7.8. 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 вы­ падают в осадок;

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

• использование фильтров, работающих на принципе об­ ратного осмоса.

Лекция 8

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО-МЕДИЦИНСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

8.1. 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.

200

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

8 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.

Таблица 10.1

Содержание некоторых элементов в материнских породах (части на миллион, ррт)

Элемент	Земная кора	Ультрабазиты	Базальт	Гранит	Сланец	Известняк
As	1,8	1	2	1,5	15	2,5
Cd	0,2	_	0,2	0,2	0,2	0,1
Со	25	150	50	1	20	4
Сг	100	2000	200	4	100	10
Си	55	10	100	10	50	15
РЬ	12,5	0,1	15	20	20	8
Se	0,05	_	0,05	0,05	0,6	0,08
и	2,7	0,001	0,6	4,8	4	2
W	1,5	0,5	1	2	2	0,5
Zn	70	50	100	40	100	25

Примечание. Ультрабазиты - изверженные горные породы, бедные кремнекислотой и обогащенные магнием.

8 2. Химическая характеристика литосферы 201

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.

202 ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

Таблица 10.2 Заболевания, вызываемые дефицитом или избытком элементов

Элемент	Дефицит	Избыток
Железо	Анемия	Гемохроматоз
Медь	Анемия	Хроническая интоксикация медью
Цинк	Задержка полового развития	Диарея
Кобальт	Анемия. «Заболева­ние белой печени»	Сердечная недостаточность. Полицитемия
Магний	Дисфункция гонад	Атаксия
Хром	Нарушение обмена глюкозы	Нефрит
Селен	Некроз печени	Мышечная дистрофия

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 (Eh);

• органический углерод;

• температура;

• неорганические лиганды (F, C1);

• сульфиды;

• комплексообразователи (гумус, органические соеди­ нения);

• солевой состав среды;

• метилирующие соединения;

Химическая характеристика литосферы

203

• 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 Zn-Cu-зависимой супероксидцисмутазы. 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 Cu-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.

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.

204 ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОСФЕРЫ

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.