Питьевая и бутилированная вода как природный источник микроэлемента лития

Введение

В СанПиН 2.1.4.1116–02 (с изменениями от 25 февраля 2010 г., 28 июня 2010 г.) литий, селен, цинк, медь, железо, марганец, кобальт, молибден отнесены к токсичным металлам. При этом селен, цинк, медь, железо, марганец, кобальт, молибден являются общепризнанными эссенциальными (жизненно необходимыми) микроэлементами (МЭ), малые дозы которых принципиально необходимы для поддержания жизнедеятельности, репродукции и здоровья человека.

Исследования последних 40 лет указывают на потенциальную роль лития как эссенциального МЭ. В широком смысле эссенциальными называют МЭ, которые должны:

1. постоянно присутствовать в организме;
2. выполнять установленную роль в обеспечении жизнедеятельности;
3. поступать в организм в малых, но достаточных дозах с пищей и с питьевой водой;
4. дефицит которых приводит к различным патологическим изменениям, в том числе нарушению репродуктивных функций.

Рекомендованная для взрослых суточная доза потребления лития (Li) составляет 14,3 мкг/кг массы тела (1 мг/сут для взрослого человека массой тела 70 кг) [1].

Содержание Li в воде зависит от природы горных пород и минералов, физических и химических условий окружающей среды, влияющих на высвобождение лития в водную среду [1]. Это самый лёгкий из щелочных металлов, название дано по греческому слову λιθος (камень) из-за присутствия этого элемента практически во всех горных породах земной коры. Это 27-й по распространённости в природе элемент, содержится в разных источниках воды в широком диапазоне концентраций: от 0,07 до 40 мкг/л в пресной воде и от 170 до 190 мкг/л в морской [2].

Содержание Li в водной среде существенно зависит от географического региона. Например, в США средняя концентрация лития в поверхностных водах может составлять 40 мкг/л или даже выше [3]. В Ирландии уровень варьирует от 20 до 91 мкг/л в течение года [4]. Природная вода (рассолы) с высоким содержанием Li встречается в Аргентине (520–620 мг/л), Боливии (700–900 мг/л) [5], Чили (1400–1500 мг/л) [6], Китае (560–1300 мг/л) [7] и США (200 мг/л) [8]. Это исключительные примеры высокого содержания Li в поверхностных водах.

В грунтовых водах концентрация лития обычно выше, чем в поверхностных: 0,05–150 мкг/л [9]. Поверхностные и подземные воды в некоторых географических регионах Австрии, Аргентины [10] и Чили [11] также содержат более 1000 мг/л Li. Грунтовые воды в районах с умеренным влажным климатом содержат меньше Li, чем в жарких засушливых [12]. Концентрация лития в питьевой воде разных стран колеблется от 0 до 219 (см. таблицу).

Исследования содержания лития в питьевой воде

Концентрация лития в питьевой воде – основной фактор, существенно влияющий на его потребление. Например, в Чили богатые ионами Li солончаки могут содержать до 1500 мг/л Li, а общее потребление может достигать 10 мг/сут без признаков неблагоприятного воздействия на местное население. Рекомендуемая суточная доза потребления лития составляет 0,02 мг/кг/сут, то есть 1,4 мг/кг/сут для взрослого человека весом 70 кг [26]. Сравнительный анализ воздействия лития из различных источников и нормативных значений представлены Американской ассоциацией водопроводных сооружений (American Water Works Association). Оценка неочищенных образцов воды из скважин питьевого и бытового водоснабжения на территории США показала, что концентрации лития составляют 1–396 мкг/л, медианное значение – 8,1 мкг/л [27].

Содержание Li в источниках для приготовления питьевой воды на всей территории США оценивалось на 21 коммунальной станции водоочистки. На основании анализа 369 образцов, отобранных на станциях очистки, медианное содержание лития составило 14 мкг/л (95% ДИ 1–161 мкг/л) в грунтовых водах и 4 мкг/л (95% ДИ 0,5–130 мкг/л) в поверхностных водах. Содержание Li в 56% грунтовых вод и в 13% поверхностных вод превышало 10 мкг/л. Концентрации натрия и лития имели сильную корреляцию (p < 0,001). Концентрации лития в парных образцах, отобранных в исходной воде и в соответствующей очищенной воде, были почти идентичными, что свидетельствует о слабом удалении Li при обычных процессах очистки питьевой воды. Было проведено более 35 000 измерений в источниках воды, которые потенциально могут использоваться для питьевого водоснабжения (Cl⁻ < 250 мг/л). В этих источниках были получены сопоставимые концентрации лития: 18 мкг/л для поверхностных вод и 20 мкг/л для грунтовых [28]. Концентрации лития в подземных и поверхностных источниках, используемых для питья в Юго-Восточной Нигерии (13 природных источников, 24 ручья, 7 колодцев, 80 скважин), составили в среднем 1 ± 0,2 мкг/л (95% ДИ 0,09–1,54 мкг/л). Литий содержали только источники воды, расположенные в регионах Бенин (0,2–7,24 мкг/л) и Бенде-Амеки (0,2–1,97 мкг/л), тогда как в образцах из регионов Нсукка и Маму литий не был обнаружен. Общее потребление элементного Li из питьевой воды (0,64 л для детей и 2 л для взрослых) для всех источников воды составило 79 мкг/сут для детей и 247 мкг/сут для взрослых [29].

В сельских и городских районах Синда (Пакистан) сопоставимое содержание лития найдено в питьевой воде из грунтовых вод (5,12–22,6 мкг/л), в муниципальной очищенной воде (4,2–16,7 мкг/л) и в бутилированной минеральной воде (0,0–16,3 мкг/л). Тем не менее концентрация Li в образцах волос мужчин 25–45 лет, потребляющих именно грунтовые воды, была выше (292–393 мкг/кг), чем у тех, кто пьёт муниципальную очищенную (212–268 мкг/кг) и бутилированную минеральную (145–208 мкг/кг) воду [30].

В питьевой воде, собранной в Сан-Антонио-де-лос-Кобрес и пяти близлежащих деревнях Анд (Аргентина), обнаружены повышенные концентрации мышьяка (до 210 мкг/л), лития (до 1000 мкг/л), цезия (320 мкг/л), рубидия (47 мкг/л) и бора (5950 мкг/л) [31]. Следует отметить, что подавляющее число исследований лития в питьевой (водопроводной) воде связано с подтверждением ассоциации между более высокими уровнями лития в воде и более низким уровнем самоубийств. Например, анализ выборки 3123 измерений лития в воде источников общественного водоснабжения штата Техас был изучен относительно уровня самоубийств в 226 округах. Результаты подтверждают, что более высокий уровень лития в общественной питьевой воде связан с более низким уровнем самоубийств [25]. В связи с большим объёмом научных данных о связи низкого и очень низкого уровня лития в питьевой воде с повышенным риском самоубийств, суицидальных попыток, социально опасного агрессивного поведения, склонности к алкоголизму, игромании, наркомании более подробно данный вопрос будет рассмотрен в отдельной статье.

Определена концентрация лития в 381 образце минеральных вод из Германии. Анализ данных указал на градиент анализируемых концентраций лития с северо-востока на юго-запад. Концентрация лития в воде достоверно коррелировала с уровнями натрия (r = 0,81), калия (r = 0,716), магния (r = 0,361). На основе систематического скрининга минеральные воды трёх наименований с низкой (1,7 мкг/л), средней (171 мкг/л) и высокой концентрацией лития (1724 мкг/л) были использованы для исследования биодоступности лития у здоровых добровольцев мужского пола. В рандомизированном перекрёстном исследовании добровольцы выпивали 1,5 л соответствующей минеральной воды, а концентрации лития в сыворотке крови и моче измеряли в течение 24 ч. Потребление минеральных вод со средним и высоким содержанием лития приводило к дозозависимому ответу концентрации лития в сыворотке крови и общей экскреции лития с мочой. Таким образом, богатые литием минеральные и лечебные воды могут быть важным источником лития с высокой биодоступностью [32].

Метаанализ 157 публикаций показал, что средняя концентрация Li в различных образцах питьевой воды составила 5,4 мкг/л (95% ДИ 5,3–5,5 мкг/л). Средняя концентрация Li в грунтовых водах (40,4 мкг/л) была в 14,5 раза выше, чем в поверхностных (2,8 мкг/л). Самое высокое содержание Li в воде было отмечено в Мексике (2209 мкг/л), Боливии (1444 мкг/л), Ираке (1350 мкг/л) и Аргентине (516 мкг/л). В то же время самое низкое содержание Li в воде отмечено в Марокко (1,2 мкг/л), Испании (0,5 мкг/л), Индии (0,1 мкг/л) [33].

Литий в бутилированной воде

Установлено, что концентрации лития в поверхностных, грунтовых или подземных водах в определённой области проживания человека и, следовательно, в водопроводной воде не всегда отражают потребление этого элемента в популяции, поскольку обследуемые лица могут потреблять бутилированную минеральную воду, производимую в регионах, удалённых от места их проживания. Многие люди потребляют значительное количество именно бутилированной воды, которая может не только содержать неизвестные и широко варьирующиеся концентрации лития, но даже рекламироваться как имеющая высокое содержание лития.

Например, в США, согласно данным Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств и Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (англ. Food and Drug Administration, FDA, USFDA, букв. «Управление еды и лекарств») (FDA), продаваемая в продуктовых магазинах питьевая бутилированная вода Lithia Spring Water (содержит 500 мкг/л карбоната лития) рекламируется как «Целебная вода Земли», которая действует как иммуностимулятор и поддерживает функции нейронов, улучшает настроение [34].

Определение концентраций ионов Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Li⁺ и Sr²⁺ в бутилированной минеральной питьевой воде 11 наименований показало нижние пределы обнаружения (Na – 4,4 мкг/мл, Mg – 21 мкг/мл, Ca – 56 мкг/мл, Li – 11 мкг/мл, Sr – 84 мкг/мл) и относительное стандартное отклонение в диапазоне 1,3–5,5% [35].

Анализ содержания лития в бутилированной природной минеральной воде 18 наименований позволил разделить её на две группы: с низким содержанием Li (до 11 мкг Li/л) и с высоким содержанием Li (более 100 мкг/л). Самые высокие концентрации Li (> 1500 мкг Li/л) наблюдались в сильно минерализованных гидрокарбонатных водах естественной газации (> 250 мг/л свободного CO₂). Как источник Li высокой биодоступности эти природные минеральные воды являются естественным источником лития, но их потребление должно быть контролируемым, в том числе из-за высокого содержания Na⁺ и F⁻. В частности, потребление всего лишь 250 мл/сут (1 стакан) природной минеральной воды Vidago (Португалия, 2220 мкг Li/л) может обеспечить до 50% от суточной потребности Li – 1 мг/сут для взрослого с массой тела 70 кг [36].

Содержание лития в 160 различных напитках было проанализировано с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой: по сравнению со средней концентрацией в минеральных водах (108 мкг/л) оно было существенно меньше (в вине – 11,6 ± 1,97 мкг/л, в пиве – 8,5 ± 0,77 мкг/л, в энергетических напитках – 10,2 ± 2,95 мкг/л, в чае – 2,8 ± 0,65 мкг/л и в кофе – 0,1 ± 0,02 мкг/л). Исследование с использованием Drosophila melanogaster показало, что только минеральная вода с высоким содержанием лития (1600 мкг/л) достоверно увеличивала концентрацию лития в организме самок и самцов. Вино, пиво, безалкогольные и энергетические напитки, чай и кофе являются продуктами питания с низким содержанием лития и не могут вносить существенный вклад в обеспеченность организма этим элементом [37].

В России источники питьевой воды содержат в основном чрезвычайно малые количества лития (от 3 до 160 мкг/л [24]), что в целом соответствует данным других стран (0–219 мкг/л) (см. таблицу). Например, при исследовании воды 212 скважин, в том числе 150 в коллективных садах и 62 в коттеджных посёлках Екатеринбурга, обнаружены уровни лития 4 ± 0,5 мкг/л (95% ДИ 3–6 мкг/л) [38]. Поэтому для восполнения дефицита Li россиянам необходимо использовать специальную бутилированную воду или витаминно-минеральные комплексы на основе нетоксичных солей лития с органическими анионами (аскорбат лития, цитрат лития, оротат лития и др.).

Анализ природных лечебно-столовых вод, представленных на российском рынке, показал, что единственной водой с достаточно высоким содержанием лития является минеральная вода природной газации Билинска Киселка (Bilinska Kyselka), производимая на богемских территориях с середины XVII века. По утверждениям производителя, данная вода содержит от 3,6 до 4,8 мг элементного лития в 1 л, так что 1 стакан данной лечебно-столовой воды может восполнять возможную суточную потребность здорового человека в литии (1 мг/сут) [39].

Заключение

Таким образом, наличие лития установлено в воде из различных природных источников, в том числе и в питьевых водах, но в широком диапазоне концентраций. Обеспеченность организма человека микродозами Li зависит в значительной мере от того, является ли тот или иной регион литий-достаточным или литий-дефицитным. Повышение обеспеченности организма человека литием возможно с помощью природной, в том числе и бутилированной воды, содержащей эссенциальные микродозы лития.