CC BY
48
Рис. 3. Аспиратор УЭГ1А-1 (вид сзади). / — фиксирующий барашк»: ' — секундомер: .t — манометр: I — ручка п'реключател« механизма: S — откидной щиток; 6 — ручки; 7 — <iMMopTH't<iTop: н — треног* М — основ-нне. Ц — стер-жень-стоЛка, В — стержень- основание).
блок и затем снова его закрывают. Записывают показания секундомера, время отбора проб, номер поглотителей и другие данные.
Аспиратором можно одновременно отбирать 6 проб воздуха со скоростью от 0,1 до 1 л/мин. Зарядки одного баллона (объем 2 л, рабочее давление 180—200 атм) достаточно для протягивания 400 л воздуха.
Для установления максимальной разовой кон*> центрации исследуемых веществ в атмосферной воздухе или их среднесуточного содержания, что требует протягивания большого количества воздуха (400 л и более), необходимо брать с собой запасные баллоны и менять их по мере расходования воздуха.
При необходимости исследования воздуха для определения степени запыленности или на наличие ряда пестицидов, когда скорость протягивания воздуха более 5 л/мин, требуется заменять ротаметры с 0,1—1 л/мин на 1—20 л/мин.
До начала отбора проб воздуха в лаборатории проводят регулировку ротаметров на необходимую скорость протягивания воздуха, что предупредит его потерю, и увеличит эффективность прососа во время отбора проб. При отборе проб со скоростью 20 л/мин возможно одним баллоном отбирать одновременно пробы воздуха на протяжении 10 мин.
Преимуществом данного прибора является его универсальность. С его помощью можно протягивать воздух через твердые и жидкие сорбенты, строго регулировать скорость протягивания и ис-Ж следовать воздух не только на запыленность, но и на наличие различных химических веществ. Удобством является также возможность быстрой смены баллонов и установления необходимой скорости протягивания воздуха сразу по всем каналам. Эти операции выполняются за 3—5 мин. На заправку одного баллона, которая проводится на объектах, где имеются компрессорные установки (заводы, пожарные части, спасательные станции и др.), уходит до 10 мин.
Прибор позволяет отбирать пробы воздуха в местах без источников электроэнергии, а также на взрывоопасных объектах, где опасно подключение электроасиираторов.
Поступила 24.12.84
Обзоры
УДК в14.774:631.в]:614.777:154 6.1754 546.173
Ю. В. Новиков, Н. И. Окладников, М. М. Сайфутдинов, И. А. Андреев
ВЛИЯНИЕ НИТРИТОВ И НИТРАТОВ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Нитраты широко распространены в окружающей среде (почве, природных водах, всех растительных материалах, мясе и атмосферном воздухе). Количество их в возделываемых почвах и, следовательно, в водоемах, как правило, не превышающее
10 мг/л, может возрастать при применении азотсодержащих удобрений, а также возвращении в почву и воду из других источников.
Нитриты являются промежуточным продуктом окисления минеральных и азотсодержащих орга-
— 5S —
4
«шеских веществ в результате жизнедеятельности
ирифицирующих бактерий. Это нестойкие соединения, они быстро переходят в нитраты, в связи с чем их концентрации во внешней среде незначительны.
При хранении свежих овощей (при 18—20 °С) может осуществляться микробиологический переход нитратов в нитриты, что приводит к резкому возрастанию содержания последних в овощах (3000 мг и более на 1 кг сухой массы). В организме животных нитраты и нитриты способны частично превращаться в N-нитрозосоединения.
До недавнего времени основным источником поступления нитратов в окружающую среду были минеральные удобрения, включающие нитраты аммония, кальция, калия и мочевины. Почвенный азот растениями усваивается только в пределах 25—83% в зависимости от вида выращиваемых культур. Для получения максимально возможного урожая на поля вносится избыточное количество удобрений, что приводит к значительному вымыванию с полей соединений азота, в том числе нитритов и нитратов По данным D. Kohl и соавт.
1, до 60% общего выноса азота в р. Сангамон составляет азот удобрений. Как свидетельствуют результаты работы других авторов [23, 27 , 341, вынос соединений азота с удобряемых полей в 3— 10 раз больше, чем с неудобряемых сельскохозяйственных угодий в том же районе. Однако поскольку одним из важных источников воздействия нитратов на организм животных и человека является вода, представляет интерес изучение условий образования нитритов и нитратов и загрязнения ими водоисточников вследствие поступления животноводческих стходов в водные объекты. В зарубежной литературе отмечается, что от одной единицы крупного рогатого скота массой 450 кг в год выделяется в составе экскрементов около 43 кг азота, а от стада в 3200 голов на ограниченной площади азота может образоваться около 140 т в год. Это эквивалентно количеству азота, выделяемого в год населением города численностью 260 000. Указывается, что только 10% животно-зодческих отходов используется на сельскохозяйственных полях 1331.
Н Отдельные зарубежные авторы [241 сообщают, что содержание общего азота в поверхностном стоке с сельскохозяйственных полей колеблется от 40 до 5500 мг/л. Другие [111 считают, что на 1 га пастбищ или сельскохозяйственных полей можно вносить органическое удобрение максимум от 7— 8 единиц крупного рогатого скота; увеличение этого количества может привести к возрастанию содержания нитратов в подпочвенных водах более чем до 10 мг/л. Уровень загрязнения грунтовых вод зависит не только от количества и качества вносимых на поля животноводческих (навозсо-держащих) сточных вод, но и от условий, в которых происходит их очистка, прежде всего от температуры и физико-химических свойств почвы и ее дисперсности. Степень дисперс-
ности почвы определяется ее поглотительной способностью, которая является одним из важных факторов очистки сточных вод. Поглотительная способность почвы зависит от количества содержащихся в ней минеральных и органических коллоидов [61.
Естественная очистка сточных вод в основном осуществляется в зоне аэрации благодаря нитрификации, окислению белковых веществ, катион-ному обмену и другим физико-химическим и биохимическим процессам [101. В биохимическом смысле активный аэробный слой почвы не превышает 25—30 см, но окисление органического вещества происходит и в более глубоких частях фильтрующего пласта за счет кислорода нитратов(процесс денитрнфнкации) и может происходить в условиях сильно выраженной перегрузки также за счет сульфатов.
Аэрация почвы зависит от ее влажности. Усиление аэрации способствует процессам окисления и активирует нитрифицирующие и азотфиксирую-щие бактерии, актиномицеты, грибы и другие организмы, разлагающие органические вещества. Очистительные свойства супесчаных почвогрунтов имеются только в период насыщения их водой. Однако с момента полного насыщения почвы водой естественная очистка сточных вод прекращается и химический состав истекающего фильтрата в основном подобен составу стбчных вод. Из-за недостатка в этом случае кислорода и быстрой фильтрации процессы окисления органических веществ не осуществляются до конца, что приводит к вымыванию в более глубокие слои почвы и грунтовые воды хорошо растворимых нитритов, нитратов, хлоридов и других веществ [6, 101.
Оценивая температурный фактор, следует указать, что оптимальная скорость нитрификации в диапазоне от 9 до 20 °С; при 6 °С этот процесс значительно замедляется и при 0 °С прекращается. Количество нитратов в почве зависит и от способа внесения сточных вод. Отмечено, что при внесении сточных вод на земледельческие поля орошения методом дождевания из расчета 50 м3/га нитраты в почве определялись на глубине 70 см в количестве 249 кг/га, а при методе запашки — 206 кг'га [51.
Нами [7, 81 установлено, что в районе расположения биологических прудов и земледельческих полей орошения, на которых осуществляются очистка и доочистка животноводческих стоков от свиноводческих комплексов, грунтовые воды загрязняются органическими веществами и прежде всего по показателям перманганатной окисляемости, содержания аммонийного азота и нитратов. Это происходит главным образом по причине значительного загрязнения сточных вод после прохождения искусственной очистки и несоблюдения норм внесения сточных вод на поля. Так, содержание нитратов в пробах воды достигало 500 мг/л и более. Наблюдения за распространением загрязнений по потоку грунтовых вод показали, что по
*
мере перемещения последних от земледельческих полей орошения качество воды улучшается за счет дальнейшего окисления азота аммиака, азота нитритов, окисления органических веществ. Вместе с тем самоочищения грунтовых вод от несорбиру-ющихся веществ (хлоридов, нитратов и др.) не происходит, как бы далеко они ни продвигались с почвенными водами. Снижение концентрации этих соединений в грунтовых водах связано в основном с разбавлением просочившимися осадками или с другими дополнительными источниками питания подземных вод 1101.
Из некоторых сообщений известно, что в поверхностных водоемах концентрация нитратов чаще всего не превышает 10 мг/л. Однако замечено, что за последние годы содержание нитратов в поверхностных водоемах быстро возросло. Так, среднегодовая концентрация нитратов в реках Англии (Темзе и др.) повысилась с 4 мг/л в 1968 г. до 9 мг/л в 1973 г. 114. 25, 351; в реках США, водосборные площади которых расположены в районах с развитым сельским хозяйством, концентрации нитратов увеличились до 45 мг/л (371, в р. То-магава (Япония) концентрация нитрат-иона за периоде 1951 по 1965 г. возросла с 1,9до 9,1 мг/л, а содержание нитритов за это время — с 0,049 до 0,53 мг/л [181.
Наметилась тенденция к росту концентрации нитратов и в грунтовых водах, используемых для питьевых целен. Поданным ВОЗ 131, в 2000 шахтных колодцах сельской местности Канады в 18,8% случаев вода содержала нитратов более 50 мг/л, а в 5,3% случаев количество их превышало 300 мг/л. На многих фермах США концентрация нитратов в воде шахтных колодцев составляла 45—450 мг/л. В 20 сельских населенных пунктах Болгарии, расположенных в зоне интенсивного сельскохозяйственного производства, нитратов в питьевой воде обнаружено более 50 мг/л. Высокие концентрации нитратов в подземных водах выявлены и в некоторых районах нашей страны: в шахтных колодцах Ленинградской области (до 310—400 мг/л) 161, в Татарской АССР (110— 200 мг/л) 191, в Молдавской ССР (до 430 мг/л) [41. Известно, что в питьевой воде содержание нитритов не допускается, а концентрация нитратов регламентируется по ГОСТу 2874—82 «Вода питьевая» на уровне 45 мг/л по кислотному остатку N0., (10 мг/л — по азоту).
Многочисленными исследованиями установлено, что одним из важных источников воздействия нитратов на человека является вода. В воде городского водоснабжения содержание нитратов, как правило, не превышает 10 мг/л, поэтому если учесть, что дневная норма потребления воды 2000 мл, то ежесуточное поступление нитратов в организм из этого источника может составить 20 мг. У взрослого здорового человека нитраты и нитриты быстро всасываются в желудочно-ки шечном тракте. При этом нитрит-ион вступает в соединение с гемоглобином с образованием метге-
моглобина. Это соединение нестойкое и под д<ф-ствнем Н-метгемоглобинредуктазы преобразуется в оксигемоглобин. У детей до 3-месячного возраста ферментная система развита недостаточно, что приводит к накоплению в крови метгемоглобина и как следствие этого к развитию в организме кислородного голодания. Положение еще более усугубляется присутствием в пище и желудочно-кишечном тракте грудных детей микроорганизмов, способных превращать нитраты в нитриты. У взрослого здорового человека нитраты быстро выводятся из организма почками [19, 321. Образование метгемоглобина объясняется следующим: ион-нитрит, возникающий в результате восстановления нитратов, окисляет железо в молекуле гемоглобина, переводя его из двухвалентного в трехвалентное. Образующийся метгемоглобин не способен осуществлять обратимое связывание кислорода 1131.
Острое отравление нитратами было впервые выявлено Мауо у крупного рогатого скота в 1895 г. [391. Результаты опытов на кроликах свидетельствуют о том, что индуцируемая содержащимися в воде нитратами метгемоглобинемия влияет такяйг на деятельность сердца, увеличивая число сердечных сокращении прямо пропорционально возрастанию количества метгемоглобина [21. Опыты на крысах 1291 с питьевой водой, содержащей различные концентрации нитрита натрия, показали, что у животных, получавших соединение в концентрациях свыше 1000 мг/л, уровень метгемоглобина повышен по сравнению с контролем. Наблюдались также изменения в печени и селезенке, но наиболее значительные патологические изменения имелись в сердце и легких. Результаты исследований, проведенных с целью выяснения эмбриотоксического действия нитрита натрия позволяют считать, что концентрации соединения более 2000 мг/л вызывают у беременных крыс анемию и мстгемоглобинемню, а также приводят к повышению смертности новорожденных крысят-самок, подвергавшихся затравке, но сравнению с контрольными животными 1291. В других работах 1311 у самок морских свинок, получавших нитрат калия с водой в дозах от 300 до ^ 10 000мг/кг, установлено снижение репродуктивной функции. У самцов способность к воспроизводству потомства не нарушалась. Данных об изучении мутагенного действия нитритов и нитратов на млекопитающих в литературе мы не встретили. Имеются отдельные сведения о мутагенном воздействии азотистой кислоты на такие бактерии, как Escherichia coli 1361.
Первые сведения об отравлении детей нитратами, содержащимися в колодезной воде, были опубликованы Н. Comly [151: у детей раннего возраста, потреблявших колодезную воду с содержанием нитратов 619 и 388 мг/л, имелись признаки острого отравления. Другими авторами [281 установлено, что дети, страдающие метгемоглобинемией, потребляли питьевую воду из шахтных колодцев
^ содержанием нитратов от 18 до 257 мг/л. Чехословацкими исследователями [201 отмечена метгемоглобинемия у 115 из 5800 детей, родившихся в центральных районах страны в период 1953— 1960 гг. Смертность детей составила 8%, тяжелое заболевание было в 52% случаев, легкое — в 40%. Установлено, что летальный исход был связан с употреблением воды, содержащей нитратов от 70 до 250 мг/л. Метгемоглобинемия всегда вызывалась потреблением детских молочных смесей, которые содержали микроорганизмы, способные восстанавливать нитраты в нитриты.
Клинические симптомы отравления нитратами, обусловленные гипоксией, появляются с возрастанием количества метгемоглобина в крови. Исследования 12] показали, что при концентрации метгемоглобина в крови 10—15 % ухудшается сердечная деятельность. В эритроцитах здорового взрослого человека процессы образования метгемоглобина и его распада осуществляются постоянно. Среднее содержание метгемоглобина у здоровых взрослых людей составляет 2% от общего ^количества гемоглобина [3, 171. У недоношенных детей некоторые исследователи 122) обнаруживали более высокое содержание метгемоглобина, чем у детей, родившихся в срок, а уровень его в грудном возрасте был выше, чем в более старшем. При концентрации метгемоглобина 10% может появиться бессимптомный цианоз, а с увеличением количества метгемоглобина в крови до 20—50% цианоз сопровождается признаками и симптомами гипоксии: слабостью, одышкой, головными болями, тахикардией, в отдельных случаях потерей сознания и даже клинической смертью 1121.
Описано 10 случаев отравления, когда дети раннего возраста получали питание, приготовленное из сухих молочных смесей на питьевой воде из шахтных колодцев с содержанием нитратов более 75 мг/л; количество метгемоглобина в крови было от 5 до 50% ог общего содержания гемоглобина 1261. У 2 детей, получавших молочные смеси, приготовленные на воде с концентрациями нитратов 1200 и 1300 мг/л, количество метгемоглобина в кро-ви составляло соответственно 25 и 44% от общего ^ содержания гемоглобина. Оба ребенка погибли, прежде чем им была оказана медицинская помощь. В Канзасе (США) в период с 1940 по 1950 г. зарегистрировано 13 случаев детской метгемогло-бинемии в результате потребления воды из шахтных колодцев 1381. Рядом авторов 113, 161 обнаружено статистически достоверное (на субклинн-ческом уровне) возрастание содержания метгемоглобина у взрослого населения сельской местности, где потреблялось значительно большее по сравнению с городским населением (контроль) количество нитратов. Имеются данные, свидетельствующие о повышенном содержании метгемоглобина в крови беременных женщин, проживающих в сельской местности, по сравнению с городскими жителями 1301.
У детей 12—14 лет, потреблявших воду с содержанием нитратов 105 мг/л, отмечено легкое торможение ответной реакции на световой и звуковой раздражители. При этом средний уровень метгемоглобина у них составлял 5,3% по сравнению с 0,75% у детей, получавших воду с концентрацией нитратов 8 мг/л (контрольная группа) 191.
При потреблении нитратов с водой детьми старшего возраста и взрослыми содержание в крови метгемоглобина увеличивается до 5—15% от общего количества гемоглобина. В этом случае развивается субклнническая (бессимптомная) метгемоглобинемия, которая встречается чаще, чем клинически выраженная форма, и может поражать большие контингенты населения. Весснмитомная метгемоглобинемия хотя и не вызывает клинически выраженных признаков заболевании, однако оказывает отрицательное влияние на организм. Оно проявляется нарушением функционального состояния ЦНС, патологическими изменениями миокарда, ухудшением регулирования сердечных сокращений, снижением насыщения крови кислородом, значительным снижением работоспособности 11,21.
Академией наук США в последнее время проведено обобщение результатов изучения 350 случаев метгемоглобинемии в Северной Америке и 1000 случаев в Европе, связанных с поступлением нитратов в организм с питьевой водой. Описано 40 случаев смерти в США и 80 в Европе. В это число входит только 1 случай детской метгемоглобинемии в результате потребления питьевой воды из городского источника водоснабжении в США 131.
Таким образом, основными источниками нитритов и нитратов, воздействующими на организм человека, являются питьевая вода и и меньшей степени пищевые продукты. Наиболее высокие концентрации нитратов в питьевой воде из шахтных колодцев. Поступление в организм очень больших доз нитратов ,может приводить к метгемоглобинемии, а в отдельных случаях — к летальным исходам, однако и обычных условиях вероятность этого незначительна. Лишь дети грудного и раннего возраста вследствие их значительной чувствительности к нитритам и нитратам представляют группы высокого риска.
Рассмотренные нами данные экспериментов на животных подтверждают, что основной признак токсического действия нитратов и нитритов на человека — метгемоглобинемия, которая вызывается, как правило, нитритами, являющимися продуктами восстановления нитратов. Этот процесс восстановления, протекающий либо в окружающей среде, либо в организме, обусловлен деятельностью микроорганизмов. В связи с этим опасность воздействия нитратов следует определять не только по их содержанию в воде, но и но наличию условий, способствующих их восстановлению в нитриты. Причины, объясняющие отнесение детей грудного и раннего возраста к группе высокого риска, следующие:
*
— 6i —
— сниженная кислотность, способствующая развитию в желудке определенных микроорганизмов, содержащих ферменты для восстановления нитратов в нитриты;
— эмбриональный гемоглобин, составляющий значительную часть общего гемоглобина, и эритроциты детского организма под действием нитритов превращаются в метгемоглобин;
— отсутствие ферментной системы, способной восстанавливать метгемоглобин в гемоглобин;
— потребление больших количеств жидкости по сравнению со взрослым населением в пересчете на массу тела.
Анализ данных литературы и результаты собственных исследований показывают, что основным источником поступления в окружающую среду, в том числе водоемы, нитратов являются минеральные и органические удобрения и животноводческие сточные воды, которые также используются в качестве удобрений. Кроме того, животноводческие сточные воды сбрасываются в водоемы после очистки, однако, как правило, бывают загрязнены, причем иногда значительно.
Таким образом, использование на сельскохозяйственных угодьях животноводческих (навоэсодер-жащих) сточных вод может привести к загрязнению поверхностных водоемов и подземных вод нитритами и нитратами, которые представляют собой, как видно из приведенных материалов, серьезную угрозу для здоровья человека, особенно детей раннего возраста. Исходя из этого, при разработке проектов строительства животноводческих комплексов аеобходимо предусматривать раздел по охране окружающей среды, в котором должны содержаться рекомендации по предотвращению загрязнения сточными водами различных водоисточников (поверхностных водоемов и подземных вод), используемых сельским населением для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей.
Литература
1. Волкова Н. В. — В кн.: Вопросы эпидемиологии и гигиены в Литовской ССР. Вильнюс, 1976, с. 52—54.
2. Гарбуэ А. М. — В кн.: Санитарная охрана внешней среды. Л., 1974, с. 113—116.
3. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. М., 1981, т. 5.
4. Дискаленко А. П. — Гиг. и сан., 1968, № 7, с. 32—37.
5. Красовская Т. М. — Сельск. хоз-во за рубежом, 1973, № I, с. 35—38.
6. Матвеев П. Н. Гигиенические основы развития земледельческих полей орошения. М., 1976.
7. Окладников Н. И. и др. — Гиг. и сан., 1981, №5, с. 60—62.
8. Окладников- Н. И. — Гиг. и сан., 1981, № 4, с. 63—65
9. Петухов Н. И., Иванов А. В. — Гиг. и сан., 197о<
№ I, с. 26—28.
10. Шин Г. А. — В кн.: Международное совещание ученых социалистических стран по использованию сточных вод в сельском хозяйстве. 6-е. Материалы М 1972, с. 223—233.
11. Adriano С. С. et al. — In: Livestock waste Management and Pollution Abatement. St. Joseph 1971 p. 31—34.
12. Arema J. M. Poisoning, Toxicology, Symptoms and Treatment. Springfield, 1970, p. 9.
13. Bosch H. N. et al. — J. Amer. Water Ass., 1950 v 42 p. 161 — 170.
14. Casey H. — Freshwater Biol., 1975, v. 5, p. 507—514
15. Comly H. H. — J. A. M. A., 1945, v. 129, p. 112—116.
16. Commoner B. et al. A Study of Certain Ecological, Public and Economic. Consequences of the Use of Inorganic Nitrogen fertilizer. St. Louis, 1972.
17. Gobbi A. et al. — Med. d. Ladoro, 1974, v. 65, p. 306— 310.
18. Goto M. — Environ. Qual. Safety, 1973, v. 2. p. 72—77,
19. Hawksworth G. et al. — Brit. J. Cancer, 1971 v 25 p. 520—526.
20. Kuotek Z., Schmidt P. — Pediatrics, 1964, v. 34, p. 78— 83.
21. Kohl D. H. et al. — Science, 1971, v. 174, p. 1331 — 1334.
22. Kravitz H. et al — Amer. J. Dis. Child., 1956, v. 91, p. 1—5.
23. I-ee G. F. — In: Entrophication (Occasional Paperl 1970, №2). Madison, 1970, p. 12—13.
24. Nie J. C. Nitrogenous Compounds in the Environment. Washington, 1973, p. 95—109.
25. Owens M. — Proc. Soc. Water Freat. Exam., 1970, v. 19, p. 239—247.
26. Robertson H. E., Riddell W. A. — Ganad. Publ. Hlth, 1949, v. 40, p. 72—77.
27. Sawyer C. N. — J. Now Engl. Water Works Ass., 1947, v. 61, p. 109—127.
28. Schmidt P., Kno/elt Z. Epidemiological Evalution of Nitrates as Ground Water Contaminents in Czecho-slovacia. Prague, 1970.
29. Shuvat H. et al. — Amer. J. Publ. Hlth, 1972, v. 62. p. 1045—1052.
30. Skrivan J. — Acta univ. Carol, mcd., 1971, v. 17, p. 123—160.
31. Sleight S. et al. — Toxicol, appl. Pharmacol., 1968, v. 12, p. 179—185.
32. Spigelhalder B. et al. — Food Cosmet. Toxicol., 1976, v. 14, p. 545—548.
33. Stanford G. et al. — In: Artilizer use and Water Quality. Washington, 1969, p. 41 — 168.
34. Sylvester R. O. — In: Algae and Metropolitan Wastes. Washington, 1961, p. 80—87.
35. Tomlinson Т. E. — In: Water Treatment and Examination. London, 1970, p. 277—293.
36. Verly W. G. et al. — Biochim. biophys. Acta, 1967, v. 145, p. 752—762.
37. Viets F. В., Aldrich S. R. Nitrogenous Materials in the Environment. Washington, 1973.
38. Walton G. — Amor. J. Publ. Hlth, 1951, v. 41, p. 986— 996.
39. Wright A. J., Davidson K. L. — Advanc. Agron., 1964, v. 16, p. 197—247.
Поступил» 14.01.85
