9.8. Способы снижения содержания ксенобиотиков в питьевой воде

Основным способом снабжения населения чистой пить­евой водой является система государственных мер, направ­ленных на снижение содержания токсичных контаминан-тов в воде. Для этого в каждой стране разработаны и действуют нормативные акты и документы, регламентиру­ющие содержание различных веществ в воде.

Между тем известны и давно используются на бытовом уровне и другие способы очистки питьевой воды:

• кипячение. Так как люди потребляют большую часть воды в виде горячих напитков и блюд (супы, чай, кофе), то при кипячении воды или приготовлении пищи некоторые компоненты в значительной степени улетучиваются или вы­падают в осадок;

• фильтрация воды с использованием различных по уст­ройству фильтров: из активированного угля, керамики и др., что является наиболее эффективным способом снижения количества радона в воде;

• использование фильтров, работающих на принципе об­ратного осмоса.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО-МЕДИЦИНСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

10.1. Общие представления

Литосфера — составная часть биосферы, представляю­щая собой твердую оболочку Земли. Почва — это поверх­ностный слой литосферы, сформированный под действием климата и живых организмов (растительных и животных) и возделываемый человеком.

Как указывалось выше, биосфера сформировалась бо­лее 4 млрд лет назад. Составная ее часть — литосфера — включает в себя мантию, состоящую из геологических пластов, которые относительно подвижны за счет энергии, получаемой из недр Земли. Верхний почвенный слой не­посредственно связан с мантией. Основные элементы ли­тосферы, особенно металлы, негомогенно распределены и находятся в различных химических формах. Они присут­ствуют в окружающей среде в определенных, довольно низких концентрациях. Иногда их концентрация аномаль­но повышена, что формирует месторождения полезных ис­копаемых, которые пригодны для разработки. Между тем именно диффузное распределение металлов в литосфере, почве, растениях и животных имеет большее значение для функционирования биосферы. Металлы и другие элемен­ты литосферы непрерывно мигрируют в гидросферу, ат­мосферу и биоту.

Понимание характера и способов распределения компо­нентов в литосфере — важная предпосылка для оценки рис­ка, вызываемого избытком или недостатком различных эле­ментов в окружающей среде, и, следовательно, той патоло­гии человека, которую они могут индуцировать. Важно раз­личать вклад естественного и антропогенного дисбаланса в эти процессы. Все это и будет предметом обсуждения в дан­ной главе.

10.2. Химическая характеристика литосферы

Существуют два механизма перераспределения элемен­тов в литосфере:

• вертикальный (из недр наружу);

• горизонтальный — миграция в поверхностном слое. Первый из них ведет к негомогенному распределению

металлов в окружающей среде. При этом их концентрации в различных породах могут различаться на порядок и выше (табл. 10.1). Одним из основных источников этого процесса является вулканическая деятельность. Так, например, в июне 1991 г. произошло одно из самых мощных извержений вул­кана Пинатубо. Только за два дня в окружающую среду бы­ло выброшено 10 млрд т магмы, 20 млн т диоксидов серы, что оказало влияние на глобальный климат в течение трех лет. Помимо этого, из недр Земли было выброшено 2 млн т цинка, 1 млн т меди и более 5 тыс. т кадмия. Миллионы тонн золы, содержащей почти все элементы периодической системы, загрязнили тысячи квадратных километров поверх­ности почвы. Подобные вулканические извержения случа­лись с периодичностью в несколько лет за всю геологиче­скую историю. Не менее важную функцию играет вулкани­ческая деятельность на дне Мирового океана, где по подсче­ту специалистов имеется около 3 тыс. действующих вул­канов.

Второй механизм, который перераспределяет элементы, — это выветривание. Физические процессы, связанные с этим явлением, ведут к измельчению пород, что подготавливает их к последующему постепенному растворению или перехо­ду в аэрозольное состояние. И тот, и другой процессы при участии органической матрицы ведут к формированию поч­венного слоя. Таким образом, выветривание является клю­чевым процессом в миграции элементов от материнских по­род к другим составным частям окружающей среды.

В окружающей нас среде присутствуют все известные элементы. Эссенциальными, т.е. необходимыми для процес­сов жизнедеятельности, являются макроэлементы: кальций, хлор, магний, фосфор, калий, сера. К этой группе относит­ся и часть микроэлементов, которые присутствуют в орга­низме животных и человека в следовых концентрациях: хром, кобальт, медь, фтор, йод, железо, марганец, молибден, селен, цинк. Следующая группа — неэссенциальные элемен­ты, т.е. компоненты, не имеющие известных биологических функций. К ним относятся: кадмий, мышьяк, ртуть, свинец.

В отношении действия элементов на биоту значитель­ную роль играют их концентрации в окружающей среде. Еще Парацельс (1493—1541) определил основные принципы токсикологии: «Все вещества являются ядами. Нет ни одно­го соединения, которое не является им. Только доза опреде­ляет ядовитые или лекарственные свойства» (см. рис. 3.1). Как для необходимых, так и для неэссенциальных элемен­тов имеется оптимальное значение концентраций, которые соответствуют нормальному функционированию организ­ма. Увеличение концентрации связано с токсическим эф­фектом, что может закончиться смертью. Снижение концент­рации неэссенциальных компонентов не так фатально, как необходимых элементов, для которых уменьшенное по­ступление связано с возникновением дефицитного состоя­ния, т.е. патологии (табл. 10.2).

Биодоступность, миграция и токсичность элементов за­висят не только от физических и химических свойств само­го компонента, но и от факторов окружающей среды, с ко­торыми он взаимодействует. Важнейший фактор — кислот­ность почвы (рН). Подвижность большинства из элементов с уменьшением рН возрастает, в то время как защелачива-ние уменьшает биодоступность. Сильно влияет тип почвы.

Так, например, почва с высоким содержанием органических компонентов (гумуса) оказывает на металлы хелатирующее (комплексообразующее) действие, что уменьшает скорость их миграции. Токсичность металлов зависит от атомного и ионного радиуса, буферной емкости, способности к хими­ческим реакциям. Например, токсичность свинца и ртути больше выражена у их органических компонентов, чем у не­органических. Большое значение имеет степень окисления. Хром более токсичен при валентности, равной шести, и меньше — в трехвалентной форме.

Приведем некоторые из факторов внешней среды, влия­ющих на биодоступность металлов:

•рН;

• окислительно-восстановительный (редокс) потенциал (ЕЬ);

• органический углерод;

• температура;

• неорганические лиганды (Р, С1);

• сульфиды;

• комплексообразователи (гумус, органические соеди­нения);

• солевой состав среды;

• метилирующие соединения;

• способность к катионному или анионному обмену;

• ионная сила среды;

• жесткость воды.

Следующим важным фактором в биодоступности явля­ется взаимодействие элементов. Иногда их воздействие друг на друга выглядит очень просто, как в случае калия и нат­рия. В других случаях имеют место многочисленные взаи­мосвязи на уровне коферментов, энзимов и др. (рис.10.1).

Медь входит в состав многих ферментов, которые уча­ствуют в окислительно-восстановительных реакциях, напри­мер в состав 2п-Си-зависимой супероксиддисмутазы. Биоло­гическое окисление происходит с участием цитохромов, других медьсодержащих ферментов. Поперечные сшивки в коллагене и эластине, обеспечивающие их прочность и элас­тичность, происходят при помощи лизилоксидазы, относя­щейся к группе Си-содержащих ферментов. Медь участвует в образовании сигнальных молекул нервной системы, спо­собствует включению железа в состав гемоглобина. Она яв­ляется компонентом, необходимым для функционирования иммунной системы человека.

2п

Мд

Между медью, молибденом и серой имеется тесное взаи­модействие. Сульфиды, образующиеся из сульфатов, могут включать вместо атома кислорода отрицательно заряжен­ный молибден, что ведет к образованию тиомолибдатов.

Последние обладают высоким сродством к меди, связыва­ние которой будет способствовать вычленению ее из метабо­лизма и вести к дефициту в организме этого элемента. Опи­санный феномен используется в сельском хозяйстве некото­рых скандинавских стран, почва которых характеризуется повышенным содержанием меди. Добавление в корм живот­ных молибдена приводит к уменьшению пула меди в пече­ни, что предотвращает у них хроническую интоксикацию медью.

Другим примером могут являться взаимоотношения между фосфором, цинком и кадмием. Известно, что расте­ния, выращенные в условиях избытка фосфатов, характери­зуются дефицитом цинка. Фосфаты — главный компонент удобрений. Напротив, повышенное количество цинка пре­дотвращает поглощение растениями такого токсичного эле­мента, как кадмий. Поэтому на почвах, характеризующихся повышенным содержанием кадмия, необходимо строго контролировать количество вносимых фосфорных удобре­ний. Предотвращение их избытка будет способствовать на­коплению цинка, что позволит получить экологиче­ски чистую продукцию.

Селен является абсолютным антагонистом мышьяка. Следовательно, для предотвращения токсических эффектов мышьяка необходимо заботиться о достаточном поступле­нии в организм селена.