Вода как фактор биосферы. Физиолого- гигиеническое значение воды
Вода является одним из объектов окружающей среды, она необходима для жизни человека, растений и животных. Без пищи человек может прожить более месяца, а без воды лишь несколько дней. Обезвоживание ведет к необратимым последствиям и гибели организма. Все водные запасы на Земле объединяются понятием «гидросфера». Под гидросферой- подразумевается комплекс водных объектов, включающий океаны, моря, реки, озера, водохранилища, болота, подземные воды, ледники, снежный покров и капельно-жидкую воду в атмосфере. Гидросфера имеет огромное значение для жизни и здоровья человечества. Она регулирует климат планеты, обеспечивает хозяйственную и промышленную деятельность людей, являясь ее условием и объектом, входит в состав всех живых организмов, населяющих землю, в том числе и в состав тела человека, выполняя в нем роль структурного компонента, растворителя и переносчика питательных веществ, вода участвует в биохимических процессах, регулирует теплообмен с окружающей средой. Основными проблемами гигиены, связанными с гидросферой планеты, являются условия обеспеченности населения водой, ее качество и возможности его повышения. До недавнего времени эти проблемы не стояли столь остро в связи с относительной чистотой природных водоисточников и их достаточным количеством, а в последние десятилетия ситуация резко изменилась. Огромная концентрация городского населения, резкое увеличение промышленных, транспортных, сельскохозяйственных, энергетических и других антропогенных выбросов привели к нарушению качества воды, появлению в водоисточниках не свойственных природной среде химических, радиоактивных и биологических агентов. Все это делает эффективное водоснабжение населения ведущей проблемой современной гигиены.
Физиологическое значение воды определяется тем,что она входит в состав всех биологических тканей организма человека и составляет около 60-70 % массы тела. В костях содержится 22 % воды,в жировой ткани 30,в печени 70,в мышце сердца 79,в почках 83,в стекловидном теле 99%.
Живой клетке вода требуется для сохранения структуры и нормального функционирования. Вода выполняет некоторую общерегуляторную функцию на клеточном уровне с воздействием практически на все структуры клетки. Вода не только участвует в организации пространственной структуры биологических мембран, но и активно влияет на происходящие в них процессы. Нарушение структуры клетки приводит к повышению проницаемости клеточной мембраны. Установлено, что старение организма связано со способностью тканей удерживать воду. С возрастом ее количество в организме уменьшается.
Вода - универсальный растворитель. Вследствие полярности молекул она обладает наибольшей способностью ослаблять связи между частицами, молекулами и ионами многих веществ. Это имеет значение для солевого обмена организма. Всасывание солей в кишечнике возможно благодаря тому, что они растворены в воде. Поступая в кровь, соли влияют на важнейшую биологическую константу организма - осмотическое давление крови. Вода снижает осмотическое давление, а соли его повышают. Вода выступает как основа кислотно-щелочного равновесия в организме - важнейшего фактора, определяющего скорость и направление многих биохимических реакций в тканях и органах, так как в воде соли, кислоты и щелочи не только растворяются, но и диссоциируют. Вода участвует во многих химических реакциях в организме.
Она является основой кислотно-щелочного равновесия, участвует во всех химических реакциях в организме. Вода служит основной составной частью крови, секретов и экскретов организма. В связи с этим важной функцией воды в организме является транспорт в организм многих солей, микроэлементов и питательных веществ, например углеводов и витаминов. Одновременно вода участвует в выведении шлаков и токсичных веществ с потом, мочой, слюной.
Велика роль воды и в терморегуляции организма. Вода непрерывно выделяется через почки, легкие, кишечник, кожу, при этом организм отдает в окружающую среду значительное количество тепла. Так, при испарении пота человек теряет около 30% тепловой энергии. Существует и контактный путь отдачи тепла при купании в открытых водоемах.
При определении оптимального питьевого режима человека нужно помнить, что одним из механизмов саморегуляции питьевого режима является жажда. Возникновение жажды связано с водно-электролитным балансом в организме и обусловлено нарушением осмотического давления. Изменение водно-электролитного баланса нарушает проницаемость клеточных мембран и изменяет перемещение через них растворенных в воде веществ. Появление жажды служит первым сигналом сдвига водно-электролитного баланса в сторону увеличения концентрации солей в тканях и запуска механизма саморегуляции осмотического давления. Сдвиги осмотического давления компенсируются деятельностью почек, легких, кожи, эндокринной системы, водно-электролитными депо печени, мышц и других органов. Однако регулирующая роль в нормализации водно-электролитного баланса принадлежит нервной системе, которая активизирует или подавляет все эти процессы, получая сигналы от осморецепторов, находящихся в тканях и стенках сосудов. Механизм формирования жажды имеет одну особенность. Ученые показали, что субъективное ощущение жажды включается очень быстро и долго сохраняется, особенно при избыточном потреблении солей, что как бы защищает человека от опасного для жизни недостатка воды. Излишнее содержание жидкости в организме не вызывает заметных субъективных ощущений. В связи с этим перегрузка жидкостью может привести к нарушению механизмов саморегуляции.
В обычных условиях количество выпиваемой жидкости не должно превышать 1 -1,5л/сут. Дополнительно с продуктами питания поступает 1 -1,2л воды. Кроме того, в результате окисления пищевых веществ образуется до 0,5 л воды. Таким образом, при номинальной физической нагрузке и в благоприятных климатических условиях организму человека требуется около 3 л воды. Однако в жарком климате и при тяжелых физических нагрузках потеря воды из-за усиленного потоотделения может возрасти до 10 и даже 12 л/сут. Наряду с обезвоживанием в подобной ситуации особо опасно выведение из организма больших количеств солей калия и натрия, что может повлечь за собой выраженные изменения водно-электролитного баланса, нарушение мембранных процессов и как следствие судорожную болезнь и необратимые изменения в сердечной мышце и других органах. Профилактика таких неблагоприятных явлений состоит в достаточном, соответствующем потерям дробном приеме жидкости, поваренной соли и препаратов калия.
Наряду с обеспечением физиологических функций организма вода имеет важнейшее гигиеническое значение и рассматривается как ведущий показатель санитарного благополучия населения. Качество воды рассматривается как ведущий показатель санитарного благополучия населения.
Доброкачественная вода необходима человеку для поддержания чистоты тела и закаливания, уборки жилища, приготовления пиши и мытья посуды, стирки белья, поливки улиц и площадей. Много воды расходуется на уход за зелеными насаждениями.
27 . Органолептические показатели питьевой воды. Питьевая вода должна обладать хорошими органолептическими свойствами, т.е. быть прозрачной, бесцветной, неокрашенной, без привкусов и запаха, иметь освежающую температуру и не содержать видимых примесей.
*Температура воды. Оптимальной для физиологических потребностей человека температурой питьевой воды является 8-15⁰С - она оказывает приятное освежающее действие, лучше утоляет жажду, быстрее всасывается, стимулирует секреторную и моторную деятельность желудочно-кишечного трата. Температура воды 25⁰С плохо утоляет жажду, температура 25-35⁰С неприятна и вызывает рвотный рефлекс.
Нормирование органолептических свойств воды ведется по двум направлениям: по интенсивности восприятия человеком запаха, привкуса, цветности и мутности, а также по концентрации в воде химических веществ, влияющих на ее органолептические свойства. Органолептические показатели питьевой воды должны соответствовать нормативам, представленным в табл. 2.
Таблица 2 Органолептические показатели питьевой воды
Примечание: величина, указанная в скобках, может быть установлена на основании санитарно-эпидемиологической обстановки.
1)Запах воды. Характер и интенсивность запаха определяют по ощущению воспринимаемого запаха. Различают две группы запахов: запахи естественного и искусственного происхождения.
Запахи естественного происхождения обусловлены живущими и отмирающими в воде организмами, влиянием берегов, дна, почв, грунтов и т.д. Так, присутствие в воде растительных остатков придает ей землистый, илистый или болотный запах; при цветении вода имеет ароматический запах; наличие сероводорода придает воде запах тухлых яиц; при гниении органических веществ или загрязнении ее нечистотами возникает гнилостный, сероводородный или фекальный запах. Запахи искусственного происхождения возникают при загрязнении воды промышленными и другими сточными водами (фенольный, камфорный, аптечный, хлорный, металлический, бензиновый и т.п.). Интенсивность запаха питьевой воды оценивается по 5-ти балльной системе, представленной в табл. 1. Запах воды не должен превышать 2-х баллов.
Таблица 1 Оценка интенсивности запаха
2)Вкус и привкус. Питьевая вода должна быть приятной, иметь освежающий вкус без какого-либо постороннего привкуса. Вкус воды зависит от минерального состава воды, температуры ее и растворенных газов. Различают четыре основных вкусовых ощущения: соленое, кислое, сладкое, горькое. Все другие вкусовые ощущения называются привкусами (щелочной, металлический, хлорный, вяжущий и т.д.). Определение вкуса и привкуса производится в заведомо безопасной воде при температуре 20⁰С, а в сомнительных случаях воду кипятят в течение 5 мин и охлаждают.
Гигиеническое значение запахов и привкусов воды состоит в том, при их интенсивности выше 2 баллов ограничивается водопотребление; искусственные запахи и привкусы могут быть показателями загрязнения воды сточными водами; естественные запахи и привкусы выше 2 баллов свидетельствуют о наличии в воде биологически активных веществ, выделяемых синезелеными водорослями.
3)Цветность - природное свойство воды, обусловленное наличием гуминовых веществ, которые образуются при разрушении органических соединений в почве, вымываются из нее, поступают в открытые водоемы и придают им окраску от желтоватого до коричневого цвета. Поэтому цветность присуща воде открытых водоемов и резко увеличивается в паводковый период. Окраску воде могут придавать соединения железа (желто-зеленоватое окрашивание), цветущие водоросли, взвешенные вещества, загрязнения сточными водами и др. Цветность питьевой воды определяют фотометрическим путем, она не должна быть выше 20⁰, тогда вода считается бесцветной.
Гигиеническое значение цветности состоит в том, что при цветности выше 35⁰ ограничивается водопотребление; увеличение или уменьшение цветности подземных вод свидетельствует об их загрязнении; цветность является показателем эффективности обесцвечивания воды на водопроводных сооружениях.
4)Мутность воды зависит от наличия в воде взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Повышенная мутность ограничивает водопотребление, свидетельствует о загрязнении природных вод. Мутность является показателем эффективности процесса осветления воды на очистных сооружениях.
К химическим веществам, способным ухудшить органолептические свойства воды, относятся природные минеральные элементы (хлориды, сульфаты, железо, медь, цинк, соли кальция и магния), а также некоторые химические вещества, добавляемые к питьевой воде в процессе ее обработки (соединения алюминия, полиакриламиды и др.), поэтому установлены предельные нормативы содержания таких веществ.
Изменение органолептических показателей воды оказывает неблагоприятное влияние на человека и может привести к ухудшению санитарного состояния воды (например, повышение мутности воды снижает бактерицидное действие хлорирования).
29. Микробиологические и паразитологические показатели питьевой воды.Безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам, представленным в табл. 6.
Таблица 6 Микробиологические и паразитологические показатели питьевой воды
1)Общие колиформные бактерии характеризуют весь спектр кишечных палочек, выделяемых человеком и животными (грамотрицательные, ферментирующие лактозу при 37 °С, не обладающие оксидазной активностью). Гигиеническое значение ОКБ велико. Наличие их в питьевой воде указывает на фекальное загрязнение. Если ОКБ обнаруживаются в процессе водоподготовки, то это свидетельствует о нарушении технологии очистки, в частности о снижении уровня обеззараживающих агентов, застойных явлениях в водопроводных сетях (так называемое вторичное загрязнение воды). Общие колиформные бактерии, выделенные из воды водоисточника, характеризуют интенсивность процессов самоочищения.
2)Термотолерантные колиформные бактерии являются истинными показателями фекального загрязнения. Они идентифицируются по ферментации лактозы при температуре 44⁰С. Общие колиформные бактерии ферментируют лактозу при 37⁰С. Однако, показатель ТКБ был введен в СанПиН 2.1.4.1074-01 как показатель свежего фекального загрязнения, эпидемически опасного. Но это не совсем правильно. Доказано, что представители этой группы достаточно долго выживают в водоеме. Содержание тех и других не допускается в 100 мл воды при трехкратном исследовании. Превышение норматива допускается только в 5 % проб в течение года (общее количество исследований не менее 100).
3)Общее микробное число (ОМЧ) определяется по росту на мясо-пептонном агаре при инкубации 37⁰С. Этот показатель характеризует эффективность очистки питьевой воды и рекомендуется его определение в динамике.
Новым для отечественных стандартов является оценка вирусологической и паразитарной опасности. Вирусологическая опасность оценивается по косвенному показателю (колифагам); паразитологическая - наличию цист лямблий. При обнаружении в питьевой воде того или иного индикаторного микроорганизма исследования повторяют, дополняя определением азотной группы. Если в повторных анализах обнаруживают отклонение от требований, проводят исследования на наличие патогенной флоры или вирусов.
4)Коли-фаги - индикаторы вирусного загрязнения питьевой воды.
5)Споры сульфит-редуцирующих клостридий обладают высокой устойчивостью к обеззараживанию, поэтому являются косвенным показателем качества очистки воды от устойчивых к обеззараживанию кишечных вирусов и паразитарных простейших. Определяются только в системах водоснабжения из поверхностных источников перед подачей воды в распределительную сеть.
6)Цисты лямблий характеризуют паразитарную безопасность питьевой воды, полученной из поверхностных водоисточников. Определяют только при оценке эффективности технологии обработки воды.
Патогенные микроорганизмы в питьевой воде определяются по санитарно-эпидемиологическим показаниям.
28. Гигиеническое значение химических показателей воды.
Вода, используемая для питьевых целей, не является химически чистым соединением. В ее состав входят сотни химических веществ в различных количествах. Так, в природных водах содержатся соединения хлора, серы, углерода, фосфора, азота, кальция, магния, калия, натрия, железа, алюминия, меди, кремния, йода, фтора и др. Солевой состав природных вод формируется в первую очередь в результате вымывания веществ из почвы и в связи с этим отражает химическую структуру почвы данной местности. Медь, йод, бром в значительном количестве могут поступать из атмосферы. Однако довольно часто химические вещества, находящиеся в воде, имеют не природное происхождение, а поступают в водоемы с хозяйственно-фекальными или промышленными стоками.
Присутствие тех или иных солей свидетельствует о фекальном загрязнении воды. Известно, что в процессе самоочищения белковые соединения, подвергаясь окислению, последовательно превращаются в соли аммония, нитриты и нитраты. Нитраты - конечный продукт минерализации и в связи с этим они - наиболее стойкие из перечисленных азотсодержащих веществ. При недавнем загрязнении органическими веществами в водоеме преобладают начальные продукты разложения, т.е. соли аммония. Присутствие только солей азотной кислоты свидетельствует о давнем загрязнении. Триада соединений азота позволяет говорить о постоянном загрязнении воды водоема органическими веществами. Сера и фосфор входят в состав белков. В связи с этим в процессе их распада образуются соли серной и фосфорной кислот, повышенное содержание которых также может быть признаком органического загрязнения воды. Роль индикатора, косвенного показателя хозяйственно-фекального загрязнения воды играют и хлориды, входящие в состав бытовых сточных вод.
Все химические соединения, поступающие в организм человека из окружающей среды, в том числе и с водой, можно разделить на эссенциальные и неэссенциальные. Эссенциальные вещества - это такие элементы, которые специфичны и незаменимы в некоторых биологических процессах, обязательных для выживания данного организма и последующих генераций. Кроме того, к эссенциальным веществам относят и те неорганические элементы, которые дают эффект, благоприятный в отношении здоровья. К подобным факторам относятся многие химические соединения как органической, так и неорганической природы (белки, жиры, углеводы, витамины и, конечно, минеральные соединения, поступающие в организм с водой и пищей). К неэссенциальным веществам относятся разнообразные токсичные соединения, присутствующие в земной коре или поступающие в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. Их также называют антропогенными или техногенными.
Механизм действия на организм природных эссенциальных факторов в отличие от воздействия токсичных соединений заключается в нелинейности зависимости биологического эффекта от количества поступающего вещества. Так, неэссенциальные вещества при увеличении дозы не оказывают вредного воздействия до определенного уровня, который называется порогом неблагоприятного действия. При превышении этого уровня проявляется прогрессирующий токсический эффект. В отличие от неэссенциальных эссенциальные факторы оказывают благоприятное действие в определенном промежутке доз. При недостатке и избытке поступления вещества отмечается неблагоприятное действие на организм (нижняя и верхняя зоны неблагоприятного действия).
Условно выделяют также биоэлементы, которые подразделяются на макро-, микро- и ультра-микроэлементы. Под макроэлементами обычно понимают химические вещества, которые содержатся в земной коре в больших количествах и поступают в организм человека в чистом виде или в соединениях в количестве нескольких граммов в сутки. Это углерод, кислород, водород, азот, кальций, магний, фосфор, сера, натрий, калий и др. К микроэлементам относятся железо, йод, фтор, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, селен, хром, никель, олово, кремний, ванадий и некоторые другие. Ультрамикроэлементы обнаружены в организме в виде следов, и их роль в функциях организма выяснена не до конца. Это индий, теллур, ниобий, золото и др. Также можно выделить группу неэссенциальных токсичных соединений и веществ как природного, так и техногенного происхождения, которые при поступлении в организм в количествах, превышающих допустимый уровень, вызывают различные заболевания. Среди них важное значение имеют соли тяжелых металлов (свинец, ртуть, кадмий, таллий), мышьяк, бор, стронций, бериллий и др.
Академик А.П. Виноградов, творчески развивая идеи В.И. Вернадского, создал учение о биогеохимических провинциях. Согласно этому учению, на земном шаре имеются области с повышенным или пониженным содержанием того или иного элемента. В результате избыточного либо недостаточного поступления биоэлемента в организм развиваются заболевания, которые носят название эндемических. Как известно, основным депо биоэлементов в природе является почва. В организм они поступают различными путями: с продуктами питания, водой и даже с воздухом. Макроэлементы поступают в организм человека в значительных количествах с водой, а для микроэлементов (кроме фтора) это не основной путь поступления.
Заболевания, обусловленные необычным минеральным составом природных вод. Измененный минеральный состав природных вод может способствовать развитию неспецифических неинфекционных заболеваний, а также быть непосредственной причиной пре-патологических состояний и специфических заболеваний.
Общая минерализация определяет многие свойства воды. По этому признаку природные воды делятся на пресные, содержащие не более 1 г/л солей, минерализованные, в которых солей от 1 до 50 г/л, и рассолы, где минерализация превышает 50 г/л. В свою очередь, минерализованные воды можно разделить на солоноватые (количество минеральных веществ от 1 до 2,5 г/л) и соленые (количество солей более 2,5 г/л).
Длительное использование для питья высокоминерализованных вод приводит к ряду изменений в организме (м.б. снижение диуреза, задержка воды в тканях, отеки, нарушение водно-электролитного баланса и секреторной деятельности желудочно-кишечного тракта и др.). При употреблении воды,минерализация которой составляет от 10 г/л (Балтийское море) до 37 г/л (тропические широты Мирового океана)(вода имеет повышенные концентрации хлоридов и сульфатов натрия, калия, кальция и магния) м.б. прогрессирующее обезвоживание организма, нарушается кислотно-щелочное равновесие и повышается остаточный азот в крови, ухудшается сердечная деятельность, на фоне резкой жажды и утомляемости в тяжелых случаях может наступить смерть. Употребление излишне деминерализованной (мягкой), а тем более дистиллированной воды также неблагоприятно для организма. Такая вода имеет сниженные вкусовые свойства. Ее длительное использование для питья нарушает регуляцию водно-электролитного баланса, вызывает увеличение содержания электролитов в сыворотке крови и моче с их ускоренным выведением из организма, снижение осмотической резистентности эритроцитов, изменения в сердечно-сосудистой системе.
Большое значение имеет жесткость воды, определяемая в основном содержанием бикарбонатов, сульфатов и хлоридов кальция и магния. Вода с общей жесткостью свыше 7 ммоль/л имеет неблагоприятные гигиенические свойства. В ней плохо образуется мыльная пена, в связи с чем такая вода малопригодна для стирки и мытья. В жесткой воде хуже развариваются мясо, овощи и бобовые. Большой экономический ущерб связан с использованием в промышленности и тепловой энергетике воды с высокой устранимой жесткостью, так как в котлах и трубах при кипячении образуется накипь в результате перехода бикарбонатов в нерастворимые карбонаты. В эксперименте на животных такая вода, с жесткостью 20 ммоль/л ,приводит к образованию камней в почках и мочевом пузыре. Однако,существует обратной статистической корреляция между жесткостью питьевой воды и уровнем смертности от заболеваний сердечно-сосудистой системы. В зонах, обеспечиваемых мягкой питьевой водой, почти повсеместно более широко распространены атеросклероз, дегенеративные поражения сердца, гипертоническая болезнь или сочетания перечисленных заболеваний, а также чаще отмечаются случаи внезапной смерти от поражения сердечно-сосудистой системы.
Довольно часто в воде подземных источников встречаются нитриты и нитраты почвенного происхождения. Нитриты и нитраты могут поступать в организм как с водой, так и с продуктами питания, в основном растительного происхождения, в которых они депонируются. Нитраты, в свою очередь, соединяясь с гемоглобином, образуют стойкое соединение метгемоглобин. В результате блокирования гемоглобина резко снижается его способность к транспорту кислорода, наступает гипоксия тканей. Развивается заболевание, именуемое нитратной метгемоглобинемией. Кроме того, в организме нитраты под воздействием кишечной микрофлоры могут восстанавливаться до нитритов, которые в дальнейшем соединяются с поступающими с пищей аминами и амидами. В результате образуются нитрозамины с выраженными канцерогенными свойствами, токсическим действием на печень, а некоторые из них обладают мутагенными и тератогенными свойствами.
Из жизненно необходимых для человека микроэлементов лишь для фтора водный путь поступления является основным. Фтор широко распространен в земной коре. Его соли хорошо растворимы и поэтому легко вымываются из почвы в воду. Концентрации фтора, как и других минеральных веществ, повышаются в водоисточниках с севера на юг, а также по мере увеличения глубины залегания вод. Избыточное и недостаточное поступление фтора в организм приводит к патологическим изменениям: содержание в воде более 1,5 мг/л фтора вызывает заболевание под названием флюороз (генерализованные изменения всего скелета: остеопороз, деформация и повышение хрупкости костей; одновременно отмечаются нарушение фосфорнокальциевого обмена, снижение активности фосфатаз, холинэстеразы, угнетение кроветворной и центральной нервной систем у детей), а менее 0,5 мг/л - способствует развитию кариеса. Профилактика флюороза заключается в организации водоснабжения из источников с меньшим содержанием фтора, а при отсутствии таковых - в дефторировании воды специальными методами. С целью оптимального потребления фтора во многих странах мира проводится фторирование питьевой воды. В качестве профилактики рекомендуется также применение фторсодержащих зубных паст и эликсиров, потребление фторированных продуктов.
Еще одним важнейшим для жизнедеятельности человека микроэлементом является йод. Недостаточное поступление йода в организм нарушает синтез гормона тироксина. Затем следует компенсаторное диффузное увеличение щитовидной железы в результате гиперфункции и развивается так называемая зобная болезнь. Длительное недостаточное поступление йода у детей может вызвать очень тяжелые заболевания вплоть до кретинизма. Это слабоумие, нарушение роста, физического и полового развития, пропорциональности тела с характерным внешним видом. Важная роль в профилактике эндемического зоба принадлежит йодированию поваренной соли, использованию привозных продуктов питания, а в особо сложных ситуациях - применению медицинских препаратов йода. Число патологических состояний во время беременности и родов у женщин в эндемических очагах уменьшается после проведения йодной профилактики во время беременности.