Качество кормов и питьевой воды в биогеохимической провинции

КАЧЕСТВО КОРМОВ И ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ В БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Р.Д. Маковский, Н.Г. Пушкарева

Смоленский НИИ сельского хозяйства РАСХН

Работа выполнена при поддержке администрации Смоленской области и Российского фонда фундаментальных исследований

Смоленская область относится к числу регионов Российской Федерации, наиболее неблагоприятных по целому ряду основных параметров, характеризующих здоровье населения. В связи с высокими показателями инвалидности и смертности, в регионе крайне важную медикосоциальную проблему представляет заболеваемость костномышечной системы. Среди причин в структуре безвозвратных потерь населения несчастные случаи, травмы и другие воздействия внешних причин занимают третье место. Меры, принимаемые для повышения качества медицинского обслуживания людей, не дают желательного улучшения ситуации, что естественно, так как по данным ВОЗ, здоровье населения определяется качеством лечения менее чем на 10%. Основные факторы - состояние окружающей среды (20-30%) и образ жизни человека (до 45%), в недостаточной степени принимаются во внимание при разработке и реализации социальных программ разного уровня.

Цель настоящей работы - анализ данных по составу основных объектов окружающей среды и их соответствию нормативам, на основании полученных результатов исследование связи загрязнения почвы и воды с физиологическим состоянием животных и человека.

В природе нет элементов только вредных или только полезных, их влияние определяется конкретными условиями. В связи с этим существуют различные содержания минеральных веществ в почве и воде, которые нужно учитывать при анализе экономической, экологической и санитарно-гигиенической ситуации в регионе.

Первые - предельно-допустимые концентрации и близкие к ним по существу нормативы, определяющие экологическую безопасность компонентов среды.

Вторые - нормативы, определяющие обеспеченность среды необходимыми для функционирования организмов компонентами.

Из контролируемых в почвах области элементов максимальное варьирование концентраций зафиксировано для кальция (от очень низкого до повышенного содержания) и стабильного стронция (на порядок величины для отдельных полей). Содержание меди и цинка в почвах экологически безопасно, обеспеченность этими элементами достаточно велика, чтобы их контроль имел только вторичное значение. В дальнейшем исследовали содержание Са и 8г в почвах, их миграцию в среде и растениях и влияние на состояние организмов животных.

В питьевой воде Смоленской области наибольшие проблемы связаны с загрязнением стабильным стронцием. Однако при проектировании и эксплуатации водозаборов питьевой воды этот поллютант, имеющий второй класс опасности (СанПиН 2.1.4.1074-01), практически не контролировали в отличие от менее опасных, таких как нитрат, железо, марганец - третий класс опасности. Положение изменилось в последние годы после появления сообщений о значительном негативном влиянии высоких концентраций стронция в артезианской воде на здоровье людей в так называемых гидрогеохимических провинциях стронцийсодержащих подземных вод, довольно широ-

ко распространенных на территории бывшего СССР. Типичными примерами таких гидрогеохимических провинций служат: Казахстанская, Молдавская и Московская. Повышенные содержания стронция известны также в подземных водах Русской платформы и Предуральского прогиба (Крайнов, Швец, 1987), обогащены этим элементом также субрегионы биосферы в Читинской и Амурской областях и в Таджикистане (Ковальский, 1974).

На территории Смоленской области, относящейся к Московскому артезианскому бассейну, вода большого числа источников сверхнормативно загрязнена стабильным стронцием (Областной доклад «О санитарно-

эпидемиологической обстановке в Смоленской области в 2001 году»). В отдельных случаях превышение ПДК достигает 10 крат и более (до 100 мг/л). Под воздействием стабильного стронция в 2001 г. в области находилось 211 тыс. человек. Эти данные естественно занижены, т.к. стронций контролировали менее чем в 5% скважин, имеющихся в регионе. Соотношение концентраций кальция и стронция в питьевой воде выше 100:1 (считающееся безопасным) в Смоленской области наблюдалось менее чем в 20% случаев. В значительном числе источников воды оно не достигает даже 10:1, что характерно для «уровских провинций». Тем не менее, в то время как уже на нескольких водозаборах в городах Гагарин, Вязьма и Смоленск работают станции обезжелезивания, какие-либо меры по снижению содержания стронция в области не используются.

Нами исследована связь этого загрязнения с заболеваемостью населения районов области широким кругом патологий. В большинстве случаев изучаемые зависимости имели экстремальный характер, и коэффициент линейной корреляции во всем интервале концентраций стронция не превышал по абсолютной величине 0,2 ^ 0,25. При анализе связи заболеваемости с загрязнением питьевой воды вдали от экстремумов, т. е. на участках зависимостей, близких к прямым линиям, корреляция усиливается и достигает средних значений, т.е. 0,4 ^ 0,5. Такой уровень отмечен, в частности, для травм и заболеваний скелетномышечной системы. Эффект, по-видимому, связан с влиянием изоморфного кальцию стронция на кальциевый обмен в организме людей. Еще более сильна связь загрязнения питьевой воды стабильным стронцием с количеством переломов конечностей населения в районах области. На территориях, питьевая вода которых содержит более 5-7 мг/л стронция, коэффициент корреляции изучаемых параметров достигает 0,9, т.е. отмечается почти функциональная линейная зависимость (табл. 1).

Полученный эффект изучен в лабораторных условиях на молодых белых крысах. Работы выполняли совместно с сотрудниками Смоленской государственной ме дицинской академии. Контрольная группа животных получала водопроводную воду с содержанием стронция 0,3 мг/л. В воду для поения опытных животных вводили хлористый стронций в количестве соответствующем 2, 7 (гигиеническая ПДК для питьевой воды), 20 и 200 мг/л.

1. Влияние содержания 8г в питьевой воде на заболеваемость населения Смоленской области (переломы костей конечностей), энергию разрушения (Еразр.) и нагрузку облома, а также на удельный вес белых крыс____________________________________________________________

Содержание 8г в питьевой воде, мг/л Суточное поступление 8г, мг/кг Е * -^разр. Вес бедра* Масса крыс* Переломы на 10000 чел.* Нагрузка облома*

до выпаивания после выпаивания

0,3 0,07 0,54 0,84 0,94 0,97 1,33

2 0,7 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

7 2,45 0,73 0,97 0,97 0,96 1,14 0,96

20 7,0 0,49 0,74 0,74 0,96 2,25 0,93

200 70,0 0,43 0,79 0,79 0,94 0,93

* Величины представлены в относительных единицах

Выращенных опытных крыс декапитировали, собирали кровь и изолировали большую берцовую кость. Содержание кальция и стронция определяли в корме животных, в сыворотке крови и костях. В крови определяли щелочную фосфатазу, как один из основных маркеров костного метаболизма.

Принципиальной новизной используемой нами методики от большого числа других исследований влияния стабильного стронция на организм белых крыс [4, 5] является то, что водой с разным содержанием поллютан-та выпаивали не только непосредственно исследуемых животных, но и их родителей. Необходимость такого варианта связана с тем, что минеральный обмен формируется уже во внутриутробный период [6]. Этот вывод подтвержден нашими исследованиями. Если загрязненной стабильным стронцием водой выпаивали только молодых крыс в течение трех месяцев, прочность бедренной кости животного менялась слабо - на 7% при переходе от 2 к 200 мг/л стронция в воде и на 12% - при переходе от 2 к 2000 мг/л поллютанта. В то же время при исследовании по нашей методике влияние резко усилилось и составило 2,3 раза при переходе от 2 к 200 мг/л стронция в воде (табл. 1). Сделанное нами предположение о влиянии воздействия изучаемого фактора на плод животного подтвердилось данными по прочности костей крыс-матерей. Эффект от перехода от 2 до 200 мг/л стронция составлял всего 22%.

Необходимо отметить, что как по статистическим данным, так и в результатах экспериментов влияние стронция имеет экстремум в районе 2 мг/л. Это позволяет сделать предположение о слабой обоснованности увеличения значения ПДК стронция в питьевой воде с 2 до 7 мг/л, что имело возможно несущественный, а организационный характер. По нашему мнению, целесообразно дополнительно исследовать данный вопрос и, если ПДК выйдет на уровень 2 мг/л, то резко увеличится число людей, находящихся под воздействием стабильного стронция как в Смоленской области, так и в других регионах.

С ростом содержания стронция при практически неизменном количестве кальция в рационе животных установлены эффекты, характерные для нарушения кальциевого обмена в их организмах. Во-первых, в органах и тканях крыс снижается количество кальция и растет - стронция. Соответственно уменьшаются значения отношения концентраций кальция и стронция, т.е. показателя, в значительной степени определяющего интенсивность остеопатологий. Во-вторых, статистически достоверно уже при 7 мг/л 8г в питьевой воде растет активность щелочной фосфатазы в крови животных. В-третьих, прямым измерением зафиксировано снижение прочности бедренных костей крыс под воздействием удара (исследование проводили совместно с В.С. Шляховым).

2. Влияние применения химмелиорантов на

Расположение наблюдаемого оптимума по содержанию стронция в суточном рационе животных (около 0,7 мг/кг 8г) не противоречит имеющимся в литературе данным о его суточном поступлении в организм человека -до 14-22 мг, т.е. до 0,2-0,3 мг/кг. Выше такого стронциевого давления фиксируется очевидное негативное влияние на организм животного.

В отличие от существующего мнения об определяющем поступлении в организм животного стронция с питьевой водой (Авцын, Жаворонков, Риш и др., 1991), в нашем эксперименте показана возможность основного поступления 8г с кормом. В таблице 2 представлены данные по содержанию стронция в ячмене (зерне и соломе) и в зеленой массе викоовсяной смеси, выращенных с использованием разных химмелиорантов.

Кормовые культуры, выращенные на почве, содержащей в исходном состоянии 115 мг/кг стронция, т.е. практически «дистиллированной» относительно этого элемента (если учесть допустимым содержание 8г в почве 600 мг/л) содержат в разных вариантах от 2 до 180 мг/кг стронция. Использование таких кормов приводит к превышению указанного выше поступления стронция даже при поении животных водой, практически не загрязненной стронцием (табл. 3).

На основании этих данных нельзя сделать вывод о степени опасности сильно загрязненных стронцием кормов, т.к. не исследована связь влияния этого элемента с формой его поступления в организм. Этот вопрос будет решаться в дальнейших исследованиях.

содержание стронция в растениях, мг/кг

Вариант Ячмень

зерно солома

ф°Н - N30? 30К30 2,18 16,16 68

Ф + ИМ 2,0 г.к. 1,90 14,42 77

Ф + МШ 2,0 г.к. 2,16 15,06 71

Ф + ККК 2,0 г.к. 4,10 33,85 137

Ф + ККК 5,0 г.к. 3,93 47,56 177

Ф + ЗШО 0,75 г.к. 1,87 18,49 79

Ф + ЗШО 1,0 г.к. 2,43 19,48 75

3. Поступление стронция с рационом в ор-

ганизм белых крыс

Содержание 8г в воде, мг/л Содержание стронция в суточном рационе, мг/кг

0,2 2,0 20,0 100,0

0,3 0,07 0,71 6,47 32,07

2 0,7 1,34 7,1 32,7

7 2,45 3,09 8,85 34,45

20 7,0 7,64 13,4 39,0

200 70 70,64 76,4 102,0