Введение

medlit

Гигиена и санитария

Hygiene and Sanitation

0016-99002412-0650

Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman

10.47470/0016-9900-2023-102-3-229-234

medlit-2987

Research Article

ГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ENVIRONMENTAL HYGIENE

О содержании и контроле кремния в воде водоисточников и питьевой воде (обзор литературы)

On the content and control of silicon in water sources and drinking water (literature review)

https://orcid.org/0000-0003-2067-8014

Рахманин

Юрий А.

Rakhmanin

Yurii A.

noemail@neicon.ru

https://orcid.org/0000-0001-6751-6149

Егорова

Наталия Александровна

Egorova

Natalija A.

Доктор мед. наук, вед. науч. сотр. отд. гигиены, НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: NEgorova@cspmz.ru

MD, PhD, DSci., leading researcher of the Hygiene department of the Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: NEgorova@cspmz.ru

NEgorova@cspmz.ru

https://orcid.org/0000-0001-7194-9131

Михайлова

Руфина И.

Mikhailova

Rufina I.

noemail@neicon.ru

https://orcid.org/0000-0003-0696-5359

Рыжова

Ирина Н.

Ryzhova

Irina N.

noemail@neicon.ru

https://orcid.org/0000-0001-9616-4517

Кочеткова

Марина Г.

Kochetkova

Marina G.

noemail@neicon.ru

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства; ФБУН «Федеральный научный центр гигиены имени Ф.Ф. Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияCentre for Strategic Planning of FMBA of Russia; Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman» of the Federal Service for Supervision in Protection of the Rights of Consumer and Man WellbeingRussian Federation

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCentre for Strategic Planning of FMBA of RussiaRussian Federation

2023

24042023

1023229234

2023

Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Кочеткова М.Г.

Rakhmanin Y.A., Egorova N.A., Mikhailova R.I., Ryzhova I.N., Kochetkova M.G.

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/2987

Введение

Введение. Присутствие соединений кремния (Si) в воде водоисточников и питьевой воде остаётся актуальной проблемой, поскольку всё ещё нет достаточного понимания роли этого элемента в предупреждении и развитии болезней человека. Не сформировано единого мнения и о необходимости установления гигиенических предельно допустимых концентраций (ПДК) кремния, а также о целесообразности контроля его содержания в воде. Существуют противоположные точки зрения на действие присутствующего в питьевой воде Si: одни исследователи однозначно настаивают на положительных его эффектах, другие — на отрицательном влиянии на здоровье человека. Ни одна из этих точек зрения не является полностью подтверждённой и окончательно доказанной.

Методы поиска литературы

Методы поиска литературы: по базам научных данных Scopus, CyberLeninka, PubMed; выборочный; аналитико-синтетический; типологический.

Основная часть

Основная часть. В обзоре приводятся данные, свидетельствующие о значимости контроля содержания кремния в питьевой воде. Рассматриваются результаты ряда исследований, посвящённых оценке способности кремния, поступающего с питьевой водой, противодействовать токсическому действию алюминия на ткани головного мозга, таким образом снижая риск развития деменции и болезни Альцгеймера. Приводятся примеры изучения возможной связи содержания кремния в питьевой воде с увеличением случаев хронических болезней почек невыясненной этиологии (на примерах Индии и Индонезии), а также данные об отрицательных последствиях для здоровья длительного употребления кремнийсодержащей воды в кремниевой провинции Чувашии. Обобщены сведения о содержании кремния в воде водоисточников и питьевой воде в Российской Федерации и за рубежом, а также об используемых в настоящее время методах аналитического контроля кремния в воде.

Заключение

Заключение. Многие вопросы контроля содержания кремния в питьевой воде и воде водоисточников остаются нерешёнными, для ответа на них необходимы совместные действия токсикологов, эпидемиологов, химиков, специалистов по гигиене и санитарной охране водоёмов.

Участие авторов

Участие авторов: Рахманин Ю.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи; Егорова Н.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста, редактирование; Михайлова Р.И. — концепция и дизайн исследования, редактирование, ответственность за целостность всех частей статьи; Рыжова И.Н. — концепция и дизайн статьи, сбор и обработка материала; Кочеткова М.Г. — сбор и обработка материала, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 02.02.2023 / Принята к печати: 24.03.2023 / Опубликована: 20.04.2023

Introduction

Introduction. The problem of the presence of silicon in water sources and drinking water remains relevant, since there is still no sufficient understanding of the role of silicon contained in drinking water in the prevention and development of human diseases, there is no consensus on the need to establish hygienic maximum concentration limits for silicon and the feasibility of monitoring the silicon content in water. There are two opposing points of view on the effect of silicon presented in drinking water: on its definitely positive effects, and on its negative impact on human health. None of these points of view is fully confirmed and definitively proven.

Literature Search Methods. Literature search methods on Scopus, CyberLeninka, PubMed databases: selective, analytical-synthetic, typological.

The main part

The main part. The review provides evidence of the importance of controlling the content of silicon in drinking water. The results of a number of studies devoted to assessing the ability of silicon supplied with drinking water to counteract the toxic effect of aluminum on brain tissue, thus reducing the risk of dementia and Alzheimer’s disease, are considered. Examples are given of studying the possible relationship between silicon content in drinking water and an increase in cases of chronic kidney disease of unknown etiology (on the examples of India and Indonesia), and the data on the negative health effects of long-term drinking of silicon-containing water in the silicon province of Chuvashia. Information is also given on the content of silicon in the water of water sources and drinking water in the Russian Federation and abroad, also the currently used methods for the analytical control of silicon in water.

Conclusion

Conclusion. The problem of the content and control of silicon in drinking water and water sources includes many unresolved issues, which will be considered by the joint actions of toxicologists, epidemiologists, chemists, specialists in hygiene and sanitary protection of water bodies.

Contribution

Contribution: Rakhmanin Yu.A. — concept and design of the study, editing, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article; Mikhailova R.I. — concept and design of the study, editing; Egorova N.A. — concept and design of the study, collection and processing of material, writing text, editing; Ryzhova I.N. — concept and design of the study, collection and processing of material; Kochetkova M.G. — collection and processing of material, approval of the final version of the article.

Conflict of interest

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

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: February 2, 2022 / Accepted: March 24, 2022 / Published: April 20, 2023

кремний в воде водоисточников и питьевой водеэффекты в организмеметоды контроля в водеобзор

silicon in water sources and drinking watereffects in the bodywater control methodsreview

References1

Вапиров В.В., Феоктистов В.М., Венскович А.А., Вапирова Н.В. К вопросу о поведении кремния в природе и его биологической роли. Учёные записки Петрозаводского государственного университета. 2017; (2): 95–102.

Vapirov V.V., Feoktistov V.M., Venskovich A.A., Vapirova N.V. On silicon’s behavior and its biological role in nature. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. 2017; (2): 95–102. (in Russian)

Мокиенко А.В. Кремний в воде: от токсичности к эссенциальности. Вісник морської медицини. 2020; (4): 136–43. https://doi.org/10.5281/zenodo.4430795

Mokienko A.V. Silicon in water: from toxicity to essence. Vіsnik mors’koї meditsini. 2020; (4): 136–43. https://doi.org/10.5281/zenodo.4430795 (in Russian)

Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Красовский Г.Н., Михайлова Р.И., Алексеева А.В. Кремний, его биологическое действие при энтеральном поступлении в организм и гигиеническое нормирование в питьевой воде. Обзор литературы. Гигиена и санитария. 2017; 96(5): 492–8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-5-492-498

Rakhmanin Yu.A., Egorova N.A., Krasovskiy G.N., Mikhaylova R.I., Alekseeva A.V. Silicon: its biological impact under dietary intake and hygienic standardization of its content in drinking water. A review. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2017; 96(5): 492–8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-5-492-498 (in Russian)

Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Кочеткова М.Г. О гигиеническом нормировании соединений кремния в питьевой воде (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2021; 100(10): 1077–83. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-10-1077-1083

Rakhmanin Yu.A., Egorova N.A., Mikhaylova R.I., Ryzhova I.N., Kochetkova M.G. On the hygienic rating of silicon compounds in drinking water (literature review). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2021; 100(10): 1077–83. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-10-1077-1083 (in Russian)

Shu W.Q., Luo J.H., Zhang J.J. The relationship between soluble silicate acid in drinking water and food and human health. Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi. 2020; 54(6): 702–7. https://doi.org/10.3760/cma.j.cn112150-20200318-00378 (in Chinese)

Martin K.R. Silicon: the health benefits of a metalloid. Met. Ions. Life Sci. 2013; 13: 451–73. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_14

Бельмер С.В., Гасилина Т.В. Микроэлементы и микроэлементозы и их значение в детском возрасте. Вопросы современной педиатрии. 2008; 7(6): 91–6.

Bel’mer S.V., Gasilina T.V. Microelements and microelementosis and their significance in childhood. Voprosy sovremennoy pediatrii. 2008; 7(6): 91–6. (in Russian)

Mehri A. Trace elements in human nutrition (II) – an update. Int. J. Prev. Med. 2020; 11: 2. https://doi.org/10.4103/ijpvm.ijpvm_48_19

Сусликов В.Л., Толмачева Н.В. Эколого-биогеохимическое зонирование территорий – необходимый этап изучения причинно-следственных связей атеросклероза и его последствий. Фундаментальные исследования. 2007; (12–1): 127–30.

Suslikov V.L., Tolmacheva N.V. Ecological and biogeochemical zoning of territories is a necessary stage in the study of the cause-and-effect relationships of atherosclerosis and its consequences. Fundamental’nye issledovaniya. 2007; (12–1): 127–30. (in Russian)

Толмачева Н.В. Методология и принципы гигиенического нормирования оптимальных концентраций и соотношений макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевом рационе. Вестник Чувашского университета. 2010; (3): 154–61.

Tolmacheva N.V. Methodology and principles of hygienic norming of optimal concentration and correlations of macro- and trace elements in drinking water and food diet. Vestnik Chuvashskogo universiteta. 2010; (3): 154–61. (in Russian)

Толмачева Н.В. Эколого-физиологическое обоснование оптимальных уровней макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевых рационах: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 2011.

Tolmacheva N.V. Ecological and physiological substantiation of optimal levels of macro- and microelements in drinking water and food rations: Autoabstract of Diss. Moscow; 2011. (in Russian)

Сапожников С.П., Голенков А.В. Роль биогеохимических факторов в развитии краевой патологии. Микроэлементы в медицине. 2001; 2(3): 70–2.

Sapozhnikov S.P., Golenkov A.V. The role of biogeochemical factors in local pathology formation. Mikroelementy v meditsine. 2001; 2(3): 70–2. (in Russian)

Gifford F.J., Gifford R.M., Eddleston M., Dhaun N. Endemic Nephropathy Around the World. Kidney Int. Rep. 2017; 2(2): 282–92. https://doi.org/10.1016/j.ekir.2016.11.003

Jolly A.M., Thomas J. Chronic kidney disease of unknown etiology in India: a comparative study with Mesoamerican and Sri Lankan nephropathy. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(11): 15303–17. https://doi.org/10.1007/s11356-021-16548-w

Khan M.M.A., Umar R. Significance of silica analysis in groundwater in parts of Central Ganga Plain, Uttar Pradesh, India. Curr. Sci. 2010; 98(9): 1237–40.

Gupta V.B., Anitha S., Hegde M.L., Zecca L., Garruto R.M., Ravid R., et al. Aluminium in Alzheimer’s disease: are we still at a crossroad? Cell Mol. Life Sci. 2005; 62(2): 143–58. https://doi.org/10.1007/s00018-004-4317-3

Gillette-Guyonnet S., Andrieu S., Nourhashemi F., de La Guéronnière V., Grandjean H., Vellas B. Cognitive impairment and composition of drinking water in women: findings of the EPIDOS Study. Am. J. Clin. Nutr. 2005; 81(4): 897–902. https://doi.org/10.1093/ajcn/81.4.897

Gillette Guyonnet S., Andrieu S., Vellas B. The potential influence of silica present in drinking water on Alzheimer’s disease and associated disorders. J. Nutr. Health Aging. 2007; 11(2): 119–24.

Gonzalez-Muñoz M.J., Meseguer I., Sanchez-Reus M.I., Schultz A., Olivero R., Benedí J., et al. Beer consumption reduces cerebral oxidation caused by aluminum toxicity by normalizing gene expression of tumor necrotic factor alpha and several antioxidant enzymes. Food Chem. Toxicol. 2008; 46(3): 1111–8. https://doi.org/10.1016/j.fct.2007.11.006

Sánchez-Muniz F.J., Macho-González A., Garcimartín A., Santos-López J.A., Benedí J., Bastida S., et al. The nutritional components of beer and its relationship with neurodegeneration and Alzheimer’s disease. Nutrients. 2019; 11(7): 1558. https://doi.org/10.3390/nu11071558

Jurkić L.M., Cepanec I., Pavelić S.K., Pavelić K. Biological and therapeutic effects of ortho-silicic acid and some ortho-silicic acid-releasing compounds: New perspectives for therapy. Nutr. Metab. (Lond). 2013; 10(1): 2. https://doi.org/10.1186/1743-7075-10-2

Noremberg S., Bohrer D., Schetinger M.R., Bairros A.V., Gutierres J., Gonçalves J.F., et al. Silicon reverses lipid peroxidation but not acetylcholinesterase activity induced by long-term exposure to low aluminum levels in rat brain regions. Biol. Trace Elem. Res. 2016; 169(1): 77–85. https://doi.org/10.1007/s12011-015-0392-6

Beardmore J., Lopez X., Mujika J.I., Exley C. What is the mechanism of formation of hydroxyaluminosilicates? Sci. Rep. 2016; 6: 30913. https://doi.org/10.1038/srep30913

Jacqmin-Gadda H., Commenges D., Letenneur L., Dartigues J.F. Silica and aluminum in drinking water and cognitive impairment in the elderly. Epidemiology. 1996; 7(3): 281–5. https://doi.org/10.1097/00001648-199605000-00011

Rondeau V., Jacqmin-Gadda H., Commenges D., Helmer C., Dartigues J.F. Aluminum and silica in drinking water and the risk of Alzheimer’s disease or cognitive decline: findings from 15-year follow-up of the PAQUID cohort. Am. J. Epidemiol. 2009; 169(4): 489–96. https://doi.org/10.1093/aje/kwn348

Taylor G.A., Newens A.J., Edwardson J.A., Kay D.W., Forster D.P. Alzheimer’s disease and the relationship between silicon and aluminium in water supplies in northern England. J. Epidemiol. Community Health. 1995; 49(3): 323–4. https://doi.org/10.1136/jech.49.3.323

Khandare A.L., Reddy Y.S., Balakrishna N., Rao G.S., Gangadhar T., Arlappa N. Role of drinking water with high silica and strontium in chronic kidney disease: an exploratory community-based study in an Indian village. Indian J. Comm. Health. 2015; 27(1): 95–102.

Mascarenhas S., Mutnuri S., Ganguly A. Deleterious role of trace elements – silica and lead in the development of chronic kidney disease. Chemosphere. 2017; 177: 239–49. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.02.155

Reddy D.V., Gunasekar A. Chronic kidney disease in two coastal districts of Andhra Pradesh, India: role of drinking water. Environ. Geochem. Health. 2013; 35(4): 439–54. https://doi.org/10.1007/s10653-012-9506-7

ATSDR. Toxicological Profile for Silica; 2019.

Rauf A.U., Mallongi A., Daud A., Hatta M., Astuti R.D.P. Ecological risk assessment of hexavalent chromium and silicon dioxide in well water in Maros Regency, Indonesia. Gac. Sanit. 2021; 35(S1): 54–8. https://doi.org/10.1016/j.gaceta.2020.12.002

John O., Gummudi B., Jha A., Gopalakrishnan N., Kalra O.P., Kaur P., et al. Chronic kidney disease of unknown etiology in India: What do we know and where we need to go. Kidney Int. Rep. 2021; 6(11): 2743–51. https://doi.org/10.1016/j.ekir.2021.07.031

Титова А.Г. Исследование подземных вод Хабаровского района и оценка возможности их использования в питьевых целях. Учёные заметки Тихоокеанского государственного университета. 2013; 4(3): 9–21.

Titova A.G. Groundwater investigation Khabarovsk district and evaluation possibility of using it for drinking. Uchenye zametki Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013; 4(3): 9–21. (in Russian)

Нефедьева Т.А., Благовещенская Н.В. Качество родниковой воды Ульяновской области. Ульяновский медико-биологический журнал. 2018; (4): 143–55. https://doi.org/10.23648/UMBJ.2018.32.22704

Nefed’eva T.A., Blagoveshchenskaya N.V. Quality of spring water in Ulyanovsk region. Ul’yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2018; (4): 143–55. https://doi.org/10.23648/UMBJ.2018.32.22704 (in Russian)

Нефедьева Т.А., Благовещенская Н.В. Оценка качества родниковых вод Ульяновской области. Проблемы региональной экологии. 2020; (6): 5–9. https://doi.org/10.24412/1728-323X-2020-6-5-9

Nefed’eva T.A., Blagoveshchenskaya N.V. Assessment of spring water quality in the Ulyanovsk region. Problemy regional’noy ekologii. 2020; (6): 5–9. https://doi.org/10.24412/1728-323X-2020-6-5-9 (in Russian)

Кику П.Ф., Кислицына Л.В., Богданова В.Д., Сабирова К.М. Гигиеническая оценка качества питьевой воды и риски для здоровья населения Приморского края. Гигиена и санитария. 2019; 98(1): 94–101. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-1-94-101

Kiku P.F., Kislitsyna L.V., Bogdanova V.D., Sabirova K.M. Hygienic evaluation of the quality of drinking water and risks for the health of the population of the Primorye territory. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(1): 94–101. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-1-94-101 (in Russian)

Shiyan L.N., Tropina E.А., Machekhina K.I., Gryaznova E.N., An V.V. Colloid stability of iron compounds in groundwater of Western Siberia. Springerplus. 2014; (3): 260. https://doi.org/10.1186/2193-1801-3-260

Костикова Л.А., Шиян Л.Н., Мачехина К.И., Егоров Н.Б. Образование кремнийорганических соединений в процессах очистки воды. Известия Томского политехнического университета. 2016; 327(1): 60–7.

Kostikova L.A., Shiyan L.N., Machekhina K.I., Egorov N.B. Formation of organosilicon compounds in water purification processes. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2016; 327(1): 60–7. (in Russian)

Гимранов Ф.М., Беляев А.Н., Флегентов И.В., Вахрушева О.М., Лысов Д.С. Актуализация вопроса обескремнивания подземных водоисточников для г. Кирова и перспективные направления его решения. Вестник Казанского технологического университета. 2016; 19(6): 141–4.

Gimranov F.M., Belyaev A.N., Flegentov I.V., Vakhrusheva O.M., Lysov D.S. Actualization of the issue of underground water sources desilinization for the city of Kirov and promising directions for its solution. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016; 19(6): 141–4. (in Russian)

Коньшина Л.Г. Оценка качества воды источников нецентрализованного водоснабжения Екатеринбурга и его окрестностей. Гигиена и санитария. 2016; 95(5): 413–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-5-413-416

Kon’shina L.G. The assessment of the quality of water from sources of decentralized water supply of Ekaterinburg and surrounding areas. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; (5): 413–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-5-413-416 (in Russian)

Леженина С.В. Гигиеническая оценка причинно-следственных связей язвенной болезни с биогеохимическими факторами. Автореф. дисс. … канд. мед. наук. Казань; 2000.

Lezhenina S.V. Hygienic assessment of causal relationships of peptic ulcer with biogeochemical factors: Diss. Kazan’; 2000. (in Russian)

Сапожников С.П. Влияние эколого-биогеохимических факторов среды обитания на функциональное состояние и здоровье населения Чувашии: Автореф. дисс. … д-ра мед. наук. М.; 2001.

Sapozhnikov S.P. The influence of ecological and biogeochemical factors of the environment on the functional state and health of the population of Chuvashia. Autoabsttract of Diss. Moscow; 2001. (in Russian)

American Public Health Association. Standard methods for examination of water and wastewater. Washington; 2017.

Камбалина М.Г., Пикула Н.П., Гусева Н.В. Выбор метода определения концентрации кремния в природных водах разных типов. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2014; 57(11): 15–8.

Kambalina M.G., Pikula N.P., Guseva N.V. Selection of a method for determining the concentration of silicon in natural waters of different types. Izvestiya VUZov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2014; 57(11): 15–8. (in Russian)

Камбалина М.Г., Скворцова Л.Н., Мазурова И.С., Гусева Н.В. К вопросу о методах определения растворимых соединений кремния в воде и способах ее обескремнивания. Известия Томского политехнического университета. 2013; 323(3): 18–22.

Kambalina M.G., Skvortsova L.N., Mazurova I.S., Guseva N.V. On the issue of methods for determining silicon soluble compounds in water and the techniques of its desiliconization. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2013; 323(3): 18–22. (in Russian)

Junnila S.K. Nanocolloidal amorphous silica in drinking water as an autoimmunity trigger in Finland. Med. Hypotheses. 2011; 77(5): 815–7. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2011.07.044

Junnila S.K. Type 1 diabetes epidemic in Finland is triggered by zinc-containing amorphous silica nanoparticles. Med. Hypotheses. 2015; 84(4): 336–40. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2015.01.021

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