Токсические вещества и методика комплексного обоснования гигиенических нормативов их допустимой концентрации в водоемах

Доц. Я. М. Грушко

Токсические вещества и методика комплексного обоснования гигиенических нормативов их допустимой концентрации в водоемах

Из кафедры коммунальной гигиены Иркутского медицинского института

Широкое развитие промышленности в нашей стране и применение новейших методов обработки сырья в значительном числе случаев сопровождаются спуском в водоемы токсических веществ, представляющих опасность в гигиеническом отношении. Это может повлечь за собой хронические отравления людей, пользующихся питьевой водой, нарушить биохимические процессы самоочищения водоемов, сделать невозможным использование их для санитарно-оздоровительных целей.

Фтор, селен, тетраэтилсвинец, тринитротолуол, кадмий, хром, мышьяк, свинец представляют собой лишь незначительный перечень отличающихся высокой токсичностью химических веществ, поступающих в водоемы с промышленными сточными водами. Необходимость регламентировать содержание в водоемах токсических веществ назрела уже давно. Тем не менее до сих пор не существует соответствующих гигиенических нормативов.

Для капиталистических стран это вполне закономерно, так как там при разработке норм допустимых концентраций токсических веществ в водоемах сталкиваются различные интересы владельцев промышленных предприятий, водопроводов, канализаций, рыбопромышленников и т. д. Поэтому научно-исследовательская работа подчинена там интересам того, кто ее субсидирует, и имеет обычно сравнительно ограниченную целевую установку. Так, если токсическое вещество, спускаемое в водоемы, вызывает необходимость дополнительной очистки питьевой воды, «водопроводные фирмы проводят исследования, чтобы либо обосновать необходимость очистки сточных вод предприятия от токсического вещества, ухудшающего состав питьевой воды, либо подсчитать расходы на дополнительную очистку питьевой воды и предъявить их соответствующему владельцу предприятия.

Если токсическое вещество, спускаемое с промышленными сточными водами в канализацию, вызывает порчу канализационных труб или нарушает биологические процессы на очистных сооружениях, канализационные фирмы организуют исследовательскую работу над установлением допустимой концентрации токсического вещества при спуске в канализацию. Комплексные же исследования для разработки допустимой концентрации того или иного токсического вещества в водоемах за рубежом не проводятся.

В нашем социалистическом государстве, где вопросы, касающиеся различных отраслей народного хозяйства, решаются с учетом прежде всего санитарных требований, вполне возможно и необходимо комплексное обоснование соответствующих гигиенических норм. Вместе с тем изучение этой проблемы, как неоднократно указывали действительный член Академии медицинских наук СССР проф. А. Н. Сысин, член-корреспондент Академии медицинских наук проф. С. Н. Черкинский и заслуженный деятель науки РСФСР проф. С. Н. Строганов, задерживалось нз-за отсутствия методики изучения токсического действия разных компонентов сточных вод на человека и животных. Эта методика, связанная с определением незначительных количеств токсического вещества в биологическом материале, к тому же при одновременном присутствии в пробе и других соединений, требует довольно точных и чувствительных методов исследования.

2*

II

В настоящее время токсическое действие разных соединений, поступающих .в водоемы со сточными водами, изучается .главным образом в острых опытах на рыбах и мелких водных организмах, а в последние годы также «а микроорганизмах в 'биохимических процессах самоочищения воды. Однако на основе острых опытов на водных организмах, без изучения действия субтоксических доз на экспериментальных животных 'в течение длительного периода (хроничеокий опыт) трудно обосновать те или иные нормативы.

С целью разработки комплексной методики обоснования гигиенических нормативов допустимых концентраций токсических веществ в водоемах автором настоящей статьи по указанию и под руководством действительного члена Академии медицинских наук СССР проф. А. Н. Сы-сина и заслуженного деятеля науки РСФСР проф. С. Н. Строганова проведена работа с конкретным токсическим веществом — шестиваленг-ным хромом.

Шестивалентный хром, обладающий значительной токсичностью, содержится .в сточных водах многих предприятий, но значительное поступление его в водоемы началось после внедрения в практику хромирования металлов. В настоящее время шестивалентный хром содержится в сточных водах машиностроительных, металлообрабатывающих, авиационных и многих других предприятий.

В питьевой воде, по американскому стандарту 1942 г., содержание его не допускается вовсе, а по стандарту 1946 г. — ограничивается концентрацией 0,05 мг на 1 л. По советскому стандарту, изданному в 1945 г., шестивалентный хром в питьевой воде не допускается даже в виде следов. В водоемах допустимая концентрация этого токсического вещества не нормирована санитарным законодательством ни у нас, ни за границей; нормы же для (питьевой воды не имеют достаточных гигиенических обоснований.

'При решении вопроса о допустимой концентрации в водоеме того или иного токсического 'вещества прежде всего необходимо выяснить, не является ли оно микроэлементом, и определить фактическое содержание его в биологическом материале и прежде всего в органах и тканях человека, а также в пищевых продуктах и во внешней среде — почве и природной воде.

Такие вещества, которые считаются токсическими (мышьяк, марганец, медь и др.), найдены в небольших концентрациях в биологическом материале, где они играют важную роль как микроэлементы. Нами при работе на трупном материале при помощи такого чувствительного метода, как спектральный анализ, обнаружен хром в органах и тканях человека: например, в сердце в концентрации 0,01 мг%>, в печени — 0,001, в мозге — 0,002, в крови — 0,0035, в почках — 0,028, в желчи — 0,08, в волосах — 0,2 мг0/« и т. д. Примерно в таких же концентрациях хром обнаружен в органах и тканях животных («ролик, овца) и в различных пищевых продуктах (хлеб, крупа, овощи и др.). Найден хром и во внешней среде: в почве в концентрации 0,0016% и в воде различных водоисточников в концентрации 0,0009—0,002 мг на 1 л. Вполне понятно, что из почвы вместе с растительной пищей, а также с питьевой водой хром попадает в организм человека и животных. Таким образом, он, как и некоторые другие элементы, в небольшой концентрации не является для организма токсическим веществом. Вместе с тем не следует забывать, что в организме человека хром содержится не в токсических соединениях, каким является шестивалентный хром. В биологическом материале и во внешней среде необходимо определять не только содержание того или иного химического элемента, но и соединение, в котором встречается данный элемент. Для этой цели может быть использован полярографический анализ, который в нашей работе применить не удалось.

Следующий вопрос, возникающий при проработке такой темы, это стабильность токсического вещества в воде при различных условиях. Нами определялась стабильность шестивалентного хрома при разном рН, при разных разведениях сточных вод, при разном характере донных отложений. Определение стабильности проводилось при помощи одного из наиболее чувствительных и вместе с тем объективных современных физико-химических методов исследования — фото-электроколориметрического. В нейтральной среде, характерной для наших водоемов, стабильность шестивалентного хрома при разных концентрациях давала небольшие колебания, но в общем оказалась довольно высокой. Она значительно понижалась в резко кислой среде (рН = 0,48) — до 3—5% исходной, и в слабо щелочной (рН =>9,24)—до 2—15%. В зависимости от абсорбционных свойств донных отложений, она понижалась через 4 суток в среднем: при водонепроницаемом дне до 51% исходной, при малопроницаемом дне (суглинок) до 20,8%, при проницаемом песчаном до 3,2%. При илистом дне шестивалентный хром почти полностью восстанавливался (стабильность 0,1%).

Затем было приступлено к изучению путей выделения хрома из организма человека при хронической интоксикации. Для этого у рабочих хромировочных цехов, находящихся на данном производстве от 6 месяцев до 2 лет были исследованы фекалии и моча. Концентрация хрома в фекалиях у этих рабочих составляла 0,12—0,43 мг, а в моче 0,0005—0,0043 мг на 1 л. Следовательно, основными путями выделения хрома из организма являются толстые кишки, что и было учтено при последующих экспериментах на животных.

Опыты на животных проводились предварительные и основные: первые были более кратковременными (от 2 недель до месяца), вторые — более длительными (до 8 месяцев).

Предварительные опыты проводились на морских свинках, основные — на кроликах, так как для спектрального анализа на содержание хрома органы морских свинок оказались недостаточных размеров и при их озолении не получалось необходимой навески золы (30 мг).

Порог ощущения хрома на вкус и запах у подопытных животных определялся на 4 собаках и 7 «роликах. В клетку животного вносились сосуды с питьевой водой, содержащей шестивалентный хром в большой, средней и малой концентрации. В протоколе наблюдений фиксировалось, была ли выпита вода, и записывалась очередность потребления с той или иной концентрацией токсического вещества. Даже при концентрациях шестивалентного хрома свыше 200 мг на 1 л животные выпивали воду.

Биологические наблюдения за общим поведением подвергнутых субтоксическому опыту животных, изменением их веса (для чего в опыт были включены молодые животные в возрасте 2 месяцев), за нарушением функции органов пищеварения не дали каких-либо заметных отклонений от нормы даже при сравнительно высоких концентрациях шестивалентного хрома (до 50 мг на 1 л). Проверка влияния токсического вещества на функцию размножения дала прерывание беременности подопытной крольчихи при концентрации 5 мг на 1л — детеныши родились мертвыми.

Чтобы установить концентрации, при которых происходит задержка хрома в организме, проводилось изучение баланса в организме подопытных кроликов. Поступление в организм кроликов хрома имело место: 1) с питьевой водой, к которой был добавлен шестивалентный хром в заведомо известных концентрациях, 2) с пищей, 3) с природной водой. Содержание хрома в пище и природной воде высчитывалось путем умножения количества потребляемой воды, различного фуража и овощей на содержание в них хрома, что было определено при помощи спектрального анализа. Выделение хрома с фекалиями и мочой подсчи-

1а

Тывалось каждый раз при помощи: 1) определения содержания е них хрома при помощи спектрального анализа, 2) определения количества указанных выделений в сутки. Было установлено, что при концентрациях шестивалентного хрома от 5 мг на 1 л и больше имеет место задержка хрома в организме.

По окончании опыта при помощи спектрального анализа было определено содержание хрома в отдельных органах и тканях кроликов. При концентрации шестивалентного хрома в воде 0,5 мг на 1 л и выше отмечается заметное увеличение хрома у кроликов в крови, легких, стенке желудка и других органах.

Несмотря на то, что при вскрытии подопытных кроликов, получавших с питьевой водой шестивалентный хром в концентрации до 50 мг на 1 л, в их органах и тканях макроскопически не было обнаружено существенных патологоанатомических изменений; микроскопически эти изменения были обнаружены. При микроскопическом исследовании препаратов установлено, что даже при концентрации в воде шестивалентного хрома 0,5 мг на 1 л в печени подопытных кроликов обнаружен свежий токсический некроз и мелкокапельное ожирение клеток; при концентрации 1 мг на 1 л — резкое паренхиматозное перерождение эпителия; при 5 мг на 1 л обнаружено в печени паренхиматозное перерождение клеток, в сердечной мышце очаги глыбчатого распада мышечных вслокон, в почках ожирение эпителия. При более высоких концентрациях шестивалентного хрома в воде у подопытных кроликов эти изменения выражены еще более резко.

Для сравнения и проверки полученных результатов хронического опыта был поставлен острый опыт. Подопытным животным была дана однократная доза шестивалентного хрома 20 мг при концентрации в воде из расчета 1 ООО мг на 1 л. При микроскопическом исследовании препаратов, полученных при остром и хроническом опыте, гистопатоло-гические изменения в органах и тканях оказались по своему характеру идентичными.

Таким образом, несмотря на отсутствие заметных нарушений функций отдельных органов и тканей при сравнительно больших концентрациях токсического вещества (50 мг шестивалентного хрома на 1 л воды), при значительно его меньшей концентрации обнаружены: 1) гисто-патологические изменения в органах и тканях, 2) повышение содержания в некоторых из них токсического вещества, 3) нарушение баланса обмена токсического вещества и задержка его в организме.

Влияние шестивалентного хрома на водные организмы, микроорганизмы и биохимические процессы самоочищения водоемов изучалось по методике, описанной в литературе проф. М. М. Калабиной, проф. А. С. Разумовым и др. В эту методику нами внесены дополнения в части изучения влияния токсического вещества на отдельные индикаторные микроорганизмы. К числу таких индикаторов микроорганизмов, принимающих участие в самоочищении водоемов от фекального загрязнения, может быть отнесена кишечная группа микробов (В. coli communis и В. paracoli), а также В. aärogenes. Опыты проводились с чистыми культурами этих микроорганизмов, добавляемых в виде суспензии к речной, предварительно прокипяченной воде. Исследования показали высокую чувствительность этих микроорганизмов к шестивалентному хрому. Гибель их по сравнению с контрольными пробами наблюдалась при концентрации шестивалентного хрома в воде 0,01 мг на 1 л. Необходима проверка действия и других токсических веществ на эти микроорганизмы.

Из водных организмов действие токсических веществ шестивалентного хрома изучалось по общепринятой методике на дафниях. До постановки этих основных опытов были проведены опыты одновременно и с другими рачками (циклопы, остракады, диаптомусы) для выяснения

вида, наиболее чувствительного к шестивалентному хрому, таким видом оказалась дафния. Учитывая большую роль простейших в самоочищении водоемов, мы считаем необходимым изучение действия токсического вещества на инфузориях: подвижность инфузорий, несложность их определения, возможность рассматривания под микроскопом без особой подготовки препарата облегчают эту задачу. Выживаемость (подвижность) инфузорий иод влиянием шестивалентного хрома определялась при экспозиции в 7 суток. Гибель инфузорий наблюдалась при концентрации шестивалентного хрома в воде 0,05 мг на 1 л.

Сравнение результатов всех опытов дало возможность разработать диференцированные гигиенические нормативы допустимых концентраций шестивалентного хрома для водоемов разных категорий и для разных соединений шестивалентного хрома.

Таким образом, при проработке гигиенических нормативов допустимых концентраций токсических веществ в водоемах рекомендуется следующая комплексная методика: 1) определение содержания исследуемого вещества как микроэлемента в биологическом материале и в незагрязненной внешней среде; 2) изучение стабильности вещества в воде при разных условиях (влияние рН, различного разбавления, донных отложений и др.); 3) постановка хронического субтоксического опыта на животных длительностью не менее 8 месяцев с биологическими наблюдениями, изучением баланса вещества в организме, определением содержания его в различных органах и тканях, изучение макро- и микроскопических патологоанатомических изменений в органах и тканях: 4) постановка острого токсического опыта на животных с производством тех же исследований, что и при хроническом субтоксическом опыте; 5) опыты на водных организмах (дафнии и другие наиболее чувствительные к данному токсическому веществу организмы); 6) опыты на микроорганизмах (изучение токсического действия вещества на отмирание микрофлоры воды, влияние на индикаторные микроорганизмы, участвующие в самоочищении водоемов, с постановкой опытов на чистых культурах); 7) изучение влияния на биохимические процессы самоочищения воды (нитрификация, утрата растворенного кислорода и др.).

Доц. Р. Л. Габович

Содержание фтора в питьевых водах УССР

Из кафедры общей гигиены Киевского медицинского института

Как известно, в начале прошлого десятилетия было доказано, что большие концентрации фтора в питьевой воде являются причиной своеобразного, считавшегося ранее наследственным заболевания зубов — так называемой пятнистой, или крапчатой, эмали. Подземные воды, протекая через породы, богатые фтором, обогащаются им, и если дети пьют такую воду в период развития зубов, то фтор, действуя на амело-бласты, нарушает обычный ход процесса кальцификации зубов, внешним проявлением чего является пятнистая эмаль.

Если взрослые начинают пить воду с большим количеством фтора, то на их зубах, уже закончивших свое развитие, не появляется пятнистая эмаль, но при высоких концентрациях фтора (около 6 мг/л) наблюдаются поражения дентина, строение которого становится более слабым, более порозным.

Было бы неправильно считать, что лишь одна концентрация фтора обусловливает возникновение в большом количестве пятнистой эмали и степень ее распространения. Природные и социальные условия могут