CC BY
240
ОБЗОРЫ
УДК 614.777-07:577.17.049
МЕТОДОЛОГИЯ И ПРИНЦИПЫ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ БАЛАНСА МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ И ПИЩЕВЫХ РАЦИОНАХ
Наталия Викентьевна Толмачева
Кафедра профилактической медицины (и.о. зав. — проф. В.Е. Волков) Чувашского государственного
университета, г. Чебоксары
Реферат
Представлена методология решения проблемы гигиенического нормирования оптимальных уровней и соотношений атомовитов в питьевой воде и в суточных пищевых рационах населения.
Ключевые слова: атомовиты, питьевая вода, пищевой рацион, гигиеническое нормирование.
Существенным достижением отечественной гигиенической науки в последние годы следует считать вынесенные на государственный уровень важнейшие проблемы безопасности питьевого водоснабжения и концепции оптимального питания населения страны. Актуализируя проблемы реализации в Российской Федерации решения ООН о провозглашении десятилетия 2005 — 2015 г. Международной декадой «Вода для жизни», Г.Г. Онищенко обратил особое внимание на введение нового критерия для гигиенического нормирования макро- и микроэлементов в питьевой воде, «физиологической полноценности» питьевых вод, т.е. на необходимость ориентации не только на максимально допустимые концентрации солевого компонента, но и на минимально необходимые уровни наиболее важных из них, водный путь поступления которых в организм является предпочтительным и даже преимущественным и по существу служит основным фактором саногенеза» [13,14]. В постановлении Правительства РФ «О мерах по профилактике заболеваний, обусловленных дефицитом йода и других микро-нутриентов» также ставится важнейшая задача оптимизации макро- и микроэлементного состава суточных пищевых рационов за счет восполнения дефицита витаминов, минеральных веществ Са, №, К, пищевых волокон и микроэлементов I, Б, $е, Zn, Бе [18]. Предлагается решить важнейшую задачу «восполнения дефицита микроэлементов за счет подземных вод, если их солевой состав соответствует представлениям об оптимальном содержании в воде макро- и микроэлементов» [15]. Однако следует признать, что методологического обоснования критериев оптимальности макро- и микроэлементного состава питьевых вод и пищевых рационов до настоящего времени нет 866
ни в отечественной, ни в зарубежной научной литературе. Утвержденными Г.Г. Онищенко в 2004 г. методическими рекомендациями МР 2.3.1.1915—04 «Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ» [12] введены 2 критерия для оценки обеспеченности макро- и микроэлементами в питании: 1) адекватный уровень потребления; 2) верхний допустимый уровень потребления. О физиологической полноценности и оптимальности микроэлементного состава пищевых рационов в рассматриваемом официальном документе нет ни слова. Очевидно, что отсутствие физиологически и гигиенически обоснованных критериев оптимальности макро- и микроэлементного состава питьевых вод и суточных пищевых рационов в значительной степени затрудняет исполнение Федерального Закона Российской Федерации «О качестве и безопасности пищевых продуктов» [27].
Отсутствие материалов по методологии и критериям нормирования макро- и микроэлементов в питьевой воде и суточных пищевых рационах определяет высокую актуальность проблемы гигиенического обоснования оптимальных уровней и соотношений микроэлементов в питании и водоснабжении населения.
Анализ отечественной и зарубежной научной литературы по данной проблеме позволил выделить три методологически обоснованных принципа гигиенического нормирования макро- и микроэлементов в среде обитания: 1) традиционные; 2) нетрадиционные; 3) экспериментальные. Каждый из этих принципов содержит рациональное зерно, а также некоторые методологические погрешности, требующие глубокого научного осмысления и обоснования. Основоположниками традиционных принципов гигиенического нормирования вредных веществ в объектах окружающей среды, в том числе микроэлементов, являются выдающиеся ученые-гигиенисты С.Н. Черкинский, Г.И. Сидоренко, Г.И.Красовский и др. Рассматривая макро-и микроэлементы в качестве вредных химических веществ для живых организмов, авторы рекомендовали устанавливать ПДК по
различным критериям вредности для питьевой воды, для атмосферного воздуха, водоемов и почв [7, 22, 28]. В токсикологии была разработана, апробирована и впервые применена для научных исследований принятая ныне в гигиенической науке методология оценки воздействия на организм химических веществ и других факторов окружающей и производственной среды [8, 9]. Эта методология базируется на обнаружении с помощью тех или иных биохимических, цитохимических, физиологических, морфологических и других тестов и оценке значимости для организма соответствующих сдвигов в его функциональном состоянии в норме и при патологии. Однако, как отметила Н.Т. Ушакова [26], гигиеническая наука и практика со своей стороны совершенствовали эту методологию, поскольку гигиенисты имеют дело с комбинированными и комплексными воздействиями многих факторов окружающей среды. Необходимость учета и оценки не только индивидуальных, но также коллективных (популяционных) доз соответствующих токсических воздействий очевидна. Если индивидуальные дозы имеют решающее значение в развитии острой или подострой химической болезни, то даже индивидуально малые, подпороговые для развития отравления дозы, «нагружающие» огромную популяцию и формирующие большую коллективную дозу, по-видимому, могут реализовываться в сторону стохастической патологии — в статистически достоверное повышение частоты возникновения наследственных, онкологических, иммунных и других заболеваний. Популяционный подход к оценке опасности тех или иных доз потенциально токсических химических веществ представляется важным также для таких «загрязнителей» окружающей среды, для которых оптимальным является не отсутствие, а некоторое наличие химического агента на уровне, обеспечивающем необходимый целевой эффект. Данная позиция приемлема при обосновании критериев оптимальности макро- и микроэлементов, имеющих пять дозовых зон действия на живые организмы (зоны дефицита, оптимума, равновесия, фармакологическая и токсическая) в соответствии с законом о зональном действии микроэлементов на организм, сформулированный В.В. Ковальским и М. Анке [5, 6, 29]. Вместе с тем при обосновании критериев оптимальности обязательно следует принимать во внимание сущность и содержание основного закона атомовитов (макро- и микроэлементов), который гласит: «...потребности всех живых организмов биосферы в дыхании, питании, обмене веществ и размножении обеспечиваются никогда непрекращающемся потоком атомов хими-
ческих элементов из космоса, атмосферы, литосферы и гидросферы через специфические микробиоценозы в живое вещество и обратно». В биосфере выживают только те организмы, которые сохраняют, максимально проявляют и постоянно совершенствуют в процессе жизни биогеохимическую систему гомеостаза атомовитов (БСГА). Эта система имеет видовую емкость или биогеохимическую энергию, эволюционно направленную вектором к максимальному своему проявлению. Каждая живая клетка имеет свою генетическую программу развития, включающую определенную емкость БСГА, с вовлечением максимального количества атомовитов в оптимальных для данной клетки количественных соотношениях. В биосфере нет живых организмов, способных существовать с системой гомеостаза только одного атомовита, на основании этого нормирование макро- и микроэлементов должно осуществляться в оптимальных уровнях и соотношениях.
Сторонники нетрадиционных принципов гигиенического нормирования микроэлементов (Рахманин Ю.А., Красовский Г.Н., Егоров В.И., Иванов А.В., Фролова О.А., Тафее-ва Е.А., Фролов Д.Н., Амиров Н.Х., Мартын-чик А.А. и др.) считают, что методологической основой установления норм питания населения должна быть эколого-климатичес-кая методология, а основным принципом разработки норм потребления пищевых веществ — статистический принцип [2, 4, 8, 11, 19]. В соответствии с этим принципом нормы потребления пищевых веществ должны удовлетворять потребность не менее 97,5% рассматриваемой группы населения (среднее плюс 2 стандартных отклонения, или 28). В соответствии с предлагаемой методологией и статистическим принципом нормирования микроэлементов в питании в официальном документе «Нормы физиологической потребности в пищевых веществах и энергии для различных групп населения СССР» [17] приведены данные о том, что уровни кальция, фосфора, магния, железа, цинка, йода почти одинаковы для всех пяти групп мужчин и четырех групп женщин, для всех четырех групп по коэффициенту физической активности, для всех возрастных групп с небольшими дополнениями к норме для беременных и кормящих. Эти данные, по-видимому, ориентировочны, очевидно отсутствие специальных научных исследований, что является основной причиной недоработки предлагаемых норм, причем в их ассортименте совершенно отсутствуют другие эссенциальные микроэлементы.
При анализе имеющихся публикаций нами было установлено, что по уровням атомо-витов в пище определяется степень обеспечен-
ности организма человека этими важными микронутриентами. В то же время в качестве критерия обеспеченности организма атомови-тами используется содержание их в крови, в моче и в волосах. Причем в качестве «нормального» содержания атомовитов в биологических средах организма человека рекомендованы пределы допустимых уровней (БДУ) без определения средних статистических величин и сигмальных отклонений. Первая попытка оценки оптимальных уровней атомовитов в волосах была предпринята в 2000 г. [20]. Автором были установлены средние статистические центильные величины концентраций атомовитов в волосах детей Прибайкалья в возрасте от 1 до 15 лет и рекомендованы оптимальные (физиологические) значения многих атомовитов в качестве региональных норм; впервые была определена оптимальная их концентрация в волосах в качестве критерия оценки обеспеченности организма детей ато-мовитами. При сравнении рекомендованных автором в качестве оптимальных региональных норм концентрации атомовитов в волосах с данными А.В. Скального, полученными по БДУ, можно заметить весьма существенные расхождения [23].
ФАО ВОЗ, а также рядом авторов [3, 16, 30] были предложены косвенные критерии оценки обеспеченности организма атомови-тами исходя из их уровней в рационах Так, А. А. Покровским [16] были предложены оптимальные уровни некоторых атомовитов в суточных пищевых рационах населения различных половозрастных и профессиональных групп. Для расчета суточной потребности в атомовитах использовались два показателя: ДСД — допустимая суточная доза и ДСП — допустимое суточное потребление. ДСД определяется величиной максимального количества атомовита в миллиграммах на килограмм массы тела, ежедневное пероральное поступление которого на протяжении всей жизни человека не оказывает неблагоприятного влияния на его жизнедеятельность, здоровье, а также на здоровье будущих поколений. ДСП определяется по величине ДСД, умноженной на массу тела человека.
В.В. Ковальский [6] рекомендовал в качестве оптимальных концентрации атомовитов в укосах пастбищных трав, выращенных в пределах черноземной зоны РФ, на территории которой не регистрировались какие-либо эндемические нарушения обмена веществ у сельскохозяйственных животных. Очевидно, что такие концентрации атомовитов не могут быть рекомендованы населению, но уровни соотношений атомовитов в укосах трав должны служить методологическим ориентиром для гигиенического нормирования соотношений 868
атомовитов в питании человека. В.В. Ермаков [3] определил оптимальные уровни некоторых атомовитов в кормах животных на территориях относительно удовлетворительного экологического состояния, что также целесообразно использовать в качестве методологического ориентира для нормирования атомовитов в питании человека. ФАО ВОЗ рекомендует временные гигиенические нормативы и безопасные уровни потребления некоторых ато-мовитов в качестве косвенного критерия оценки обеспеченности организма человека.
Анализ, приведенных авторами количественных параметров атомовитов в питании в качестве косвенного критерия оценки обеспеченности организма, показал весьма широкую их вариабельность и неоднозначность. Определенный интерес представляют данные E.J. Hamilton [30] о содержании атомовитов в суточных пищевых рационах населения различных регионов мира. Эти данные свидетельствуют о том, что поступление атомовитов с суточным пищевым рационам неодинаково у населения различных стран. Так, в Великобритании потребление с пищей алюминия выше в 20 раз, лития — в 10 раз, молибдена — ниже в 3 раза, чем в США, стронция — ниже в 4 раза, а хрома — в 6 раз, чем в Индии, кальция — в 3 раза выше, чем в Германии. Несмотря на то что многие исследователи рекомендуют свои региональные нормативы в качестве косвенного критерия оценки обеспеченности организма человека атомовитами, концентрации которых весьма существенно различаются, мы считаем невозможным признать их оптимальными (физиологичными), так как они не сопоставлены с показателями здоровья их населения.
Весьма интересны данные А.В. Скального [23] о том, что зарубежными учеными установлены величины (в мг/день) поступления многих атомовитов, приводящие к интоксикации, дефициту или оптимальному их содержанию в организме. Как показал анализ приведённых автором сведений, большинство концентраций элементов, принятых в качестве оптимальных, было взято из международных норм рекомендованного ежедневного потребления, установленных расчетным путем без оценки состояния здоровья населения. Так, данные об оптимальном поступлении кремния завышены в 10 раз, что было доказано В.Л. Сусликовым ещё в 1982 г. [25].
Впервые принцип экспериментального моделирования для установления оптимальных уровней и соотношений макро- и микроэлементов был применен Р.Д. Габовичем и Н.Ф. Ужва [1] в 1975 г. Авторы в длительном санитарно-геронтологическом эксперименте доказали, что питьевая вода с минерализа-
цией (350,0 мг/л), содержащая (в мг/л) ионы Са (60), Mg (15), № (21), K (3,0), HCO3 (130,0), SO4 (47), О (76), F (1,0), относится к категории оптимальной. Исследуя в ходе экспериментов динамику содержания меди, марганца, молибдена в тканях (печень, почки, головной мозг, кость бедренная и кровь) подопытных животных, авторы пришли к весьма важному заключению о необходимости установления оптимальных соотношений концентраций макро- и микроэлементов комплексным путем, т.е. с использованием принципов экспериментального моделирования и эпидемиологического наблюдения.
Определенный интерес представляют исследования отечественных ученых, выполненные на рубеже XX—XXI столетий [10, 21, 24], в которых изучались особенности воздействия питьевых вод с различными соотношениями атомовитов на изменения обмена жиров, углеводов, перекисного окисления липидов, на минеральный обмен и микробный биоценоз кишечника у подопытных животных (крыс). Так, при длительном употреблении питьевой воды с аномальными соотношениями микроэлементов у крыс было отмечено достоверное повышение уровня общего холестерина, малонового диальдегида в сыворотке крови. У 36% животных выявлены предпатологи-ческие реакции при нагрузке глюкозой, проявлявшиеся плоскими кривыми, что классифицируется как нарушение толерантности к глюкозе. Гистологическими исследованиями были установлены такие морфофункциональ-ные изменения в поджелудочной железе животных, как увеличение диаметра ядер ост-ровковой ткани, объема островковой ткани и снижение диаметра Р-клеток, которые в совокупности свидетельствуют о неблагоприятном влиянии аномальных соотношений атомови-тов на функциональное состояние поджелудочной железы. Аномальные соотношения атомовитов вызывали у животных резкое снижение содержания биогенных аминов (кате-холамин, серотонин) в клубочковой и пучковой зонах надпочечников, во всех структурах тонкой кишки и в эпителии щитовидной железы. Эпидемиологические данные нашли полное подтверждение при экспериментальных исследованиях [10, 21, 24].
Таким образом, многочисленные методологические подходы к проблеме нормирования оптимальных уровней и соотношений атомовитов оказались приемлемыми для нормирования одного элемента по одному из лимитирующих показателей вредности. В настоящее время единственно правильной, по нашему мнению, является методология гигиенического нормирования оптимальных уровней и соотношений макро- и микроэле-
ментов в питьевой воде и пищевых рационах, основанная на результатах эколого-биогеохи-мического зонирования территорий. Эколого-биогеохимическое зонирование территории Чувашской республики проводилось нами по заданию Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, при поддержке РГНФ (грант №00-06-00153а) и единого наряд-заказа Министерства образования РФ. К настоящему времени нами определены границы четырех эколого-биогеохими-ческих зон, которые существенно различаются как антропогенными, так и природными характеристиками, с одной стороны, и биологическими реакциями практически здоровых жителей — с другой. В результате многолетних исследований была доказана «пусковая», причинная роль определенных аномальных соотношений атомовитов в развитии эндемического уролитиаза, зоба, острого инфаркта миокарда и других заболеваний. Одновременно выполненный многофакторный математический анализ показал высокую (до 82%) значимость различных соотношений атомовитов в развитии и динамике показателей смертности по классу болезней системы кровообращения. На основании этих исследований был сделан вывод о том, что методологической основой для оценки здоровья населения и среды обитания служит система эколого-биогеохимического зонирования ограниченных территорий.
Наибольший интерес и практическую значимость представляют результаты исследований зоны эколого-биогеохимического оптимума. В рамках данной территории обнаруживается относительная стабильность соотношений микроэлементов в крови в зависимости от возраста и пола. Нами была установлена оптимальная сбалансированность большинства микроэлементов в волосах детей и подростков. Соотношения концентраций микроэлементов, полученные при исследовании сбалансированных и рациональных водно-пищевых рационов у жителей зоны эколого-биогеохимичес-кого оптимума в Чувашии, можно принять в качестве косвенного критерия обеспеченности организма человека микроэлементами, а соотношения микроэлементов в крови практически здоровых жителей этой зоны — в качестве прямого, объективного критерия обеспеченности организма человека микроэлементами. Фактические средние концентрации макро- и микроэлементов в пределах ± 2о в источниках питьевого водоснабжения и суточных пищевых рационах и границах центильных пределов от 10 до 90%, полученные в зоне эколого-биогеохи-мического оптимума, можно рекомендовать к гигиеническому нормированию в качестве оптимальных концентраций с расчетом баланса их оптимальных концентраций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Габович Р.Д., Ужва Н.Ф. Изучение действии пить-евой воды с различным минеральным составом в санитарно-геронтологическом эксперименте. //Гиг. и сан. - 1975. —№ 9. - С.26—31.
2. Егоров В.И., Мазурин И.Ф. О мочекаменной болезни на Севере. // Воен. мед.журн. — 1965. — № 3. — С. 79—81.
3. Ермаков В.В. Геохимическая экология организмов как следствие системного изучения биосферы. Пробл. биогеохим. и геохим. экол. — М.: Наука, 1999. — С.152—183..
4. Иванов А.В., Фролова О.Н., Тафеева Е.Л. и др. Применение индикаторных показателей для комплексной оценки качества жизни населения. // Гиг. и сан. — 2006. — № 5. — С. 44—46.
5. Ковальский В.В. Геохимическая среда и жизнь. — М.: Наука, 1982. — 61 с.
6. Ковальский В.В. Геохимическая экология. Очерки. — М.:Наука,1974. — С. 106—133.
7. Красовский Г.Н., Бутенко П.Г., Васюкович Л.Я. и др. Гигиеническое обоснование предельно допустимой концентрации бария в воде. //Гиг. и сан. — 1980. — № 6. — С. 86—87.
8. Красовский Г.Н., Пожидаева Н.В. Сравнительная токсичность неорганических соединений, содержащих трех- и пятивалентный мышьяк, в связи с их гигиеническим регламентированием в воде. // Гиг. и сан. — 1984. — № 4. — С.9—11.
9. Красовский Г.Н., Чарыев О.Г., Львова Г.Н. и др. Определение мутагенности свинца в связи с установлением его безопасных уровней в оде. // Гиг. и сан. — 1984. — № 3. —С.15—17.
10. Максимов Ю.Г. Состояние здоровья населения в регионах с эколого-биогеохимическими факторами рис-ка:Автореф. дисс. ...докт. мед. наук. — М., 2000. — 45 с.
11. Мартынчик А.Н., Маев И.В., Янушкевич О.О. Общая нутрициология. — М.: Депрессинформ, 200 5. — 392 с.
12. Методические рекомендации МР 2.3.1.1915-04 «Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ». — М. 2004.: РИК ГОУ ОГУ. — 36 с.
13. Онищенко Г.Г. Актуальные проблемы реализации в России решения ООН о провозглашении десятилетия 2005-2015 г. г. Международной декадой «Вода для жизни» // Гиг. и сан. — 2005.. — № 4. — С. 3—5.
14. Онищенко Г.Г. Проблемы питьевого водоснабжения населения России в системе действий по проблеме международной декады «Вода для жизни». //Гиг. и сан. — 2006. № 5. — С. 3—8.
15. Онищенко Г.Г. Состояние питьевого водоснабжения в Российской Федерации: Проблемы и пути решения. //Гиг. и сан. — 2007. — № 1. — С. 10—13.
16. Покровский А.А. Беседы о питании. — М., 1986. — 122 с.
17. Постановление Правительства РФ № 917 от 10 августа 1998 г. "Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации за период до 2005 г."
18. Постановление Правительства РФ № 1119 от
05.10.1999 г. «О мерах по профилактике заболеваний, связанных с дефицитом йода».
19. Рахманин Ю.А., Николаева Т.А., Плугин В.П. и др. К вопросу о допустимом содержании бора в питьевых водах. — Матер. Ш съезда гиг. и сан. врачей Грузии. — 1989. — С.92—94.
20. Решетник Л.А Клинико-гигиеническая оценка микроэлементных дисбалансов у детей Прибайкалья. /Автореф. дисс. ...доктора мед наук. — Иркутск, 2000. — 43 с.
21. Сапожников С.П. Влияние эколого-биогеохими-ческих факторов среды обитания на функциональное состояние и здоровье населения Чувашии: Автореф. дисс. ...докт. мед. наук. — М. 2001. —33 с.
22. Сидоренко Г.И., Прокопенко Ю.И. Методологические аспекты предпатологии // Вести. АМН СССР. — 1976. — № 4. — С.12—22.
23. Скальный А.В. Эколого-физиологическое обоснование эффективности использования макро- и микроэлементов при нарушениях гомеостаза у обследованных из различных климато-географических регионов: Автореф. дисс. ... докт. мед. наук. — М.,2000. — 43 с.
24. Степанов Р.В. Материалы к изучению водного фактора в причинно-следственных связях инфаркта миокарда: Автореф. дисс. . канд. мед. наук. — Казань, 1992. — 20 с.
25. Сусликов В.Л. Этиология и гигиеническая профилактика уролитиаза в условиях кремниевых биогеохимических провинций: Автореф. дисс. . докт. мед. наук. — Ростов-на-Дону, 1982. — 42 с.
26. Ушакова Н.Т. Материалы к изучению мочекаменной болезни в Магаданской области: Автореф. дисс. ...канд.мед.наук. — Кишинев, 1965. — 20 с.
27. Федеральный закон РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» № 29-Ф3 от 02.01.2000 г.
28. Черкинский С.Н. Научные основы современных методов гигиенического нормирования вредных веществ в водной среде //Водн. рес. — 1973. — № 4. — С. 128—133.
29. Anke M., Angellow L., Schmidt A, Gurtter H. Rubidium an essential element for animal and man? TEMA 8. Germany. Jena.: Vertag Media Touristik. —1983. — P. 719—723.
30. Hamilton E.I. An overview the chemical elements, nutrition, disease and the health of man. Research meeded on mineral content of human tissue//Fed. Proc. — 1981. — Vol.40, № 8.— P.2128—2130.
Поступила 25.12.08.
METHODOLOGY AND PRINCIPLES FOR HYGIENIC STANDARDIZATION OF OPTIMAL LEVELS AND BALANCE OF MACRO-AND MICROELEMENTS IN DRINKING WATER AND FOOD RATIONS
N.V. Tolmacheva
Summary
Present was a methodology of addressing hygienic standardization of optimal levels and ratios of atomovits in drinking water and in the daily diet of the population.
Key words: atomovits, drinking water, food rations, hygienic standardization.
