказывают заметного «барьерного» влияния на НА в концентрациях от 1 мкг до 10 мг на 1 л. В связи с этим изучена сорбционная способность фильтров с угольной загрузкой высотой до 50 см (активированный уголь АГ-4). Проведен-
ные эксперименты свидетельствовали о высокой сорбционнон способности фильтров с активированным углем в отношении НА. Достаточно отметить, что эффективность обезвреживания воды, содержащей 250 мг/л ДМНА составила 99,2%. При использовании концентраций НА порядка 1 мкг/л эффективность задержки угольными фильтрами хотя и была ниже, но оставалась достаточно высокой (до 58,9%).
Дальнейшим этапом оценки барьерной функции водопроводов явилось изучение методов обезвреживания (обеззараживания) воды, применяемых на последней стадии подготовки питьевой воды: хлорирования, озонирования и УФ-облучения. Результаты хлорирования водных растворов ДМНА, ДЭНА и ДФНА в концентрациях до 10 мг/л дозами хлора, обычно принятыми в водопроводной практике, показали, что эффективность хлорирования как метода обезвреживания НА колебалась для отдельных НА в незначительном диапазоне и составляла в среднем 5,9%, что практически равно ошибке метода анализа. Применение повышенных доз хлора (до 1 г/л) позволяло значительно (до 98,9%) повысить эффективность обезвреживания НА.
Одним из наиболее перспективных методов очистки воды в настоящее время является озонирование. В связи с этим в наши исследования были включены опыты по изучению влияния озона на ДМНА, ДЭНА и ДФНА. Водные растворы НА в концентрации до 10 мг/л озонировали в течение 5—15 мин из расчета 3—10 мг озона на 1 л. Полученные результаты свидетельствовали о достаточно выраженном деструктивном действии озона: эффективность озонолиза НА в условиях эксперимента достигала 64,9%.
Таблица I
Сравнительная оценка острой токсичности ДМНА, ДЭНА и продуктов их трансформации под действием хлора и озона
Вещество Факторы гоздеПстпня % деструкции НА LDi,. мг/кг Кратность снижен ия LD..
для крыс для мышей
ДМНА Исходный раствор Озон Хлор 0 36,6 99,8 32,4 99,6 36 72 24 38 0 1,6—1,9
>1000* 58 >1000* 34 27—40 1.4—1,7
625 570 18—24
ДЭНА Исходный раствор Озон Хлор 0 31,0 99.4 42,3 98,9 245 440 210 425 0 1,8—2.0
5 750 415 5 500 305 23—22 1,5—1,7
4 250 4 000 17—19
Отсутствие гибели животных.
В силу все более широкого внедрения озонирования как метода очистки производственных сточных вод значительный интерес представляло изучение эффективности применения озона для очистки воды, содержащей повышенные концентрации НА. Опыты показали, что доза озона 10 мг/л при увеличении времени контакта его с обрабатываемой водой до нескольких часов позволяла практически полностью очистить воду от НА, содержавшихся в концентрации до 1000 мг/л. Отмечено также, что рН среды 11,0—11,5 увеличивает скорость озонирования, позволяя существенно сократить время применения озона.
Поскольку УФ-излучение до настоящего времени используется как метод обеззараживания питьевой воды (на Уфимском водопроводе и др.), нами проведено изучение эффективности УФ-облучения воды, содержащей указанные выше НА в концентрациях до 10 мг/л. Установлено, что под воздействием УФ-излучения (лампа ДБ-30) при дозе облучения 75—150 Вт/м2/мин эффективность разложения в среднем не превышала 29,2%. Однако при содержании в воде НА в концентрациях порядка 1 мкг/л, которые реально могут встречаться в воде водоемов, степень деструкции была достаточно высока (до 73,5%) и находилась в прямой зависимости от времени облучения. С целью обнаружения продуктов фотолиза путем увеличения дозы облучения растворы ДМНА (250 мг/л) н ДФНА (25 мг/л) доводили до степени деструкции 90—95 % и анализировали указанными выше методами.
При хлорировании, озонировании и УФ-облу-чении растворов НА путем спектрометрии и газовой хроматографии обнаружено присутствие в воде продуктов трансформации НА, отличающихся по своей химической структуре от исходных веществ. В связи с этим представлялось необходимым изучить степень токсичности и онкогенной опасности этих продуктов для теплокровного организма. Однако, как показали данные спектро- и газо-хроматограмм, продукты фотолиза и озонолиза практически идентичны, поэтому в дальнейших исследованиях изучали только продукты трансформации, образовавшиеся под действием хлора и озона.
Сравнительную токсикологическую оценку ДМНА, ДЭНА и продуктов их трансформации проводили как в острых опытах, так и в условиях подострого эксперимента. Результаты изучения острой токсичности испытуемых веществ представлены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, в процессе хлорирования и озонирования по мере разрушения НА и накопления продуктов их трансформации острая токсичность НА прогрессивно снижалась. Конечные продукты оказались в 17—40 раз менее токсичными, чем исходные вещества.
Для оценки кумулятивных свойств НА и продуктов их трансформации проведены на крысах подострые опыты продолжительностью 40 дней. Состояние организма подопытных животных оце-
Таблица 2
Влияние ДМНА, ДЭНА и продуктов их трансформации на организм белых крыс н нодострых опытах
Показатели ДМНА ДМНА С1, ДМНА О, ДЭНА ДЭНАС1, ДЭНА-О,
Динамика массы тела + + _
Число эритроцитов + — ■ — + — —
Количество гемоглобина + +- ' — + — —
Число лейкоцитов — — — — — —
Активность ферментон сыворотки: +- + ч—
сорбитолдегидрогеназы + — —
урокани назы + — — + — —
лейцинаминопептидазы + — — + — —
альдолазы — — —• н н и
Активность холинэстеразы крови — — — н н н
Активность перокепдазы крови — +- — — — —
Содержание БН-групп в крови + — — + — —
Содержание белковых фракций в сыворотке — — — н н н
Суммационно-пороговый показатель — + — — — — —
Проба Реберга — — — н н н
Коэффициенты массы внутренних органов + — — + — —
Данные патоморфологических исследований + — — + — —
Данные электронно-микроскопического иссле- +- + +-
дования печени +
П р и м е ч а н и е. + статистически достоверные изменения; +— недостоверные изменения; — отсутствие изменений; н — исследования не проводились, поскольку в опыте с ДМНА не выявлено изменений этих показателей.
нивали по ряду физиологических и биохимических показателей. Полученные данные свидетельствуют о выраженной кумулятнвности ДМНА и ДЭНА в испытанных дозах — соответственно 2 и 20 мг/кг (табл. 2). Оба соединения оказывали влияние на кровь, уменьшая количество эритроцитов и гемоглобина, а также на функциональное состояние печени, выразившееся в увеличении активности ряда ферментов сыворотки крови. Установлено влияние НА на содержание тиоловых групп в крови и картину микро- и ультраструктур гепатоци-тов.
В отличие от исходных НА продукты озонирования, вводимые в эквивалентных дозах, не оказывали влияния на организм подопытных животных и, следовательно, не обладали способностью к функциональной кумуляции. Продукты хлорирования НА, хотя и вызывали изменения функционального состояния организма по ряду показате-
лей, однако эти изменения были преходящими и достигали статистически значимых различии.
Для сравнительного изучения бластомогенных свойств НА и продуктов их трансформации были использованы самцы гибридов мышей СВА X X С57ВЬ, которым в течение 14 мес перорально 3 раза в неделю вводили как исходные вещества (ДМНА, ДЭНА), так и продукты их хлорирования и озонирования. Всего каждое животное получило 206± 18 мг/кг ДМНА и 2160±120 мг/кг ДЭНА и эквивалентное этому количество продуктов трансформации. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что продукты трансформации НА озоном вызывали образование опухолей в 25— 35% случаев (в контроле — в 22,5%). Однако эти опухоли были доброкачественными и по морфологической картине, срокам появления и локализации оказались идентичны опухолям в контроле.
Таблица 3
Экспериментальные данные по изучению бластомогенной активности ДМНА, ДЭНА и продуктов их трансформации на мышах
СВАХ С57ВЬ
Кол »честно жппотных п опыте Количество животных с онучолимн
Серия исследований в начале к моменту обнаружения 1 -й опу- всего с опу-хол ям и печени легких желудка почек
холи абс % ябс. % эбс. абс. % абс. %
Контроль ДМНА ДЭНА ДМНА.О, ДЭН Д. О, ДМНА.С1, ДЭНАС1, 40 40 40 40 40 40 40 40 36 34 40 40 39 39 9 35 34 10 14 22 30 22,5 97,2 1000 25,0 35,0 56,4 76,9 4 32 33 8 9 16 29 10,2 88,8 97,1 20,0 22,5 41,0 74,3 6 35 32 5 8 14 24 15.0 97,2 94.1 12,5 20,0 35,9 61,5 1 11 4 1 3 4 5 2,5 30,5 11,8 2,5 7,5 10,3 12,8 0 9 1 0 0 0 0 0 25 2.9 0 0 0 0
Это дает основание предположить, что продукты озонолиза не обладают бластомогенными свойствами, а наблюдавшееся незначительное повышение числа опухолей у животных этих групп по сравнению со спонтанным уровнем опухолеобразования в контроле обусловлено действием остаточных количеств исходных НА 1.
В то же время продукты хлорирования НА вызывали образование опухолей в 56—80% случаев. Выявленные новообразования отличались по размерам, числу в пораженном органе, локализации и срокам возникновения от опухолей, индуцированных НА, и имели как доброкачественный, так и злокачественный характер. Вероятно, под влиянием хлора образуются продукты трансформации НА с присущим только им специфическим бласто-могенным действием.
1 НА вызывали в 100% случаев образование как злокачественных, так и доброкачественных опухолей.
Выводы
1. Изученные НА являются высокостабильными соединениями, способными длительное время сохраняться в воде.
2. Барьерная роль общепринятых способов очистки воды в отношении НА ограничена. Наиболее эффективные методы — озонирование и применение фильтров с активированным углем.
3. Продукты трансформации НА озоном и хлором обладают менее выраженной острой токсичностью и кумулятивностью по сравнению с исходными веществами.
4. Продукты трансформации НА озоном не обладают способностью индуцировать опухоли, в то время как продукты хлорирования вызывают злокачественные и доброкачественные опухоли, по характеру существенно отличающиеся от новообразований, вызываемых исходными НА.
ЛИТЕРАТУРА
Белинский В. А.— В кн.: Ультрафиолетовая радиация
Солнца и Неба. М., 1968, с. 161. Королев А. А,— Гиг. и сан., 1978, № 12, с. 10. Королев А. А., Мазаев В. Т.— Там же, 1975, № 7, с. 83. Красовский Г. Н., Плетникова И. П., Сутокская И. В.— В кн.: Норма и патология в водной токсикологии. Бай-кальск, 1977, с. 29—33. Михайловский Н. Я-, Румянцев П. Г., Королев А. А. и др.— Гиг. и сан., 1977, Ко 2, с. 71.
Черкинский С. Н., Гибрилевская Л. Н., Ласкина В. П. и др.—Там же, 1970, № 11, с. 15.
Dure G., Weild L., Quentin К. Е.— Wasser u. Abwasser Forsch., 1975, Bd 8, S. 20.
Fine D. H., Rouhbehler D., Belcher N. M. et al.— In: Environmental N-Nitrosocompounds. Analysis and formation. Lyons, 1976, № 14, p. 333.
Sauthwarth G. /?., Gehrs C. W.— Water Res., 1975, v 10, p. 967.
Поступила 5/XI 1979 r.
ON THE HYGIENIC EVALUATION OF N-NITROSAMI NE S AND THEIR TRANSFORMATION PRODUCTS IN WATER
A. A. Korolev, N. Ya. Mikhailovsky, and A. P. llnitsky
It was found that N-nitrosamincs (NA) are highly stable compounds. The most effective method of their elimination from water proved to be ozonization and the use of activated charcoal filters. The NA transformation products
that are formed under the action of chlorine and ozone are not so toxic as, and cumulate les.-> than, the NA. NA chlori-nation products have a blastomogenic action whose mechanism appears to differ from that of the NA themselves.
УДК 614.771:865.44
В. М. Перелыгин, Н. И. Тонкопий, А. Ф. Перцовская, Г. Е. Шестопалова, Е. В. Филимонова, Г. П. Ксиикарова, С. А. Агрэ, А. П. Ильницкий, Л. М. Шабад, Л. Г. Соленова, В. С. Мищенко, Н. Я- Янышева, И. С. Киреева,
Н. А. Павлова
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО УРОВНЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В ПОЧВЕ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР; Онкологический научный центр АМН СССР, Москва: Киевский научно-исследовательский институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
Цель настоящего исследования — обоснование ПДК бенз(а)пирена (БП) в почве. Для нахождения допустимого уровня согласно «Методическим рекомендациям по установлению ПДК химических веществ в почве» (1976) определяли следующие показатели, отражающие основные пути возможного
опосредованного воздействия химических веществ из почвы на организм человека: общесанитарный (влияние на самоочищающую способность почвы и микробоценоз), миграционный водный (переход в грунтовые воды), транслокационный (переход в растения). Малая летучесть БП позволила не
