Микроэлементы в питьевой воде Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СОЮЗА ССР

ГИГИЕНА И САНИТАРИЯ

Отв. редактор А. Я. КУЗНЕЦОВ, зам. отв. редактора А. Н. СЫСИН Члены редколлегии: Н. А. БАРАН, Ф. Е. БУДАГЯН, Н. П. КОМИССАРОВА, |л. В. М.ОЛЬКОВ\, И. А. СЕМАШКО, 3. Б. СМЕЛЯНСКИЙ,' Т. Я. ТКАЧЕВ~- ш Отв. секретари: Р. М. БРЕЙНИНА, Ц. Д. ПИК ¡1 I- I1' I

1947 __ А2?™^ ИЗДАИИЯ_

йМШШмт, &

___Я. Л1. ГРУШКО

Микроэлементы в питьевой воде

Из Иркутского государственного медицинского института

За последние годы в области теоретической и практической медицины в Советском Союзе и за рубежом со всей остротой возникла проблема микроэлементов, т. е. химических элементов в малых дозах. Изучением вопроса о влиянии микроэлементов на человека заняты в настоящее время гигиенисты, физиологи, токсикологи, биохимики, микробиологи, клиницисты. Нет такой отрасли медицины, где проблема микроэлементов не вызвала бы большого интереса и постановки исследовательских работ. О том, что эти микроэлементы «е являются случайной частью человеческого организма, а имеют важное биологическое значение, говорит ряд работ. 1 Многие ученые работают над изысканием методов определения мик-ооэлементов в животных и растительных тканях, в воде, почве, воздухе. товые наиболее чувствительные методы исследования поставлены на ужбу разрешения проблемы микроэлементов и их влияния на чело-<а. Особенно большие перспективы открывает применение спектрально и полярографического анализов, дающих возможность открыть исследуемом материале одновременно многие элементы без предвари-•льного отделения их один от другого, как при химическом анализе.

Спектральный анализ теперь широко применяется в исследователь-мх работах по определению микроэлементов в органах и тканях че-овека.

Разработанная методика полярографического анализа уже внедрена в практику определения микроэлементов в органах и тканях человека I во внешней окружающей его среде.

Клиницисты, как, например, Вальдшмидт, уже начали применять полярографический анализ для диагностики злокачественных опухолей, что безусловно будет способствовать еще более широкому внедрению ч практику этого метода исследования. Наши советские ученые (Малю-га, Резников и др.) применяют полярографический метод для определения микроэлементов в воде.

Такой большой интерес к проблеме микроэлементов объясняется трежде всего тем, что они оказывают разнообразное воздействие на ор-. анизм человека, животных и на растения. В одних случаях это воздействие бывает токсическим, в других—микроэлементы стимулируют физиологические функции органов и тканей.

Токсическое действие оказывают микроэлементы на органы и ткани, животных (и в том числе на человека) при концентрациях выше предельно допустимых. Развитие промышленности, внедрение в ее технологию большого количества химических соединений -привели к поступлению многих химических элементов во внешнюю среду с различными отбросами. Особенно много токсических веществ начало поступать в воздух и воду от промышленных предприятий.

Нобели в вовдухе населенных мест сравнительно быстро достигается перемешивание химических соединений с огромными воздушными массами и концентрация их быстро понижается, то совершенно иное положение создается в водоемах при поступлении в них вредлых химических соединений со сточными водами.

В США без всякой очистки ежедневно спускаются в водоемы 946 млн. м8 сточных вод, главным образом промышленных, и, кроме того, 567 млн. м3 сточных вод подвергаются недостаточной очистке (Ноак). Вместе с промышленными стоками в водоемы поступают такие токсические вещества, как барий, хром, марганец, медь и др.

В р. Миссисипи, куда спускают свои отходы многие' предприятия, Брайдич и Эмери при помощи спектрального анализа обнаружили барий в концентрации до 0,3 мг/л, медь — 0,2 мг/л, хром — 0,01 мг/л, свинец — 0,005 мг/л, марганец — 0,05 мг/л, цинк — 0,1 мг/л. В р. Миссури найдено 0,5 мг/л бария, 1,0 мг/л бора, 0,2 мг/л меди; в р. Огайо, в районе Цинциннати,—0,15 мг/л бария, 0,15 мг/л свинца; в р. Потомак, вблизи Вашингтона,— 0,15 мг/л бария, 0,02 «мг/л меди, 0,15 мг/л мар.-ганца.

Следует отметить, что, во-первых, перечисленные микроэлементы обнаружены в очищенной водопроводной воде и, во-вторых, что некоторые из них, например, барий и хром, по американскому стандарту 1942 г. вообще не должны содержаться в питьевой воде.

В СССР проблема микроэлементов в токсических дозах особенно важна для водоемов на Урале и в Донбассе с их мелководными реками, а также в местах размещения крупных химических предприятий, полиметаллических комбинатов, металлургических заводов. Значительное количество фтора и хрома содержится в р. Чусовой. Полевский химзавод на Урале спускает в реку сточные воды с содержанием фтора до 5 000 мг/л. Реки Донбасса, например, Крынка и Торец, содержат много токсических веществ, спускаемых заводами. В шахтных водах, откачиваемых с Дегтярских рудников, содержится меди до 100 мг/л. На Алтае стоки Лениногорского полиметаллического комбината содержат до 4 мг/л циана, 8 мг/л меди, 5 мг/л свинца.

В иностранной литературе приводится много случаев поступления микроэлементов в водоемы со сточными водами предприятий, особенно в США, Англии, Германии, Франции (Негус).

Загрязнение водоемов происходит также поверхностными стоками, содержащими токсические вещества, применяемые для дезинфекции садовых растений против вредителей сельского хозяйства. Так, в штате Вашингтон (США), где ежегодно применяется свыше 3 000 т мышьяковистых солей свинца, в воде содержится свинец и мышьяк.

Опасность поступления в водоемы большого количества' микроэлементов в токсических дозах стала особенно очевидной в связи с перспективами широкого применения их для удобрения почвы. Так, работами Жавилье установлено стимулирующее действие микроэлементов на рост растений; добавление йх в дозах 1 —10 мг на 1 кг почвы ускоряет нитрификацию и разложение органического материала. По данным Арнона, такие микроэлементы, как марганец, хром, мышьяк, ртуть, свинец, кадмий, усиливают рост растений. Под влиянием кобальта, хрома и никеля урожай салата увеличивается по сравнению с контрольным растением в 15 раз, под влиянием кадмия, мышьяка, ртухи и свинца — в 13 раз.

Таким образом, в ближайшие годы следует ожидать широкого применения указанных микроэлементов как удобрения сельскохозяйственных культур и значительного поступления их в водоемы и подземные грунтовые воды.

Наряду с поступлением микроэлементов в воду извне в результате загрязнения, микроэлементы в воде могут быть и природного происхождения.

В литературе описано много случаев, когда микроэлементы были обнаружены в водоисточниках. Так, свинец содержится в природной воде во многих местах Мексики (КеЬос); в водоисточниках Бразилии обнаружены никель, хром, молибден, свинец, бор, олово, марганец (Ьоигепсо). Дри находил в питьевой воде барий, алюминий, свинец, медь, бор, серебро, стронций. Содержание микроэлементов в воде природного происхождения зависит от наличия их в почве.

Микроэлементы, содержащиеся в воде в токсических концентрациях, могут оказывать вредное влияние на человека, его органы и ткани. Кве-лоз на основании своих опытов указывает, что ряд микроэлементов, например, медь, стронций, хром, барий, цинк, производит изменения в костях кроликов,- действуя на них непосредственно. Барий, литий, силиций вызывают остеосклероз; в печени исчезает гликоген, уменьшается количество жиров и липоидов, появляются некрозы; хром, уран и силиций производят изменения в почках.

В 40 из 48 штатов США в различных местах обнаружено среди населения особое заболевание — так называемая «пятнистая эмаль». Позже это заболевание было обнаружено во многих странах, в том числе и у нас на Кольском полуострове. Причина этого заболевания —■ наличие фтора в питьевой воде. Ферхол^ указывает, что при этом заболевании деформация зубов происходит при концентрации фтора в воде свыше 1,2 мг/л, изменения во внутренних органах и тканях — при дозе свыше 2—3 мг/л. Вопрос этот разработан в СССР проф. Моисеевым.

В ряде населенных пунктов Мексики содержание свинца в природной воде является причиной хронической интоксикации населения. Свинец обнаружен в питьевой воде, а также в крови жителей, пользующихся ЭТОЙ 'ВОДОЙ.

Селен в воде является причиной так называемой щелочной болезни. В штатах Южной Дакоты, Небраски и Вайоминга (США) распространены заболевания ногтей, зубов (изъеденная эмаль), кожные сыпи, хронические артриты. Причина этого заболевания — наличие селена в воде и почве; у 92% обследованных жителей селен обнаружен в моче от следов до 133 мг на 100,0. Это заболевание широко распространено также среди скота. Концентрация селена в воде 0,5 мг/л уже опасна для £ здоровья; содержание селена в количестве 5 мг на 1 кг пищи приоста-

навливает рост подопытных мышей.

Наряду с фактами токсического действия многих микроэлементов, имеются данные о том, что микроэлементы нормально содержатся в ор-гаиизме животных и растений. Так, Бронсарт при помощи спектрального анализа нашел в золе растений, животных и человека марганец, медь, никель, кобальт, алюминий, бор, молибден и хром. Турнвальд и Гурович указывают, что в организме людей и животных находятся постоянно малые количества меди, олова, мышьяка, марганца, цинка, кобальта, никеля. Цбинден находил в человеческом организме следы хрома и свинца. Миллер обнаружил в желчных камнях на каждые 100 г 14 мг меди, 5 мг свинца и 0,44 мг хрома; в желчи обнаружены марганец и ""алюминий.

Вместе с тем ряд авторов считает, что микроэлементы не являются случайной составной частью животного организма. Так, Баудич в своей работе, опубликованной в 1943 г., указывает, что некоторые микроэлементы, как медь, марганец, цинк, кобальт и железо, поступая в орга-

•низм с водой и пищей, являются минеральными витаминами. Впервые большой интерес к ¡микроэлементам появился в Висконсинском университете (США) и сельскохозяйственном департаменте в Вашингтоне, после того как было установлено, что причиной некоторых заболеваний крови у животных является недостаток малых доз меди, кобальта, никеля, цинка, марганца и др. Почвы в некоторых местах США не содержат ни одного из этих элементов, в результате чего там были отмечены случаи заболеваний животных. В Новой Зеландии отмечены случаи заболеваний крупного рогатого скота и овец кустарниковой болезнью. Причина заболевания — так называемые нездоровые почвы, в которых кобальта содержится меньше 2 мг на 1 кг почвы. У больных животных развивается анемия, кахексия, потеря аппетита, изменения в мцшцах, печени, селезенке. Все эти изменения у больных животных исчезают, если вместе с водой давать ежедневно кобальт: больным овцам по 0,03—0,1 мг и крупному рогатому скоту по 1,0—1,3 мг. Автор делает вывод, что соли тяжелых металлов в незначительном количестве нужны для нашего благополучия и что физиологическое действие микроэлементов сходно с действием витаминов и энзимов. В другой статье, опубликованной в 1945 г., этот же автор считает, что микроэлементы (железо, медь, кобальт, никель, марганец, цинк, магний, мышьяк, молибден!, кальций, алюминий, бор и др.) нужны для жизни клеток, так как они являются биокатализаторами химических процессов.

Большой интерес представляет работа, которую опубликовал Бизон в июльском номере журнала Soil Science за 1945 г. Этот автор приводит карту распространения в США ряда заболеваний животных в зависимости от избытка или недостатка в их питании тех или иных микроэлементов.

Хроническое отравление селеном животных встречается в следующих штатах: Монтана, Северная и Южная Дакота, Канзас, Колорадо, Вайоминг, Юта, Небраска. Анемии, связанные с недостатком в организме животных кобальта, встречаются в штатах Флорида, Висконсин, Мэн. В этой же статье приводятся данные о географическом распространении заболеваний, связанных с недостатком в организме и других микроэлементов— иода (зоб), меди и железа (анемии), кальция и фосфора (болезни костей).

Таким образом, как повышенная, так и пониженная концентрация микроэлементов в воде может оказаться вредной для человека.

Небезразличны микроэлементы в воде и для водных организмов и бактерий, участвующих в самоочищении воды. Так, Ферхолл считает, что микроэлементы, содержащиеся в воде, оказывают влияние на ее флору и фауну,* играют важную роль в самоочищении водоемов, в формировании чистой воды. В этом отношении большой интерес представляет статья, опубликованная Perlman в 1945 г. в журнале «Bacteriology». В этой статье ав^ор привел и свои наблюдения о влиянии микроэлементов на кишечную палочку (Aerobacter aerogenes), которая, как известно, принимает участие в самоочищении водоемов. Оказывается, что даже в концентрациях 0,01 мг/л цинк, хром, медь, алюминий, марганец замедляют ферментацию этим микроорганизмом глюкозы, увеличивают образование этилового спирта, муравьиной и уксусной кислоты, оказывают влияние на синтез кишечной палочкой витаминов. Таковы краткие сведения о значении микроэлементов во внешней среде.

Работы по микроэлементам начаты и у нас (Вернадский, Виноградов и др.). Некоторые гигиенические институты также качали такие исследования (Институт общей и коммунальной гигиены Академии медицинских наук СССР — Н. М. Томсон).

Примененная нами методика спектрального анализа воды была следующей. Проба воды в количестве 2 л выпаривалась в фарфоровой чашке на водяной бане до плотного сухого остатка; последний собирался в

тигель и сжигался в муфельной печи при температуре не выше 500° в течение 8 часов. Полученная зола взвешивалась на аналитических весах. Зная вес взятой для исследования воды и вес полученной от сжигания плотного сухого остатка золы, можно определят^» обогащение анализируемой пробы воды. Затем зола помещалась в анодный кратер спектрально чистого графита спектрографа фирмы Хильгер с источником возбуждения в виде дуги постоянного тока 220 V 10 А. Электроды длиной 2,5 ом и диаметром 4 мм выпиливались из куска графита ручной пилкой. На одном конце анода высверливалось отверстие для заделки пробы. Это отверстие имело диаметр 2,5 мм и глубину I см. Анодный электрод предварительно взвешивался на аналитических весах, затем в его кратер помещалась проба и производилось взвешивание графита вместе с пробой. По разнице в весе анодного ^лектрода определялась навеска пробы, которая обычно составляла 20—25 мг.

После подготовки пробы ее сжигали вместе с электродом на вольтовой дуге; при этом щель спектрографа шириной 0,02 мм равномерно освещалась светом с помощью вспомогательной системы конденсоров и промежуточной диафрагмы. Время экспозиции определялось полным испарением образца и составляло 242—3 минуты; съемка производилась на фотопластинке, приданной к спектрографу. Фотометрирование-пла: стинки производилось с помощью проекционного микрофотометра; при этом определялась плотность фона и отдельно плотность линий исследуемых в воде веществ по специальной формуле, а затем и их интенсивность. Разница интенсивности линии и фона давала истинную интенсивность линии. В свою очередь интенсивность определяемых' линий сравнивалась с интенсивностью линий внутреннего стандарта, снимаемого на этой пластинке.

Так как интенсивность линии пропорциональна концентрации определяемого вещества, то результаты анализа выражались в процентном содержании в золе определяемых элементов. Зная обогащение проб, производили пересчет содержания определяемых в воде элементов в миллиграммы на 1 л воды.

Нами при участии физика С. А. Шипицина исследована в Иркутске вода рек Ангары, Ушаковки, подземные грунтовые воды из колодца рабочего предместья и артскважины пивоваренного завода. Пробы брались в количестве 6 л, выпаривались, плотный остаток сжигался в муфельной печи при температуре 500° в течение 8 часов, после чего пробы спектро-графировались в приборе Хильгера. Исследование производилось для определения 7 микроэлементов — хрома, никеля, свинца, бария, стронция, меди и марганца. Результаты количественного спектрального анализа проб воды представлены в таблице.

н— водоисточников Содержание токсических веществ (в мг на Ил)

хром никель свинец барий стронций медь марганец

0,0013 0,0003 0,009 0,011 0,0006 < 0,001

> Ушаковка..... 0,0012 0,002 0,0002 0,009 0,0055 0,0002 0,01

Подземные грунтовые

воды........ 0.0С2 0,041 0,0009 0,1 0,043. 0,003 > 1,2

Артезианские воды ... 0,0026 0,0026 0,0014 0,23 0,3 0,005 0,53

Во всех пробах обнаружены перечисленные выше микроэлементы. Следует отметить, что содержание указанных элементов в воде никак нельзя объяснить поступлением их со стоками, так как в области питания рек Ангары и Ушаковки нет таких предприятий, которые могли бы дать

подобное загрязнение. Повидимому, эти микроэлементы попали в воду при просачивании ее через почву, вследствие их растворимости в воде. Таким образом, надо полагать, что эти микроэлементы в воде имеют природное происхождение.

Артезианские у подземные грунтовые воды, как и следовало ожидать, вследствие большого контакта с почвой, содержат микроэлементы в большей концентрации, чем речные; особенно много в них марганца и бария.

Сравнивая полученные нами данные с данными американских авторов, обследовавших воду в 24 городах США, можно отметить, что реки Ангара и Ушаковка содержат меньшие концентрации микроэлементов, чем реки Потомак, Миссисипи и Миссури; исключение составляет стронций, концентрации которого в обследованных нами реках больше. Подземные грунтовые воды Иркутска по сравнению с водами в г. Хаустоне содержат меньше хрома, свинца, бария, меди, больше никеля и марганца и примерно одинаковое количество стронция. Артезианские воды Иркутска по сравнению с водами в Джексонвилле содержат меньше хрома, никеля, свинца, меди, больше стронция и марганца и почти равное количество никеля и бария.

Выводы

1. Проблема микроэлементов в питьевой воде чрезвычайно сложна, так как до сих пор не изучены, с одной стороны, предельно допустимые концентрации, а с другой —минимальные, необходимые организму для его физиологических функций.

2. Отсутствие норм содержания микроэлементов в воде создает трудности при ее оценке, при изучении массовых заболеваний, связанных как с избытком, так и с недостатком микроэлементов в питьевой воде.

3. Проблема предельно допустимых концентраций в воде должна разрабатываться как комплексная с участием научных работников разных отраслей медицины.

4. Изучение микроэлементов в водоисточниках Иркутска дает нам возможность сделать следующие выводы:

а) в реТсах Иркутска проверенные нами микроэлементы обнаружены в небольших концентрациях, причем концентрация большинства их значительно меньше, чем в американских водоисточниках, данные о которых были опубликованы;

б) в подземных грунтовых водах Иркутска концентрации микроэлементов выше, чем в реках;

в) из микроэлементов в артезианских водах Иркутска в значительном количестве обнаружен барий (0,23 мг/л);

г) марганец также встречается в больших концентрациях в артезианских и обычных подземных грунтовых водах; обнаруженные концентрации (1,2 и 0,53 мг/л) выше допустимых;

д) при изучении микроэлементов необходимо широкое применение спектрального анализа.

\