Оценка экотоксичности комплекса солей тяжелых металлов питьевой воды города грозного
На правах рукописи
АТАЕВА АМИНАТ АХМЕДОВНА ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ КОМПЛЕКСА СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ГОРОДА ГРОЗНОГО 03.02.08 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону – 2010 2
Работа выполнена на кафедре экологии Саратовского государственного техни ческого университета и кафедре физиологии и анатомии человека и животных Чеченского государственного университета
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Тихомирова Елена Ивановна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук Бакаева Елена Николаевна доктор биологических наук, доцент Сергеева Ирина Вячеславовна Ведущая организация – Ульяновский государственный университет
Защита диссертации состоится 22 октября 2010 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, 304 ауд., e-mail: [email protected], факс: (863)2638723).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148) и на сайте Юж ного федерального университета по адресу: www.sfedu.ru Автореферат разослан 21 сентября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Денисова Т.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Оценка качества питьевой воды является наибо лее приоритетной среди вопросов, решаемых на государственном уровне (Онищенко, 2006). Проблема обеспеченности населения г. Грозного качествен ной питьевой водой является особенно актуальной и связана с изменением природных свойств воды основных источников водоснабжения (Гойтинского, Сунженского и Чернореченского) под действием антропогенных факторов. Ос новными источниками загрязнения являются сбросы хозяйственно-бытовых, производственных и ливневых сточных вод различной степени загрязнения. Из общего объема сточных вод на долю промышленных приходится около 17%, остальные – на жилищно-коммунальный комплекс (Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологическом благополучии в Чеченской республике», 2006-2009). Актуальными на настоящий момент являются также комплексные экологические исследования веществ, относящихся к приоритетным классам контаминации окружающей среды. Тяжелые металлы, присутствующие в ис точниках хозяйственно-питьевого водоснабжения, являются, по оценке ЮНЕП (2005), одними из наиболее опасных ксенобиотиков окружающей сре ды. В этих условиях представляется важным изучение микроэлементного со става питьевой воды, влияющего на метаболические процессы в макроорга низме и, естественно, на качество и продолжительность жизни (Елисеев и др., 1998, 2002;
Логашова, 2008). В практике экологических исследований монито ринг минерального состава воды позволяет определять источники загрязнения, имеющие техногенное происхождение (Курсков и др., 2004). Оценка экоток сикологического действия специфических комплексов тяжелых металлов на модельных объектах из разных таксономических групп живых организмов имеет научное и прикладное значение.
Цель исследования. Экотоксикологическая оценка влияния комплекса со лей тяжелых металлов, присутствующих в разных водоисточниках г. Грозного, на качество питьевой воды до и после водоподготовки.
Задачи исследования:
1. Провести лабораторно-аналитические исследования проб воды из мест во дозабора г. Грозного традиционными методами;
выявить качественное и количест венное содержание в пробах воды изотопов химических элементов и тяжелых ме таллов методом масс-спектрометрии.
2. Оценить элементный и микроэлементный состав воды из разных ис точников питьевого водоснабжения г. Грозного до и после традиционной во доподготовки.
3. Изучить экотоксичность комплекса солей тяжелых металлов, присутст вующих в питьевой воде г. Грозного, методами биотестирования на гидробио нтах Daphnia magna Straus в условиях модельных водоемов.
4. Провести санитарно-токсикологические исследования воды из разных источников питьевого водоснабжения г. Грозного до и после водоподготовки.
5. Оценить экотоксичность комплекса солей тяжелых металлов, присут ствующих в питьевой воде г. Грозного, по показателям физиологического со стояния организма экспериментальных белых крыс и отдаленным биологиче ским эффектам.
Научная новизна работы. Впервые проведена комплексная экотоксиколо гическая оценка качества питьевой воды из разных источников питьевого водо снабжения г. Грозного до и после водоподготовки. Впервые методом газовой масс-спектрометрии идентифицированы качественно и количественно изотопы всех химических элементов, присутствующих в воде водоисточников г. Грозно го. Установлена специфика комплекса тяжелых металлов, представленного преимущественно солями никеля, цинка и лития.
Проведено исследование экотоксичности комплекса солей тяжелых ме таллов на биотест-объектах: гидробионтах и лабораторных животных. Показа но угнетающее действие на жизнеспособность, плодовитость и активность пи тания дафний солей никеля, цинка и лития. Отмечено изменение ряда физиоло гических показателей организма лабораторных животных при действии ком плекса солей тяжелых металлов, содержащихся в питьевой воде г. Грозного до и после водоподготовки;
установлены отдаленные эффекты биологического действия солей тяжелых металлов.
Впервые рассчитаны экологические риски и ущерб здоровью населения г. Грозного, связанные с употреблением питьевой воды, содержащей комплекс солей тяжелых металлов.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования показали, что общепринятый комбинированный метод водоподготовки не позволяет эф фективно удалять примеси солей тяжелых металлов из питьевой воды разных водозаборов г. Грозного. Усовершенствованы методические приемы экотокси кологической оценки качества воды.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры физио логии и анатомии человека и животных Чеченского государственного универ ситета, кафедры экологии Саратовского государственного технического уни верситета, кафедры общей гигиены и экологии Саратовского государственного медицинского университета.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на науч ных конференциях различного ранга: IX международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2008);
международной научной кон ференции «Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды» (Македония, 2008);
Всероссийской научно-практической конференции «Про блемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2008);
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2009);
Россий ской научной конференции «Перспективы развития вузовской науки» (Сочи, 2009);
Всероссийской научно-практической конференции «Социальные про блемы медицины и экологии человека» (Саратов, 2009);
научно-практической конференции «Современное общество перед лицом будущего: социальные, экологические и культурные проблемы» (Саратов, 2010).
Основные положения, выносимые на защиту В питьевой воде из разных водоисточников г. Грозного содержится ха рактерный комплекс тяжелых металлов, представленный преимущественно со лями лития, цинка и никеля, содержание которых в процессе водоподготовки не изменяется.
Экотоксичность комплекса солей тяжелых металлов, присутствующих в питьевой воде г. Грозного, проявляется в негативном действии на выживае мость гидробионтов Daphnia magna Straus, наступление их половозрелости, частоту сердечных сокращений и трофическую активность.
Комплекс солей тяжелых металлов, содержащихся в питьевой воде г. Грозного до и после водоподготовки, оказывает токсическое влияние на ди намику массы тела экспериментальных животных, угнетает активность фер ментных систем и снижает содержание витамина С в надпочечниках, а также обладает биологическими эффектами отдаленного действия.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ объемом 1,35 п.л., в том числе 1 статья в журнале из списка рекомендованных ВАК РФ. Доля участия автора в публикациях составляет 85% (1,14 п.л.).
Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, обзо ра литературы, главы материалов и методов, 3-х глав собственных исследова ний, заключения, выводов. Материалы диссертации изложены на 112 страницах текста, включают 20 рисунков и 12 таблиц. Список использованных литератур ных источников включает 186 наименований, в том числе 68 зарубежных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Обзор литературы посвящен современным представлениям о влиянии тя желых металлов на экологическое состояние окружающей среды;
эколого химических характеристиках тяжелых металлов, их содержании и формах в пресных водах, особенностях накопления в организме гидробионтов. Рассмат риваются вопросы модификации свойств химических соединений в процессе трансформации при очистке питьевых вод. Проанализированы данные литера туры по методам тестирования экотоксикантов в водной среде. Обоснована ак туальность и необходимость проведения экспериментальных исследований по экотоксикологической оценке комплекса солей тяжелых металлов, присутст вующих в питьевой воде г. Грозного.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Экспериментальные исследования выполнены при выполнении НИР «На учные основы экологии человека» в период с 2006 по 2009 гг. на базе НОЦ «Промышленная экология» Саратовского государственного технического уни верситета, в лаборатории кафедры физиологии и анатомии человека и живот ных Чеченского государственного университета.
В качестве объекта исследований использовали воду из разных источни ков питьевого водоснабжения г. Грозного: Гойты, Сунженский и Черноречен ский (рис. 1) до и после водоподготовки. Исследовали также дистиллированную и артезианскую воду в качестве контроля.
В экспериментальных исследованиях использовали пробы воды с добав лением комплекса солей тяжелых металлов (КСТМ) – химически чистых ве ществ: сульфатов и хлоридов лития, никеля, цинка и их комбинации.
Проводили комплексные экотоксикологические исследования в соответ ствии с методическими указаниями МУ 2.1.5.720-98 и «Методическими указа ниями к экспериментальному изучению химических веществ при их гигиениче ском регламентировании в воде» (М., 1985).
Использовали экотоксикологические, лабораторно-аналитические, физи ко-химические, санитарно-токсикологические и биологические методы иссле дований (табл. 1). В лабораторно-аналитических исследованиях сравнивали обобщенные показатели: водородный показатель рН, щелочность общую, же сткость общую, минерализацию общую, нефтепродукты (суммарно), поверхно стно-активные вещества (ПАВ), фенолы, перманганатную окисляемость.
Места водозабора: 1 – Гойты, 2 – Сунженский и 3 – Чернореченский Рис. 1. Карта-схема основных мест водозабора г. Грозного Изотопы химических элементов, присутствующих в воде до и после во доподготовки определяли методом масс-спектрометрии с использованием масс спектрометра Inductivety Conpled Plasma Mass Spectrometer с системой обработ ки данных VG PG x Cell. Диапазон измеряемых концентраций составил 8 по рядков, а чувствительность – от n*103 до n*105 имп/с для элемента с концентра цией 1 мкг/л. (Карандашев и др., 2001). Эти исследования проведены на базе Центральной аналитической лаборатории ГосНИИ Промышленной экологии Нижнего Поволжья.
Таблица Методы и объем проведенных исследований Объем проведен Методы исследований Определяемые показатели ных иследований Определяли обобщенные показатели: водо Лабораторно- родный показатель рН, щелочность общую, же аналитические сткость общую, минера-лизацию общую, нефте продукты (суммарно), поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, перманганатную окис ляемость. Содержание 35 неорганических и органических веществ.
Определяли изотопы химических элементов, Физико-химические присутствующих в воде до и после водоподго товки определяли методом масс-спектрометрии с использованием масс-спектрометра Inductivety Conpled Plasma Mass Spectrometer с системой обработки данных VG PG x Cell. Диапазон из меряемых концентраций составил 8 порядков, а чувствительность – от n*103 до n*105 имп/с для элемента с концентрацией 1 мкг/л.
Экотоксикологические Определяли степень токсичности воды в опытах на биотестобъектах – гидробионтах (Daphnia magna Straus). Токсичность исследуемых проб воды оценивали по показателям гибели особей исходного поколения, изменению плодовитости выживших самок, времени выхода первого по мета из выводковой камеры;
общего количества родившейся молоди, трофической активности, частота сердечных сокращение. Критерием ост рого токсического действия на дафний являлась гибель 50% и более особей за 96 часов.
Санитарно- Наблюдали за динамикой массы тела животных, токсикологические их общим состоянием, актив-ностью фермент ных систем, гемато-логическими показателями, способностью ЦНС суммировать подпороговые импульсы (СПП) и ЭКГ, уровнем витамина С в надпочечниках;
. патоморфологические, гисто логические и гистохимические исследования внутренних органов Определяли отдаленные биологические эффек Биологические ты (гонадо-, эмбриотоксический, мутагенный).
Статистическую обработку экспериментальных Статистические данных проводили по общепринятым методи кам, расчт результатов осуществляли с приме нением пакета прикладных программ Microsoft Еxcel 2003 (for Windows XP).
Оценку степени токсичности воды, содержащей КСТМ, производили в опытах на биотестобъектах – гидробионтах (Daphnia magna Straus). Токсич ность исследуемых проб воды оценивали по показателям гибели особей исход ного поколения по общепринятой в экологических исследованиях методике, а также по дополнительным показателям: изменению плодовитости выживших самок, времени выхода первого помета из выводковой камеры;
общего количе ства родившейся молоди, трофической активности. Критерием острого токси ческого действия на дафний являлась гибель 50% и более особей за 96 часов.
Оценивали качество воды из разных мест водозабора г. Грозного до и по сле водоподготовки, в хроническом санитарно-токсикологическом эксперимен те длительностью шесть месяцев. В качестве экспериментальных животных ис пользовали 356 белых крыс средней массой тела 160 г. Условия содержания и пищевой рацион животных были стандартными. Для оценки возможного не благоприятного действия на организм КСТМ использовали широкий набор ин тегральных тестов, а также методов, позволяющих с достаточной надежностью выявлять наиболее поражаемые системы и функции организма. Наблюдали за динамикой массы тела животных, их общим состоянием, активностью фер ментных систем, гематологическими показателями, способностью ЦНС сумми ровать подпороговые импульсы (СПП) и ЭКГ. Показатели регистрировали че рез 15, 35, 45, 60 дней (МУ, 1981;
1984;
1986).
Наряду с оценкой общетоксического действия определяли отдаленные биологические эффекты (гонадо-, эмбриотоксический, мутагенный) комплекса СТМ в соответствии с методическими указаниями (М., 1981, 1984, 1986) и с учетом рекомендаций И.В. Саноцкого, В.Н. Фоменко (1979) и А.А. Динермана (1980).
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по общепринятым методикам (Ашмарин и др., 1973). Расчт результатов осущест вляли с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0 (for Windows;
«Stat Soft Inc.», США), Microsoft Еxcel 2003 (for Windows XP).
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ИЗ РАЗНЫХ МЕСТ ВОДОЗАБОРА Г. ГРОЗНОГО Проведен сравнительный анализ лабораторных исследований качества во ды из разных водозаборов г. Грозного по химическим показателям за период наблюдения с 2006-2009 гг. Сравнивали обобщенные показатели: водород ный показатель рН, щелочность общую, жесткость общую, минерализацию об щую, нефтепродукты (суммарно), анионо-активные поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, перманганатную окисляемость (табл. 1), а также пока затели содержания 35 неорганических и 13 органических веществ.
Санитарно-химические показатели колебались в пределах 30-32%;
по казатели мутности и цветности имели максимальное значение в период ве сеннего паводка: до 5,0 мг/л по мутности и до 30 0 по цветности. Биохимиче ская потребность кислорода (БПК 5) изменялась от 2,0 до 5,0 мг/дм3, макси мальные значения отмечены весной и осенью.
Приоритетными загрязнителями являлись нефтепродукты, СПАВ, тя желые металлы, которые обнаружены в концентрациях выше предельно допустимых в среднем в 12,9% проб, что можно, отчасти, объяснить увели чением объемов исследования. В целом показатели санитарного режима сви детельствовали о торможении окислительных процессов, особенно в летний период, с накоплением в воде недоокисленных соединений, что в свою оче редь тормозило нитрификацию. Полного завершения процессов самоочище ния при этом не наблюдалось. Среднее значение нитритов составляло 0, мг/дм3, нитратов – 4,0-6,0 мг/дм3. Превышений предельно-допустимых зна чений за исследуемый период не отмечено.
Дополнительно нами проведено исследование микроэлементного состава воды до и после водоподготовки методом масс-спектрометрии. Проведенный анализ показал, что все анализируемые воды имеют в своем составе достаточно весомое количество таких «элементов жесткости» как кальций и магний, причем соотношение этих элементов очень благоприятное для питьевых целей. Отмече но присутствие в достаточном количестве биогенных элементов, необходимых макроорганизму в составе жизненноважных ферментов и участвующих в об менных процессах (К, Р, Fe, Cu и др.). Выявлено повышенное содержание стронция во всех водах, однако это характерно для таких "кальциевых" вод, ка кими являются исследуемые пробы (наличие кальция нейтрализует такое при сутствие стронция). Определено наличие в этих водах алюминия, кремния и фосфора в пределах допустимых норм, также как и присутствие ряда элементов от титана до селена. Отмечено практически полное отсутствие опасного берил лия кадмия, что характеризует эти воды с положительной стороны. Установле но, что в воде из Чернореченского водоисточника содержание калия значитель но меньше, чем в других водозаборах (рис. 2);
а серебро присутствует в этом во доисточнике в концентрации "0,32 мкг/л". В других исследуемых водах практи чески нет серебра. В тоже время отмечено содержание лития, цинка и никеля в концентрациях больше, чем других тяжелых металлов, которые и не выходят за рамки ПДК.
К недостаткам всех исследуемых вод можно отнести достаточно малую концентрацию йода и марганца, ниже среднестатистической нормы, а также по вышенное кальций-стронциевое содержание. Превышений по ПДК рыбо хозяйственных вод для ртути и урана не обнаружено. Установлено, что тради ционная обработка воды в процессе водоподготовки практически не влияет на ее минеральный состав.
Таким образом, по общепринятым показателям и элементному составу все водоисточники г. Грозного вполне пригодны для питьевого использования и со ответствуют современным ГОСТам. Однако дополнительное исследование мик роэлементного состава позволило установить особенности водоисточников по составу изотопов химических элементов, определяющих специфику и качество питьевой воды. Присутствие ионов таких тяжелых металлов как стронций, ли тий, цинк и никель в сочетании с галогенами, широко представленными в ис следуемых водах, способствует образованию целого комплекса солей этих ме таллов, которые не элиминируются в процессе водоподготовки и могут влиять на состояние жизненно важных систем и органов человека.
Рис. 2. Содержание изотопов тяжелых металлов в воде Гойтинского водозабора г. Грозного Полученные результаты предопределили наши дальнейшие исследования, связанные с оценкой экотоксичности солей тяжелых металлов, присутствующих в питьевой воде г. Грозного, и ее влияния на состояние организма эксперимен тальных животных.
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ КОМПЛЕКСА СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Г. ГРОЗНОГО НА ГИДРОБИОНТАХ DAPHNIA MAGNA STRAUS В соответствии с задачами исследования было изучено влияние различ ных солей тяжелых металлов на физиологические и морфологические характе ристики D. magna. Результаты, полученные в ходе оценки действия хлорида никеля, свидетельствуют о том, что в концентрациях от 0,03 до 0,15 мг/л он вы зывает гибель до 10% дафний на 18-20 сутки (рис. 3а);
в концентрации 0,3 мг/л – гибель 10-20% дафний с 12 дня наблюдения. Наибольшее токсическое дейст вие хлорида никеля отмечено в концентрациях 1,25, 2,5 и 5 мг/л: 100% гибели дафний происходило на 15, 14 и 4 сутки соответственно.
При исследовании действия хлорида лития первые признаки отравления дафний отмечены на вторые сутки эксперимента в растворах с концентрациями 0,03 мг/л;
при концентрации 0,075 мг/л отмечено снижение двигательной ак тивности и полная гибель на 15 сутки (рис. 3б). Хлорид лития в концентрациях 0,625, 0,3 и 0,15 мг/л вызывал гибель дафний в течение 48 часов, что свидетель ствует об его острой токсичности.
Оценка действия хлорида цинка показала одинаковое токсическое дейст вие концентраций от 0,03 до 0,625 мг/л, сопровождающееся гибелью 10% даф ний в течение эксперимента, и 100% гибелью особей с 10 суток при увеличении концентрации до 1,25-5 мг/л (рис. 3в). В экспериментах оценивали также поло возрелость дафний по моменту откладки яиц в выводковую камеру. Показано, что при действии хлоридов Ni2+, Zn2+ и Li+ в концентрации 0,003 мг/л половоз релость наступала позже, на 10, 12, 14 сутки соответственно;
при этом количе ство эмбрионов не превышало 3.
Выживаемость, % Контроль 0, 0, 0, 0, 0, 1, День опыта 2, Концентрация раствора, мг/л а Выживаемость, % Контроль 5 0, 0, 0, День опыта 0, 0, 1, 2, Концентрация раствора, мг/л б Выживаемость, % Контроль 0, 0, 0, 0, 0, 1, 2, День опыта Концентрация раствора, мг/л В Рис.3 – Влияние хлоридов никеля (а), лития (б) и цинка (в) на выживаемость дафний Общее количество родившейся молоди к концу эксперимента составило для хлорида никеля – 14, хлорида цинка – 10, хлорида лития – 8 особей. При увеличении концентрации хлоридов Ni2+ и Zn2 происходило значительное сни жение репродуктивной функции дафний, что отразилось в более поздних сро ках формирования выводковых камер, а в случае хлорида Li+ выводковые каме ры не формировались.
По другим критериям оценки токсичности, определяемой на биотест объектах, появление абортированных яиц, мертворожденных особей и особей с врожденными уродствами не зафиксировано при действии исследуемых хлори дов тяжелых металлов в концентрациях до 1,25 мг/л. При увеличении концен трации СТМ отмечено появление особей мужского пола, что является показа телем ухудшения среды обитания.
При тестировании растворов сульфатов лития, никеля и цинка в концен трациях от 0,03 до 0,3 мг/л гибель особей не была зафиксирована на протяже нии всего эксперимента. Незначительное токсическое действие отмечено для концентраций 0,625, 1,25 мг/л, при которых гибель дафний составила 10% на 8, 18 и 12 сутки соответственно. Отмечено в этих случаях также снижение плодо витости особей по сравнению с контролем.
Наблюдения за изменением частоты сердечных сокращений показали, что в растворах хлоридов независимо от концентрации этот параметр изменялся в сторону увеличения и достигал 300-420 уд/мин, при норме 140-160 уд/мин.
Проведенные исследования показали также, что на фоне действия КСТМ происходило угнетение скорости и объема питания рачков, что в итоге было наиболее частой причиной гибели тест-объектов.
ГЛАВА 5. САНИТАРНО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Г. ГРОЗНОГО, СОДЕРЖАЩЕЙ КОМПЛЕКС СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Для оценки токсичности воды на лабораторных животных и анализа ее влияния на основные физиологические параметры организма были проведены исследования в хронических санитарно-токсикологических экспериментах.
Экспериментальные животные были разделены на 7 групп: 1-я группа кон трольная (крысы получали артезианскую воду);
2-я, 3-я и 4-я опытные группы (крысы получали воду из разных водозаборов г. Грозного);
5-я, 6-я и 7-я опыт ные группы (крысы получали воду из тех же водозаборов, но после водоподго товки). Проводили наблюдения за динамикой массы тела животных, их общим состоянием, активностью ферментных систем, белковым составом сыворотки крови, гематологическими показателями, способностью ЦНС суммировать подпороговые импульсы (СПП) и ЭКГ. Показатели регистрировали на 15, 35, 45 и 60 дни опыта;
осуществлялся двойной контроль: данные сопоставляли с показателями фона и контрольной группы.
Отмечено замедление динамики массы тела уже на 15 день у подопытных животных, получавших исследуемую воду. Количество эритроцитов в крови животных всех групп на протяжении опыта колебалось незначительно, содер жание гемоглобина в течение эксперимента достоверно не отличалось от кон троля. Показано угнетение активности ферментных систем в организме экспе риментальных животных. Отмечено статистически значимое снижение актив ности холинэстеразы во всех опытных группах в течение всего эксперимента.
Снижение активности каталазы свидетельствовало об угнетении окислитель ных процессов в организме животных, получавших воду, содержащую ком плекс солей тяжелых металлов. Изменения на ЭКГ подопытных крыс носили довольно однотипный характер и свидетельствовали о нарушении проводящей системы сердца, обменных процессов, а также наличии дистрофических изме нений в миокарде. Существенной разницы влияния воды до и после водоподго товки на функцию сердечно-сосудистой системы не отмечено.
Установлено значительное уменьшение уровня витамина С в организме экспериментальных животных, особенно в надпочечниках (рис. 4);
отмечены также изменения относительной массы внутренних органов. Следовательно, присутствие КСТМ, особенно образующихся в процессе хлорирования воды, небезразлично для организма животных и оказывает негативное влияние на функционирование ряда жизненно важных систем.
Аскорбиновая кислота, мг% 170 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа 5 группа 6 группа 7 группа Рис. 4. Содержание витамина С в надпочечниках экспериментальных животных По окончании наблюдений были проведены патоморфологические, гисто логические и гистохимические исследования внутренних органов животных;
достоверные отличия в опытных группах не были выявлены.
При изучении отдаленных биологических эффектов СТМ были установле ны изменения функциональных и морфологических показателей сперматогене за. Анализ эмбрионального материала показал увеличение общей смертности плодов за счет гибели в пред– и постимплантационный периоды у животных, получавших воду с СТМ на 28– 33% по сравнению с контролем. Отмечены бы ли также анатомические изменения: меньшие размеры и масса тела, увеличение подкожных геморрагий, единичные случаи уродств. Анализ хромосомных аберраций на стадии метафазы в клетках костного мозга крыс, которые еже дневно в течение 2 месяцев получали воду с КСТМ показал повреждения хро мосом, представленные в основном аберрациями хроматидного типа с преиму щественной локализацией разрывов в терминальных участках (табл. 2).
На заключительном этапе исследований был произведен расчет экологи ческих рисков населения г. Грозного, обусловленных употреблением питьевой воды, содержащей комплекс солей тяжелых металлов. С помощью компьютер ной программы «Чистая вода», разработанной научно-производственным объе динением «ПОТОК» г. Санкт-Петербург, была выполнена оценка соответствия питьевой воды по контролируемым показателям и произведена оценка риска нарушения функционирования органов и систем человека при употреблении воды, прошедшей водоподготовку.
Таблица Мутагенный эффект исследуемых солей тяжелых металлов Соли, концен- Число Число Частота (%) Число аберраций:
трация крыс метафаз метафаз с Р всего на 1 метафазу аберрациями Хлорид никеля, 6 600 1,87±0,35 0,6 7 0, 1,15 мкг/л Хлорид лития, 2,50±0, 6 600 0,02 20 0, 0,15 мкг/л Хлорид цинка, 6 600 1,28±0,36 0,5 7 0, 1,15 мкг/л Сульфат никеля, 6 600 0,86±0,26 0,1 13 0, 1,15 мкг/л Сульфат лития, 1,37±0, 6 600 0,25 11 0, 0,15 мкг/л Сульфат цинка, 6 600 0,72±0,17 0,5 5 0, 1,15 мкг/л Контроль 6 600 0,65±0,12 - 6 0, Всего 42 4200 - - - Результаты расчета показали определенное уменьшение риска неблаго приятных органолептических эффектов при потреблении питьевой воды, как немедленного действия, так и хронической интоксикации относительно при родной воды в районах водозабора. Значимую часть в данную величину, наря ду с такими показателями для водозабора, как фенолы, нефтепродукты и же лезо, вносят СТМ;
для питьевой воды – железо и СТМ. С другой стороны по сле процесса водоподготовки отмечено увеличение риска канцерогенных эф фектов, основной вклад в который вносят хлориды тяжелых металлов.
Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Гроз ного питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и, как следствие, со кращению продолжительности жизни (табл. 3). Установлено, что наибольшее сокращение продолжительности жизни определяется факторами, формирую щими канцерогенные эффекты, величина которых определяется содержанием хлоридов лития, цинка и никеля. Полученные величины рисков попадают в об ласть недопустимого риска (10~2... 10"4) и определяют необходимость проведе ния мероприятий, связанных с совершенствованием системы водоподготовки независимо от масштабов финансовых расходов.
Таблица № Наименование риска LLE=L x R (R, доли отн. ед) мужчины женщины 1 Средняя продолжительность жизни 56,2 70, 2 Средний возраст населения, год 36,8 43, 3 Ожидаемый остаток жизни L, год 22,5 29, 4 Риск развития неблагоприятных органо- 0.001 Показатель, характеризую щий возникновение неус лептических эффектов (немедленного тойчивых отрицательных действия)* реакций организма на по требленную питьевую воду;
которые в большинстве слу чаев не приводят к сокраще нию продолжительности жизни.
LLE 0.02 0. 5 Риск развития неблагоприятных органо- 0.005 Показатель, характеризую щий возникновение устой лептических эффектов (хроническая ин чивых отрицательных реак токсикация)* ций организма на потреб ленную питьевую воду.
LLE 0.11 0. 6 Риск канцерогенных эффектов* 0.218 Показатель, характеризую щий возникновение мута генных и канцерогенных эффектов в организме чело века LLE 4.9 6. 7 Риск общетоксический (развитие хрони- 0.119 Показатель, характеризую щий развитие у человека ческой интоксикации) заболеваний мочеполовой, пищеварительной, эндок ринной систем и др.
LLE 2.67 3. Сокращение ожидаемой продолжительности жизни LLE, год 6.7 Расчет ущерба здоровью населения по статистической стоимости жизни Ущерб от СПЖ, выраженный в денежном эквиваленте, €/чел 34 691.5 36 749. У, млрд, € 9. В экологической практике применяется экономическая оценка воздейст вия окружающей среды на здоровье населения, которая складывается из стои мости жизни и суммы плат на восстановление здоровья.
Нами был рассчитан ущерб (У) здоровью населения г. Грозного от по требления питьевой воды, прошедшей традиционную подготовку, по статисти ческой стоимости жизни (см. табл. 3). Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Грозного питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и, как следствие, сокращению продолжительности жизни (мужчи ны – на 6.7 лет, женщины – 8 лет).
ВЫВОДЫ 1. Вода из Гойтинского, Чернореченского и Сурженского водоисточников г. Грозного содержит специфический комплекс солей тяжелых металлов, кото рый не изменяется в процессе традиционной обработки воды при водоподготов ке.
2. Установлено методом масс-спектрометрии одномоментное присутствие в микроэлементном составе воды из разных водозаборов г. Грозного ионов тя желых металлов: железа, лития, никеля и цинка в пределах верхних границ ПДК.
3. Показано экотоксическое действие комплекса солей тяжелых металлов на гидробионтов: снижение выживаемости тест-объектов Daphnia magna Straus на 10-20%, общего количества родившейся молоди 25-30%, сокращение часто ты сердечных сокращений и снижение трофической активности на 40 %;
увели чение концентраций солей выше 0,03 мг/л приводят к гибели тест-объектов в течение 10-12 суток.
4. Выявлено, что комплекс солей тяжелых металлов, содержащихся в питьевой воде из разных водозаборов г. Грозного, оказывает экотоксическое влияние на экспериментальных белых крыс: угнетает динамику массы тела, ак тивность ферментных систем, белковый обмен, деятельность сердечно сосудистой системы, снижает содержание витамина С в организме эксперимен тальных животных.
5. Установлены отдаленные биологические эффекты действия комплекса солей тяжелых металлов, содержащихся в питьевой воде из разных водозаборов г. Грозного: гонадо-, эмбриотоксический и мутагенный.
6. Величина риска здоровья населения г. Грозного от употребления питьевой воды, весомый вклад в которую вносит комплекс солей тяжелых ме таллов, попадает в «область недопустимого риска» (10-2 …10-4).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статья в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Атаева, А.А. Исследование микроэлементного состава воды источни ков питьевого водоснабжения г. Грозного /А.А. Атаева, Е.И. Тихомирова //Естественные и технические науки. – 2009. – № 6. – С. 86-91.
Статьи и тезисы в других изданиях 2. Атаева, А.А. Изучение влияния хлоридов тяжелых металлов на орга низм белых беспородных крыс в хроническом санитарно-токсикологическом эксперименте / А.А. Атаева, Е.И.Тихомирова // «Экология и жизнь: материалы IX международной науч.-практ. конф.» – Пенза. – 2008. – С. 54-58.
3. Атаева, А.А. Оценка токсичности солей тяжелых металлов в водных объектах методами биотестирования / А.А. Атаева, Е.И. Тихомирова //Пробле мы региональной экологии в условиях устойчивого развития: материалы Все рос. науч.-практ. конф. – Киров. – 2008. – С. 78-82.
4. Атаева, А.А. Оценка микроэлементного состава воды источников питьевого водоснабжения г. Грозного методом масс-спектрометрического ана лиза / А.А. Атаева, Е.И. Тихомирова // Экологические проблемы промышлен ных городов: материалы 3-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Саратов. – 2009. – С. 76-79.
5. Атаева, А.А. Токсикологическая оценка комплекса солей тяжелых металлов, присутствующих в питьевой воде г. Грозного / А.А. Атаева, Е.И. Ти хомирова, В.А. Анзоров // Современные проблемы науки и образования. – 2008. – № 6. – С. 34-36.
6. Атаева, А.А. Расчет экологических рисков населения г. Грозного, свя занных с действием комплекса солей тяжелых металлов, присутствующих в питьевой воде / А.А. Атаева // Социальные проблемы медицины и экологии человека: материалы Всерос. науч.-практ. конф. – Саратов. – 2009. – С. 118 121.
7. Атаева, А.А. Экотоксикологическая оценка качества воды из разных водозаборов г. Грозного до и после водоподготовки / А.А. Атаева // Экологи ческие проблемы промышленных городов: материалы 4-й Всероссийской на учно-практической конференции с международным участием. – Саратов. – 2010. – С. 57-58.