CC BY
188
РАЗДЕЛ VI
УДК 614.445:614.777
методы биоиндикации водоисточников в гигиене
Е.С. Сергеева, кафедра обшей гигиены и экологии, ГОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет Росздрава»
Сергеева Евгения Сергеевна - 410012 г. Саратов,ул. Большая Казачья, д. 112. Раб. тел.: (8452) 66-98-29, e-mail: jenysergeeva@mail.ru
Приводятся сведения о необходимости усиления мониторинга за санитарно-гигиеническим состоянием водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения и мест рекреации. Представлены различные экспресс-методы анализа воды, с привлечением живых организмов, применяемые для качественного и количественного определения загрязнений водоемов.
Ключевые слова: вода, загрязнение, мониторинг, биотестирование. Are presented data on the necessity intensify of monitoring for the sanitarily-hygienic condition of basins been used as water-supply sources and the places of recreation. Are presented various express the technique of analyses of aqua, with the attraction of living organisms applied for qualitative understanding and quantitative determining of the pollutions of reservoirs.
Key words: reservoir, pollution, monitoring, biotesting.
Общемировые тенденции определяются растущим пониманием необходимости обеспечения населения достаточным количеством доброкачественной воды. Значимость данной проблемы для мирового сообщества подтверждается принятием решения международными водными форумами, проведенными под эгидой Организации Объединенных Наций, о провозглашении десятилетия 2005-2015 гг. Международной декадой «Вода для жизни». Вопросы мониторинга качества питьевой воды, совершенствования технологий водоочистки и водо-разведения и концепции питьевого водоснабжения являются актуальными.
Россия, располагая 1/5 общемировых ресурсов питьевой воды, переживает значительные трудности в решении данных вопросов. Многолетние данные социальногигиенического мониторинга по состоянию водных объектов свидетельствуют, что практически все водоисточники, как поверхностные, так и подземные, подвергаются антропогенному и техногенному воздействию с различной степенью интенсивности. Особенно тяжелое положение сложилось с источниками питьевого водоснабжения из открытых водоемов, так как 41,5% от их числа (2049) не отвечает санитарным правилам и нормам, в том числе 36% - из-за отсутствия зон санитарной охраны [1].
Учитывая ежегодно возрастающую антропогенную нагрузку на водоемы, используемые в качестве централизованного водоснабжения, необходим эффективный контроль качества воды, в основе которого лежит обоснованность нормативной базы, наличие методов контроля, их качество и материально-техническое обеспечение.
Кроме того, малые реки являются водоемами рекреационного назначения, оказывая тем самым влияние на санитарно-эпидемиологическую обстановку, и их состояние можно рассматривать в качестве индикатора санитарно-эпидемиологического благополучия близлежащих территорий. Интенсивная урбанизация, строительство оздоровительно-лечебных объектов, баз отдыха, дач превратили водные объекты на всем протяжении в пункты
рекреационного водопользования. В этих условиях потерял практическое значение фактор расчета условий сброса сточных вод: разбавление и естественное самоочищение водных объектов. К тому же санитарное состояние многих рек свидетельствует, что эти процессы практически исчерпаны.
По данным Роспотребнадзора, 75% проб, взятых в местах водозабора коммунальных систем водоснабжения, не соответствуют стандарту по содержанию ионов железа и марганца, нефтепродуктов, фенола и других примесей, а также по критериям вкуса, цветности, запаха и мутности. Наиболее значительному антропогенному воздействию подвергаются малые реки, часто являющиеся единственным источником водоснабжения в сельской местности.
Здоровье населения является стратегическим потенциалом страны, поэтому его сохранение и укрепление должно быть одной из первостепенных задач государственной политики. Ежегодно оценки вклада окружающей среды в состояние здоровья населения возрастают. Неудовлетворительное качество питьевой воды повышает вероятность возникновения заболеваний, связанных с водным фактором и в первую очередь является причиной высокого уровня инфекций бактериальной и вирусной этиологии. Одним из механизмов сохранения здоровья нации является борьба с инфекционными и паразитарными заболеваниями.
Несоблюдение режимных и ограничительных мероприятий приводит к загрязнению открытых водоисточников и, как следствие, не соответствию проб воды гигиеническим нормативам по микробиологическим и санитарнохимическим показателям, что актуально для большинства регионов России.
В водоемы со сточными водами попадают тысячи химических веществ, а санитарные службы не всегда имеют возможность произвести анализ полного спектра химических загрязнителей. Систематическое определение ряда высокотоксичных для человека веществ в воде вообще не проводится из-за сложности и высокой стоимости
исследований. Действительно, при ограниченном числе контролируемых в питьевой воде стандартных для всей страны показателей сохраняется несоответствие между ними и реальным загрязнением водоисточников. К тому же ряд веществ обладает биоаккумуляцией, происходит трансформация с образованием более токсичных соединений, их накопление в донных отложениях.
При определении влияния сточных вод на санитарный режим водоемов известно, что наиболее неблагоприятным является торможение процессов биохимического потребления кислорода (БПК). Также ценным показателем служит химическое потребление кислорода (ХПК), так как часто входит в число приоритетных как интегрально характеризующее присутствие в сточных водах трудноокисляе-мых органических соединений. Присутствие в воде не подвергающихся в дальнейшем биоразложению химических соединений, распространенных водных загрязнений (железа, нефтепродуктов, фенолов, синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ)), угнетает процессы естественного самоочищения водоема.
Все эти проблемы требуют быстроты и надежности принимаемых решений. Возникает необходимость разработки и внедрения портативных систем экспрессного анализа, разработки методов контроля качества воды. Широкое распространение в качестве предварительных экспресс-методов анализа воды нашли способы с привлечением живых организмов.
В зарубежных странах метод биотестирования активно внедрён в практику надзора за внешней средой. Многотесторная система биологического анализа токсичности вод введена в Соединенных Штатах Америки.
В России данные методы также считают перспективным направлением, они используются для оценки качества воды открытых водоемов и сточных вод. Известны работы по разработке предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в воде на основе биотестирования и даже высказывались идеи о полной замене всех гигиенических нормативов единственным методом контроля - биотестированием. Наибольшее внимание к данным методам отмечено в 80-х, середине 90-х годов в работах таких авторов, как М.П. Захарченко, А.В. Пожаров, Н.С. Жмур, С.Н. Этлин и других, однако и сегодня ряд методик актуальны и предлагаются новые экспресс-методы оценки воды с помощью тест-организмов.
Широко распространено биотестирование с помощью дафний и существуют различные методики в проведении эксперимента в России и зарубежом. Биотестирование воды с помощью дафний и инфузорий включено в обязательный перечень показателей Государственного стандарта (ГОСТа) для рыбохозяйственных водоемов [2]. В некоторых центрах эпидемиологического надзора дафнии Daphnia magna Straus используются для приблизительной оценки токсичности и токсикогенетической активности
питьевой воды [3], но этот метод подвергается критике за невысокую воспроизводимость. Также, при помощи дафний, возможна токсикологическая оценка сточных вод. В ряде случаев этап биотестирования достаточен для выделения показателя токсичности сточных вод. Однако, для некоторых веществ имеет место несопоставимость уровней токсичности для дафний и лабораторных животных.
Токсичность воды можно оценивать с помощью 7-дневного теста на ветвистоусых рачках - СегЫарЬоа affinis ЫН [4].
Одним из чувствительных гигиенических показателей, используемых для оценки загрязнения водоисточников, является изменение микробных ценозов воды - изучение видового разнообразия и структуры микробных сообществ воды, часто интерес представляет оценка соотношения грамположительной и грамотрицательной микрофлоры. Короткий жизненный цикл различных бактерий делает их быстрореагирующими на внешние воздействия биоиндикаторами. Микробиологическая экспертиза, ориентированная на индикаторные микроорганизмы воды, является одним из наиболее чувствительных методов для обнаружения фекального загрязнения.
Наиболее предпочтительным для оценки интегральной токсичности воды может быть определение тех или иных штаммов бактерий. Такой метод позволяет давать первоначальную, самую общую оценку качества питьевой воды, фактически заменяя на этом этапе десятки отдельных физико-химических анализов, применяемых в настоящее время для выявления в воде конкретных вредных для живых организмов веществ.
Однако биотестирование с помощью индикаторных штаммов бактерий требует наличия специализирующих микробиологических боксов, обеспечивающих стерильность проводимых работ, и расходования достаточно дорогих питательных сред. Кроме того, как правило, сам анализ достаточно растянут по времени исполнения, так как перед каждым опытом индикаторные штаммы бактерий должны оживляться путем пересева на свежие агаровые косяки. Эти подготовительные работы занимают минимум 2 дня. Проводятся экспресс-варианты оценки, при которых срок выполнения сокращается до 1-2 дней [5]. Известны работы с использованием специально отселек-ционированных индикаторных штаммов бактерий.
В ряде случаев берется способность микробов обладать различной резистентностью к отдельным группам веществ для направленного выявления именно этих веществ. Однако, для определения большинства вредных веществ (за исключением нитратов) необходимо использовать штаммы-индикаторы с соответствующей устойчивостью, создавая таким образом многотесторную, достаточно громоздкую систему биоиндикации, которая фактически имеет те же недостатки, что и существующий химический анализ: неполный охват токсинных загрязнителей.
РАЗДЕЛ VI
РАЗДЕЛ VI
Наибольшее прогностическое значение при оценке микробного риска в возникновении кишечных инфекций, обусловленных водным фактором передачи, имеет прямое обнаружение потенциально патогенных микроорганизмов. При оценке микробного риска возникновения эпидемической опасности питьевого водопользования надежным и показательным является интегральный показатель, определяемый по ферментации глюкозы - глюкозоположительная кишечная палочка [6].
Для прогноза заболеваемости на различных территориях может быть использован комплексный методологический подход анализа эпидемического прогресса и математическое моделирование при отдельных нозоформах ассоциированных с водой кишечных антропонозов. Так, применение системного анализа динамики заболеваемости ассоциированными с водой кишечными инфекциями позволяет получать достоверные параметры математической модели эпидемического процесса [7].
Однако многолетние исследования показали, что бактериальные индикаторы не могут обеспечить эпидемиологическую безопасность воды в отношении вирусных возбудителей. В качестве альтернативы бактериальным индикаторам для контроля вирусного загрязнения воды в нашей стране научно обосновано использование коли-фагов [8].
Работы по выявлению взаимосвязи между колифагами и энтеровирусами зависимости не показали. Отмечается превышение норматива по колифагам при отсутствии энтеровирусов. В то же время в водах с выраженным фекальным загрязнением выявляются случаи обнаружения колифагов ниже установленной нормы. Практика рутинного производственного контроля по определению колифагов показала, что предлагаемые методы могут давать как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты [9].
В мировой практике при оценке санитарного и экологического состояния водоисточников используют, как правило, количественные показатели, характеризующие общее число особей, видовое разнообразие, биомассу, долю индикаторных и санитарно-показательных видов. Однако в последнее время обращают внимание на качественные показатели микрофлоры воды, позволяющие выявлять ранние изменения природной среды.
Лизоцим - антилизоцимная система гидробионтов достаточно чувствительна для оценки экологических изменений и пригодна для характеристики состояния биоценозов и сапробности водоемов [10]. Комплексное определение персистентных характеристик бактерий способствует выявлению свежего фекального загрязнения поверхностных вод. Для характеристики состояния водных биоценозов и оценки их изменений используется также оценка соотношения лизоцимизирующих и антилизоцимизирую-щих микроорганизмов.
Изучение динамики биологических свойств гидробионтов природных водоемов позволяет выявлять ранние,
предшествующие необратимым изменения природной водной среды. Биотестирование позволяет оценить опасность воздействия химического загрязнения с помощью живых организмов не по отдельным химическим компонентам, а в целом по смесям, в том числе неизвестной природы. Целесообразность широкого применения биотестирования для гигиенической экспресс-диагностики обосновывают высокая чувствительность, универсальность, интегральность и простота исследований. Токсические эффекты, регистрируемые методом биотестирования, включают оценки всех ингредиентов, неблагоприятно влияющих на физиологические, биохимические и генетические функции тест-организмов. Методы биотестирования должны быть экономичными и воспроизводимыми.
Предлагаемые методы биотестирования, например сточных вод, подвергаются критике со стороны ряда авторов. Определение «отсутствие токсичности» на основе биотестирования допускает чрезвычайно опасные для человека уровни некоторых веществ в воде водоемов, в сотни и тысячи раз превышающие гигиенические ПДК [11]. В качестве тест-объектов в этом случае рассмотрены дафнии, инфузории, светящиеся бактерии, рыбы, сперма быка. Следовательно, биотестирование стоков на основе критерия «отсутствие токсичности» не обеспечивает безопасности водопользования населения. Данный недостаток объясняется тем, что биотестирование является экспресс-оценкой токсичности в кратковременных опытах, а сопоставляются его результаты с критериями безопасности воды для человека - ПДК, устанавливаемыми в хронических экспериментах. А также невозможность выявления в воде веществ, оказывающих канцерогенное действие. Кроме того, кумулятивные свойства веществ резко различаются для человека и тест-объектов. Указываются лишь неспецифические токсические эффекты: гибель, угнетение роста, гашение светимости, снижение подвижности.
Отметим, что параметры биотестирования («отсутствие токсичности») одного и того же вещества, установленные в разных экспериментах, для дафний и рыб могут различаться в 10-100 раз и более, для светящихся бактерий в 10-15 раз [12]. Отмечена чрезвычайно высокая чувствительность гидробионтов даже к малым концентрациям ядохимикатов (ДДТ, хлорофос, базудин, валексон и другие), пестицидов, аммиака, меди, цинка, серебра. В то время, как гигиенические ПДК для бензола, 1,1-дихлорэ-тилена, акриламида в сотни раз ниже рыбохозяйственного - риск канцерогенеза. Учитывая различную чувствительность к загрязнителям, использование биотестов не всегда обеспечивает безвредность сточных вод и в отношении водных экосистем для водоемов рыбохозяйственного назначения.
При определенных условиях методы биотестирования оказываются полезными в гигиене. Например, биотесты могут быть эффективны и допустимы к применению для выявления аварийных сбросов; изменений технологических процессов; поисков дополнительных источников загрязнения; для скрининга веществ, попавших в воду в результате террористических актов; для скрининг-обнаружения токсичных компонентов, пропущенных при обзорных анализах спектра химического загрязнения воды; для установления нарушений режима условий формирования стоков [11, 13].
Для обеспечения качественного водоснабжения населения необходимы усиление государственного санитарноэпидемиологического надзора за источниками и системами питьевого водоснабжения, организация устойчивого обеспечения и развития системы лабораторного контроля службы [1, 14]. ЕЗ
литература
1. Онищенко Г.Г. Состояние питьевого водоснабжения в Российской Федерации: проблемы и пути решения. Гигиена и санитария, 2007. № 1. С. 10-13.
2. Правила охраны поверхностных вод. Методические указания. М., 1991.
3. Денисова Т.П. Биотестирование загрязнителей водной среды. Иркутск, 2006. 32 с.
4. Флеров Б.А., Королева Э.К. Санитарно-гигиеническая и токсикологическая характеристика природной воды верхней Волги. Гигиена и санитария, 1999. № 1. С. 14-15.
5. Леванова Г.Ф., Мазепа В.Н., Кашников С.Ю. Экспресс-метод биотестирования воды в полевых условиях. Гигиена и санитария, 2004. № 1. С. 64-66.
6. Алешня В.В., Журавлев П.В., Головина С.В. и др. Значение индикаторных микроорганизмов при оценке микробного риска в возникновении эпидемической опасности при питьевом водопользовании. Гигиена и санитария, 2008. № 2. С. 23-27.
7. Мефодьев В.В., Устюжанин Ю.В., Фольмер А.Я. Районирование территории Тюменской области по факторам риска водных кишечных инфекций. Гигиена и санитария, 2008. № 2. С. 40-43.
8. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 1. Женева, 1994.
9. Бойцов А.Г., Ластовка О.Н., Кашкарова Г.П., Благова О.Е. Оценка качества воды по биологическим показателям: пути совершенствования. Гигиена и санитария, 2005. № 1. С. 74-77.
10. Немцева Н.В. Микробиологическая характеристика биоценотических взаимоотношений гидробионтов и ее значение в санитарной оценке водоемов. Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. Челябинск, 1998. 37 с.
11. Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Недостатки биотестирования при гигиенической оценке сточных вод. Гигиена и санитария, 2005. № 3. С. 10-13.
12. Canadian Water Quality Guidelines. Ottawa, Ontario, 1989.
13. Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Методические ошибки при использовании биотестирования в гигиенических исследованиях. Гигиена и санитария, 2000. № 4. С. 63-66.
14. Рахманин Ю.А. Приоритетные направления и критерии оценки загрязнения окружающей среды. Гигиена и санитария, 2003. № 6. С. 14-16.
РАЗДЕЛ VI
