medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-2-126-134medlit-2924Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEГигиенические нормы химических элементов питьевой водыHygiene standards of chemical elements of drinking waterhttps://orcid.org/0000-0003-2086-6357ТрофимовичЕвгений МихайловичTrofimovichEvgeny M.

Доктор мед. наук, гл. науч. сотр. ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора, 630108, Новосибирск.

e-mail: ngi@niig.su

MD, PhD., DSci., Chief Scientist. scientific consultant of the Department of hygiene research with the laboratory of physical factors of the Novosibirsk Research Institute of Hygiene, Novosibirsk, 630108, Russian Federation.

e-mail: trofimovich_em@niig.su 

trofimovich_em@niig.suФБУН «Новосибирский научно-исследовательский институт гигиены» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияNovosibirsk Research Institute of HygieneRussian Federation2023250320231022126134Copyright © Трофимович Е.М., 20232023Трофимович Е.М.Trofimovich E.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2924Введение

Введение. Питьевая вода, благоприятная для здоровья населения, должна содержать необходимые организму витальные и органотропно-облигатные химические элементы (ионы) в концентрациях, соответствующих диапазонам допустимых гигиенических норм (ДГН). В настоящее время содержание химических элементов в питьевой воде при централизованном водоснабжении населения регламентируется в основном по их гигиеническим предельно допустимым концентрациям (ПДК) в воде питьевых источников с указанием критериев вредности и опасности для здоровья.

Цель работы — разработка методического подхода к обоснованию ДГН химических элементов питьевой воды и его реализация при централизованном водоснабжении населения.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проанализирована научная литература по обоснованию гигиенических норм и ПДК химических веществ в воде. В гигиеническом эксперименте крысы Wistar (четыре группы по 10 крыс в каждой) при стандартном кормлении в течение 9 мес потребляли по рефлексу жажды питьевую воду с содержанием иона К+: 1 (контроль); 0,02; 5; 50 мг/дм3. Обоснованы ДГН К+ питьевой воды, с учётом полученных закономерностей рекомендованы ДГН других витальных и органотропно-облигатных элементов в питьевой воде. В исследовании использован метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии и методы определения метаболитов в биосубстратах.

Результаты

Результаты. На основе разработанного методического подхода к обоснованию диапазона ДГН химических элементов питьевой воды централизованного водоснабжения рекомендованы ДГН витальных и органотропно-облигатных элементов (ионов) в питьевой воде. При хроническом пероральном действии на организм они имеют диапазоны метаболического гомеостаза, а при переходе от гомеостаза к избытку или недостатку иона две пороговые концентрации: ДГН-минимум и ДГН-максимум. Доказано, что витальные и органотропно-облигатные химические элементы питьевой воды при хроническом действии на организм не имеют недействующих концентраций.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Методический подход к обоснованию гигиенических норм относится только к химическим элементам, являющимся неотъемлемыми компонентами полезной физиологически полноценной питьевой воды при централизованном водоснабжении населения. Это является отличительным признаком от разработки ПДК вредных веществ в воде питьевых источников.

Заключение

Заключение. Разработан методический подход к обоснованию диапазона ДГН химических элементов питьевой воды. Рекомендованы ДГН витальных и органотропно-облигатных химических элементов в питьевой воде при централизованном водоснабжении населения.

Соблюдение этических стандартов. Эксперимент соответствовал требованиям приказа Минздрава России № 276, ГОСТ 52379–2005, Европейской конвенции о защите позвоночных животных (ETS № 123), директиве Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/ЕС от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 04.10.2022 / Принята к печати: 08.12.2022 / Опубликована: 25.03.2023

Introduction

Introduction. Drinking water that is good for human body must contain seven vital ions (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, HCO3–, SO42+) and eight essential organotropic (obligate) chemical elements (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, F, I) in concentrations matching ranges of permissible hygiene standards (PHS). PHS is lacking for K+, a major intracellular cation and for other chemical elements of drinking water.

Aim

Aim. To substantiate PHS for potassium in drinking water and propose PHS values for all ions and chemical elements based on obtained methodical patterns.

Materials and methods

Materials and methods. Four groups of Wistar rats on standard feeding and drinking regimens based on drinking reflex, were receiving drinking water with the following concentration of ions (mg/dm3): K+ 1.0; Na+ 6.6–8.1; Ca2+ 20.0–23.0; Mg2+ 6.4–8.0; HCO3– 36.9; chlorides 3.1; sulfates 36.0. The control group has continued to take original water, while for other groups (of 10 rats) concentrations of K+ were the following: 0.02; 5.0; 50.0 mg/dm3. Dosage dependence of chronic exposure (9 months) to K+ ions of drinking water on the organism has been studied. Atomic absorption spectrometry and methods of estimation of metabolites in biological substrates were used. Experiment complied with international regulations.

Results

Results. K+ PHS of 1.0–25.0 mg/dm3 was determined. A method for justification of PHS of vital and bio-essential chemical elements in drinking water was developed. Chronic exposure to aforementioned elements was demonstrated to retain the threshold nature of the effect. However, there exist two thresholds: transition from homeostasis to excess and to deficiency. Essential vital and organotropic elements do not possess inactive concentrations, that do not act on organism: below and above PHS they, as illustrated by K+, can negatively affect reflexes of the organism and cause undue stresses in regulatory homeostatic systems.

Limitations

Limitations. The methodological approach to the justification of hygienic standards applies only to chemical elements that are integral components of useful physiologically complete drinking water with centralized water supply to the population. This is a distinguishing feature from the development of MPC of harmful substances in the water of drinking sources.

Conclusion

Conclusion. A system of hygienic differentiations of chemical elements in drinking water and a method of justification of their PHS has been developed.

Compliance with ethical standards. The experiment complied with the requirements of the Order of the Ministry of Health of the Russian Federation No. 276, GOST 52379–2005, the European Convention for the Protection of Vertebrates (ETS No. 123), Directive of the European Parliament and of the Council of the European Union 2010/63/EC of 22.09.2010 on the protection of animals used for scientific purposes. The study was approved by the local ethics committee of the Novosibirsk Research Institute of Hygiene of Rospotrebnadzor.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: October 4, 2022 / Accepted: December 8, 2022 / Published: March 25, 2023

калийпитьевая воданормы химических элементовsodiumchemical elementsnormsdrinking waterReferencesТрофимович Е.М. Метаболизм питьевой воды. Гигиенический аспект. В кн.: Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования химического загрязнения окружающей среды и его влияния на здоровье населения: Материалы Пленума Научного совета Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды. М.; 2015: 428–33.Trofimovich E.M. Metabolism of drinking water. hygienic aspect. In: Methodological Problems of Studying, Evaluating and Regulating Chemical Pollution of the Environment and Its Impact on Public Health: Proceedings of the Plenum of the Scientific Council of the Russian Federation on Human Ecology and Environmental Hygiene [Metodologicheskie problemy izucheniya, otsenki i reglamentirovaniya khimicheskogo zagryazneniya okruzhayushchey sredy i ego vliyaniya na zdorov’e naseleniya: Materialy Plenuma Nauchnogo soveta Rossiyskoy Federatsii po ekologii cheloveka i gigiene okruzhayushchey sredy]. Moscow; 2015: 428–33. (in Russian)Кассимерис Л., Лингаппа В.Р., Плоппер Д., ред. Клетки по Льюину. Пер. с англ. М.: Лаборатория знаний; 2021.Cassimeris L., Lingappa V.R., Plopper G., ed. Lewin’s Cells. Jones & Bartlett Publishers; 2011.Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. Пер. с англ. М.: Мир; 1966.Dixon M., Webb E. Enzymes. New York: Academic Press; 1960.Красовский Г.Н., ред. Гигиеническая оценка вредных веществ в воде. М.; 1987.Krasovskiy G.N., ed. Hygienic Assessment of Harmful Substances in Water [Gigienicheskaya otsenka vrednykh veshchestv v vode]. Moscow; 1987. (in Russian)Гольдина И.Р., Надеенко В.Г., Сайченко С.П. Санитарно-токсикологическая оценка марганца при поступлении в организм с питьевой водой. Гигиена и санитария. 1984; 63(11): 82–3.Gol’dina I.R., Nadeenko V.G., Saychenko S.P. Sanitary and toxicological assessment of manganese when ingested with drinking water. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1984; 63(11): 82–3. (in Russian)Сайченко С.П. К обоснованию безопасных уровней ряда металлов по мутагенному эффекту при поступлении в организм с питьевой водой. В кн.: Тезисы 1 Всесоюзного съезда токсикологов. Ростов-на-Дону; 1986: 240–58.Saychenko S.P. To substantiate the safe levels of a number of metals by the mutagenic effect when they enter the body with drinking water. In: Abstracts of the 1st All-Union Congress of Toxicologists [Tezisy 1 Vsesoyuznogo s”ezda toksikologov]. Rostov-na-Donu; 1986: 240–58. (in Russian)Надеенко В.Г., Ленченко В.Г., Красовский Г.Н. Комбинированное действие металлов при поступлении в организм с питьевой водой. Гигиена и санитария. 1987; 66(12): 9–12.Nadeenko V.G., Lenchenko V.G., Krasovskiy G.N. Combined action of metals when entering the body with drinking water [Kombinirovannoye deystviye metallov pri postuplenii v organizm s pit’yevoy vodoy.]. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1987; 66(12): 9–12. (in Russian)Кондратюк В.А. О гигиеническом значении микроэлементов в маломинерализованной питьевой воде. Гигиена и санитария. 1989; 68(2): 81–2.Kondratyuk V.A. On the hygienic significance of trace elements in low-mineralized drinking water. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1989; 68(2): 81–2. (in Russian)Трофимович Е.М. Обмен калия и его гигиеническое значение. Новосибирск; 2004.Trofimovich E.M. Potassium Metabolism and Its Hygienic Significance [Obmen kaliya i ego gigienicheskoe znachenie]. Novosibirsk; 2004. (in Russian)Маршалл В.Дж., Бангерт С.К. Клиническая биохимия. Пер. с англ. М.: БИНОМ; 2021.Marshall W.J., Bangert S.K. Clinical Biochemistry: Metabolic and Clinical Aspects. Elsevier Health Sciences; 2008.Геннис Р.Б. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. М.: Мир; 1997.Gennis R.B. Biomembranes: Molecular Structure and Function. Springer Science & Business Media; 1989.Джаксон М.Б. Молекулярная и клеточная биофизика. Пер. с англ. М.: Бином; 2009.Jackson M.B. Molecular and cellular biophysics. Cambridge: Cambridge University Press; 2006.Doyle D.A., Cabral M.J., Pfutzner R.A., Kuo A., Gulbis J.M., Cohen S.L., et al. The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity. Science. 1998; 280(5360): 69–77. https://doi.org/10.1126/science.280.5360.69Doyle D.A., Cabral M.J., Pfutzner R.A., Kuo A., Gulbis J.M., Cohen S.L., et al. The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity. Science. 1998; 280(5360): 69–77. https://doi.org/10.1126/science.280.5360.69Орлов С.Н., Кольцова С.В., Анфиногенова Я.Д., Капилевич Л.В., Гусакова С.В., Смаглий Л.В. и др. Натрий-калий-хлор-котранспорт в регуляции миогенного тонуса сосудов. Бюллетень сибирской медицины. 2014; 13(6): 165–73.Orlov S.N., Kol’tsova S.V., Anfinogenova Ya.D., Kapilevich L.V., Gusakova S.V., Smagliy L.V., et al. Sodium-potassium-chloride cotransport in the regulation of vascular myogenic tone. Byulleten’ sibirskoy meditsiny. 2014; 13(6): 165–73. (in Russian)Омельянец Н.И. К обоснованию минимально необходимого и максимально допустимого уровней содержания натрия и калия в питьевой воде. Гигиена населённых мест. 1984; 23: 72–7.Omel’yanets N.I. To substantiate the minimum required and maximum allowable levels of sodium and potassium in drinking water. Gigiena naselennykh mest. 1984; 23: 72–7. (in Russian)Будеев И.А., Красовский Г.Н., Рябухин В.Г. Минеральный состав питьевой воды и здоровье населения. Новосибирск; 1985: 3–7.Budeev I.A., Krasovskiy G.N., Ryabukhin V.G. Mineral Composition of Drinking Water and Public Health [Mineral’nyy sostav pit’evoy vody i zdorov’e naseleniya]. Novosibirsk; 1985: 3–7. (in Russian)Jiang Y., Lee F., Chen J., Kaden M., Chait B.T., McKinnon R. The open pore conformation of potassium channel. Nature. 2002; 417(6888): 523–6. https://doi.org/10.1038/417523aJiang Y., Lee F., Chen J., Kaden M., Chait B.T., McKinnon R. The open pore conformation of potassium channel. Nature. 2002; 417(6888): 523–6. https://doi.org/10.1038/417523a.Рахманин Ю.А., Алексеева А.В., Кирьянова Л.Ф., Михайлова Р.И., Севостьянова Е.М., Рыжова И.Н. и др. Гигиенические и технологические решения проблемы устранения йодного дефицита путём йодирования питьевой воды. Вестник Российской академии медицинских наук. 2001; (6): 25–31.Rakhmanin Yu.A., Alekseeva A.V., Kir’yanova L.F., Mikhaylova R.I., Sevost’yanova E.M., Ryzhova I.N., et al. Hygienic and technological solutions to the problem of eliminating iodine deficiency by iodizing drinking water. Vestnik Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2001; (6): 25–31. (in Russian)Трофимович Е.М., Недовесова С.А., Айзман Р.И. Экспериментальная гигиеническая оценка содержания кальция, магния в питьевой воде и уровня её жёсткости. Гигиена и санитария. 2019; 98(8): 811–9. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-8-811-819Trofimovich E.M., Nedovesova S.A., Ayzman R.I. Experimental hygienic estimation of calcium and magnesium concentrations in drinking water, and its hardness. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(8): 811–9. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-8-811-819 (in Russian)Новиков Ю.В., Плитман С.И., Левин А.И. Гигиеническое нормирование минерального уровня магния в питьевой воде. Гигиена и санитария. 1983; 62(9): 7–11.Novikov Yu.V., Plitman S.I., Levin A.I. Hygienic regulation of the mineral level of magnesium in drinking water. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 1983; 62(9): 7–11. (in Russian)Ellinor P.T., Jang Y., Sather W.A., Zhang J.F., Tsien R.W. Ca2+ channel selectivity at a single locus for highaffinity Ca2+ interactions. Neuron. 1995; 15(5): 1121–32. https://doi.org/10.1016/0896-6273(95)90100-0Ellinor P.T., Jang Y., Sather W.A., Zhang J.F., Tsien R.W. Ca2+ channel selectivity at a single locus for highaffinity Ca2+ interactions. Neuron. 1995; 15(5): 1121–32. https://doi.org/10.1016/0896-6273(95)90100-0Калюжная Е.Э., Просеков А.Ю., Волобаев В.П. Генотоксические свойства фторид-иона (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2020; 99(3): 253–8. https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-3-253-258Kalyuzhnaya E.E., Prosekov A.Yu., Volobaev V.P. Genotoxic properties of fluorines (review). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99(3): 253–8. https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-3-253-258 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.