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

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

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

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

1. 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.

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

3. 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

4. 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

5. 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)

6. 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

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

8. 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

9. 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.

10. 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.

11. 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.

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

13. 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

14. 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

15. 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.

16. 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

17. 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

18. 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.

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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.

28. 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

29. 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

30. ATSDR. Toxicological Profile for Silica; 2019.

31. 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

32. 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

33. 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.

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

38. 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.

39. 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.

40. 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

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

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

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

44. 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.

45. 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.

46. 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

47. 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