ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КОМПЛЕКСА ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ С ЭЛЕМЕНТАМИ БИОМОНИТОРИНГА ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
КОМПЛЕКСА ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ С ЭЛЕМЕНТАМИ БИОМОНИТОРИНГА
ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И
БЕЗОПАСНОСТИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ НА ПРИМЕРЕ
ПЕРМСКОГО КРАЯ
Заведующий лабораторией методов газовой хроматографии,
доктор биологических наук
Нурисламова Татьяна Валентиновна
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
МЕДИКО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ РИСКОВ ЗДОРОВЬЯ
НАСЕЛЕНИЯ»
АКТУАЛЬНОСТЬ
исследований
 Проблема качества питьевой воды в
Российской Федерации усугубляется тем, что
одним из существенных источников питьевой
воды продолжают оставаться
поверхностные водоемы. Вместе с тем,
возрастающие масштабы техногенного
воздействия на окружающую среду не
исключают возможности загрязнения
поверхностных водоемов токсичными
соединениями.
Актуальность исследований
•Наибольшую значимость в Пермском крае имеют источники централизованного
водоснабжения из поверхностных водоемов, для которых наиболее
распространёнными загрязняющими веществами являются нефтепродукты,
фенолы, соединения марганца, меди, железа, аммонийный азот,
трудноокисляемые органические вещества (по ХПК).
•Концентрации соединений и элементов в поверхностных водах стабильно
превышают предельно допустимые концентрации для водоемов
рыбохозяйственного пользования, чаще всего в пределах от 1 до 5 ПДКр/х.
•Концентрация марганца в воде для водоемов рыбохозяйственного пользования
составляет ≥ 30ПДК (уровень высокого загрязнения водного объекта
рыбохозяйственного значения)
•На этих источниках организовано около 37 водозаборных сооружения,
обеспечивающих водой для питьевых целей более 40% населения Пермского
края (1 млн. 612,9 тыс. чел). Ежегодно в эти источники сбрасывается около 2,5
млрд. м3 сточных вод, в т.ч. загрязненных около 301,9 млн.м3.
•Высокая опасность бактериального загрязнения обуславливает необходимость
интенсивного хлорирования воды на станции водоподготовки. На стадии
обеззараживания образуются опасные летучие хлорорганические
соединения, в том числе хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан,
дихлорбромметан, дибромхлорметан и др.
 Одним из способов доказательства негативного
воздействия токсичных соединений определяемых в
питьевой воде является определение этих же
соединений в биологических средах населения,
потребляющего воду для питьевых целей.
 Именно прямые методов определения токсичных
соединений в биосредах человека являются
неоспоримым доказательством неблагоприятного
техногенного воздействия на здоровье.
 Проведение биомониторинговых исследований
рекомендовано экспертами Всемирной
Организации Здравоохранения по критериям качества
окружающей среды в связи с воздействием на организм
человека токсичных соединений, для выявления риска
для здоровья при малых уровнях воздействия
контаминантов.
Цель исследований
Установление негативного воздействия
факторов загрязнения питьевой воды
на здоровье детского населения
(группа наблюдения), потребляющего
воду с повышенным содержанием
марганца на фоне других веществ
(железо, кадмий, мышьяк, свинец,
никель, хром, фториды, хлороформ,
дихлорметан, тетрахлорметан,
дихлорбромметан, дибромхлорметан,
присутствующих в питьевой воде
Решаемые задачи
 Для установления неблагоприятного воздействия питьевой
воды, несоответствующей гигиеническим нормативам,
выполнены комплексные исследования по оценке
качества воды используемой для питьевых целей и
определением контаминантов в биологических средах
детского населения.
 Исследования выполнены на 2-х территориях Пермского
края: территория наблюдения, на которой
использовалась вода не соответствующая
гигиеническим нормативам по ряду показателей и
территория сравнения с качеством воды
соответствующая нормативам.
 Выполнены исследования биологических сред детей,
проживающих на территориях наблюдения и сравнения,
на аналогичные показатели
Результаты исследования качества питьевой воды
территории наблюдения 2013 года, доли ПДК
Показатели
Группа наблюдения 1
Максимальные
значения
Группа наблюдения 2
Средние значения
Максимальные значения
Средние значения
мг/л
доли ПДК
мг/л
доли ПДК
мг/л
доли ПДК
мг/л
доли ПДК
1. Железо
0,114
0,38
0,0783
0,26
0,087
0,29
0,0600
0,20
2. Кадмий
0,00005
0,05
0,0001
0,05
0,00018
0,18
0,0002
0,18
3. Марганец
0,341
3,41
0,2007
2,01
0,32
3,20
0,1723
1,72
4. Никель
0,014
0,70
0,0110
0,55
0,016
0,80
0,0113
0,57
5. Свинец
0,026
2,60
0,0203
2,03
0,026
2,60
0,0203
2,03
0,01
0,20
0,0100
0,20
0,01
0,20
0,0100
0,20
7. Мышьяк
0,0005
0,05
0,0005
0,05
0,0006
0,06
0,0005
0,05
8. Стронций
1,237
0,18
1,1827
0,17
1,497
0,21
1,3383
0,19
9. Фториды
0,165
0,11
0,1583
0,11
0,176
0,12
0,1417
0,09
10. Хлороформ
0,21
3,50
0,1344
2,24
0,21
3,50
0,1534
2,56
11.
Тетрахлорметан
0,0003
0,15
0,0003
0,15
0,0003
0,15
0,0003
0,15
12.
Дибромхлорметан
0,0043
0,14
0,0030
0,10
0,0043
0,14
0,0034
0,11
13.
Дихлорбромметан
0,0375
1,25
0,0234
0,78
0,0375
1,25
0,0254
0,85
14. 1,2-Дихлорэтан
0,0025
0,08
0,0025
0,08
0,0025
0,08
0,0025
0,08
6. Хром
Сравнительная оценка качества питьевой
воды территории наблюдения и сравнения
 Содержание марганца в питьевой воде
территории наблюдения значительно выше (≈
15 раз), чем в воде территории сравнения.
 Концентрация хлороформа в питьевой воде
МДОУ территории наблюдения установлена в
70 раз и дихлорбромметана в 19 раз выше,
чем в питьевой воде территории сравнения.
 По содержанию других химических примесей в
питьевой воде территории наблюдения и
сравнения достоверных различий не
установлено.
Результаты исследования качества
питьевой воды территории наблюдения

Превышение гигиенических
нормативов по содержанию
хлороформа составило
от 2,24 до 2,56 ПДК

марганца в среднем
от 1,72 до 2,01 ПДК,
свинца – до 2 ПДК.




Концентрация дихлорбромметана
регистрировалась на уровне
1,25 ПДК.
Доля нестандартных проб по
содержанию марганца составила
60% и хлороформа 30% от общего
количества исследованных проб.
Хроматограмма пробы воды
территории наблюдения :
Схлороформа = 0,001мг/дм3 ;
Сдихлорбромметана = 0,001мг/дм3;
Сдихлорбромметана = 0,002 мг/дм3.
Результаты анализа химических соединений в
биосредах (кровь) детского населения
(группы наблюдения и сравнения)
Ингредиент
Группа наблюдения M
±m, мкг/см3
Группа сравнения
M ±m, мкг/см3
Достоверность
различий (р)
Референтная
концентрация,
мкг/см3
1. Марганец
0,014±0,001
0,011±0,001
0,01
0,01 (Н.Тиц)
2. Никель
0,115±0,007
0,085±0,005
0,00
0,001-0,028
3. Свинец
0,107±0,003
0,106±0,005
0,6
0,1
4. Хром
0,016±0,0011
0,013±0,002
0,01
0,014
5. Кадмий
0,00041±0,00009
0,00026±0,00008
0,01
0,0003-0,0012
6. Мышьяк
0,0006±0,0001
0,0002±0,0001
0,00
0,002-0,023
7. Стронций
0,043±0,0037
0,044±0,0042
0,8
0,02
8. 1,2-Дихлорэтан
0,00006±0,000012
0,00011±0,000022
0,71
9. Дибромхлорметан
0,000014±0,000017
0,000017±0,000014
0,79
10. Дихлорбромметан
0,000002±0,000001
0,00001±0,000009
0,04
0,02±0,007
0,003±0,0006
0,00
0,000023±0,000015
0,00007±0,00006
0,06
11. Хлороформ
12. Тетрахлорметан
Результаты химико-аналитических
исследований биосред детей, проживающих на
территориях наблюдения и сравнения
 Частота регистрации проб крови с повышенным содержанием
марганца относительно референтного уровня и контроля (от 2 до 4,4
раза) составила 54% от общего числа исследованных проб.
 Сравнительная оценка среднего содержания марганца, никеля,
свинца, хрома, хлорорганических соединений, полученных при
исследовании крови детей, проживающих на территории наблюдения, с
содержанием этих ингредиентов в биосредах детей, проживающих на
территории сравнения и с фоновыми региональными уровнями
установлено, что среднее содержание марганца в 1,3 раза (54% проб),
никеля в 1,4(64% проб), хрома в 1,2 (42% проб) раза в крови детей
территории наблюдения выше, чем в крови детей территории
сравнения.
 Превышение фонового уровня выявлено при определении
хлороформа и дихлорбромметана в пробах крови группы
наблюдения ниже контроля.
Результаты химико-аналитических исследований биосред
детей групп наблюдения и сравнения
Хроматограмма пробы крови детей
группы наблюдения
Частота регистрации проб
крови детей группы
наблюдения с повышенным
содержанием хлороформа
относительно фона и
контроля (группа сравнения)
составила 87,6% от общего
числа исследованных проб
Схлороформа = 0,12 мкг/мл
Стетрахлорметана = 0,017 мкг/мл
С1,2-дихлорэтана = 0,028 мкг/мл
Сдихлорбромметана = 0,0004 мкг/мл
Сдибромхлорметана = 0,0001 мкг/мл
Хроматограмма пробы крови
детей группы сравнения
Диапазон измеряемых
концентраций хлорорганических
соединений в крови на уровне
0,0002 - 0,05 мкг/см3 при
погрешности определения
20,69%
Схлороформа = 0,0002 мкг/мл
Стетрахлорметана не обнаружено
С1,2-дихлорэтана не обнаружено
Сдихлорбромметана не обнаружено
Химико-аналитические исследования биосред
детей территорий наблюдения и сравнения
 Для идентификации и обнаружения хлорорганических
соединений (хлороформ, тетрахлорметан,
дибромхлорметан, дихлорбромметан, 1,2-дихлорэтан)
в биологических средах использовали современный метод
капиллярной газовой хроматографии в сочетании со
специфическим детектирующим устройством для
увеличения селективности и чувствительности
определения.
 Исследования проб биологических сред по содержанию
хлорорганических соединений выполняли на газовом
хроматографе «Кристалл-5000» с капиллярной
колонкой Optima-5 (25м*0,32мм*0,5мкл) и селективным
детектором электронного захвата (ДЭЗ).
 Диапазон измеряемых концентраций хлорорганических
соединений в крови на уровне 0,0006 - 0,05 мкг/см3 при
погрешности определения не более 20,69%.
Химико-аналитические исследования биосред
детей территорий наблюдения и сравнения
 Определение неорганических химических элементов (Cr,
Mn, Ni, Sr, Pb, Cd, As) в биологических средах выполнено
методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной
плазмой (ISP-MS), позволяющий значительно снизить
нижний предел определения исследуемых элементов.
 Использован прибор: масс-спектрометр Agilent 7500сх
(«Agilent Technologies Inc.», США).
 Диапазон измеряемых концентраций марганца в крови
на уровне 0,005 – 0,10 мкг/мл при погрешности
определения:
 для концентрации от 0,005 -0,025 мкг/мл 30,0%
 для концентрации 0,025-0,10 мкг/мл 12,0%.
Математическое моделирование
 В процессе исследований было выполнено
математическое моделирование,
отражающее зависимость увеличения
концентрации марганца и хлороформа в
крови от увеличения дозы при экспозиции из
питьевой воды.
 В ходе исследований разработаны и
экспертно оценены модели, описывающие
достоверную зависимость «доза вещества,
поступающего из питьевой воды –
концентрация вещества в крови» для
марганца и хлороформа.
Установление причинно-следственных связей в системе
«доза марганца при поступлении с питьевой водой –
концентрация марганца в крови»
Параметры модели зависимости «концентрация
марганца из питьевой воды–концентрация марганца
в крови»
Параметры
модели
Модель
Концентрация
марганца,
поступающего из
питьевой воды концентрация
марганца в крови
b0
b1
0,008
7,54
Критерий
Фишера (F)
Достоверность
модели (р)
Коэффициент
детерминации (R2)
29,98
0,000
0,05
0,02
Модель линейной зависимости
«концентрация марганца, поступающего
из питьевой воды – концентрация
марганца в крови», описываемой
уравнением:
y=0,008+7,54x
0,018
Концентрация в крови, мг/дм3
0,016
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0,0003
0,0004
0,0005
0,0006
0,0007
0,0008
0,0009
0,001
0,0011
0,0012
0,0013
Доза, мг/(кг*сут)
Установление причинно-следственных связей в системе
«доза хлороформа при поступлении с питьевой водой –
концентрация хлороформа в крови»
Параметры модели
Модель
концентрация Хлороформа в
крови, мг/дм3
Концентрация
хлороформа,
поступающего из питьевой
воды-концентрация
хлороформа в крови
0,016
b0
b1
0,00188
0,01782
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Коэффициент
детерминации
(R2)
5,3562
0,0352
0,2631
Линейная зависимость
«концентрация хлороформа в
воде»-«концентрация хлороформа
в крови», описываемой
уравнением: Y=0,00188+0,01782x
R^2=0,263; p=0,035
0,012
0
Достоверность
модели (р)
Параметры модели зависимости «концентрация
хлороформа из питьевой воды–концентрация
хлороформа в крови»
y=0,00188+ 0,01782x
0,014
Критерий
Фишера (F)
0,4
концентрация Хлороформа в воде, мг/м3
0,45
Сравнительная оценка уровня заболеваемости
детского населения групп наблюдения и
сравнения
 По 8 из 18 классов болезней уровень общей заболеваемости
детского населения на территории наблюдения превышает
аналогичный показатель на территории сравнения в 1,1 – 4,94
раза.
 Распространенность болезней крови, кроветворных органов
и отдельных нарушений, вовлекающих иммунный механизм,
на территории наблюдения в 2,4 – 4,9 раза выше, чем на
контрольной территории.
 Болезни нервной системы у детей территории наблюдения
встречаются в 2,06 – 4,02 раза чаще, чем на контрольной
территории.
 Инфекции мочевыводящих путей без установленной
локализации чаще встречаются у детей группы наблюдения, чем у
детей группы сравнения.
 Уровень распространенности болезней желудка и
двенадцатиперстной кишки выше детей группы наблюдения,
чем на контрольной территории
 На основании выполненных комплексных
химико-аналитических исследований
основанных на стандартных методах
контроля содержания химических
соединений в питьевой воде и новых
диагностических исследованиях по
определению химических соединений и
элементов в биологических средах детского
населения постоянно потребляющего
соответствующую нормативным требованиям
(территория сравнения) и некачественную
питьевую воду (территория наблюдения)
показано, что употребление
некачественной питьевой воды приводит
к формированию риска здоровью
населения.
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!