Сумарна мутагенність хімічних забруднень води
Дніпровський водогін
Динаміка зміни СМ протягом періоду досліджень на етапах водообробки представлена на малюнках 1-4.
Аналіз СМ проб з району водозабору (тест-штам ТА 98) показав, що Дніпровська вода забруднена мутагенами в достатній мірі, щоб можна було вловити ефекти при концентруванні в 10 000 разів. Коливання ефектів протягом періоду досліджень значні: перевищення спонтанного контролю від 6,0 разів у квітні до 15,2 в серпні (мал. 2) свідчать про нестабільний склад органічних речовин у річці протягом весняно-літнього періоду, пов`язаного з активним розмноженням синьо-зелених і діатомових водоростей в р. Дніпро та Київському водосховищі. Система метаболічної активації суттєво не вплинула на мутагенність річкової води, за винятком серпневих проб, для яких варіант без активації виявився дещо ефективним. Це свідчить про те, що у воді р.Дніпро присутні як “прямі”, так і “непрямі” мутагени. Наявність ефектів на обох тест-штамах є доказом того, що в Дніпрі містяться мутагени з різним механізмом дії, та те, що на тест-штамі ТА 98 показані більш виражені (на рівні «середніх») лише підтверджує загальновідому тезу про більшу чутливість до дії мутагенів саме цього штаму. За період досліджень мутагенність річкової води змінювалась від “слабої” (квітень-травень) до «середньої» (червень-вересень), що є прямим доказом сильного забруднення річки хімічними речовинами, які індукують frameshift - мутації (мал. 1,2). Слід відмітити, що ефекти , які виявлені на ТА 100 (мал. 3,4), також є достатньо високими ( максимальне перевищення спонтанного контролю склало 8,8 разів: мал. 4).
Первинне хлорування, як видно з малюнків 1-4, сприяло деякому підвищенню СМ порівняно з сирою водою ( насосна станція І підйому). З малюнків видно, що збільшення мутагенності відбувається майже завжди, тобто майже по всіх варіантах експерименту, що є ще одним доказом ролі хлору в утворенні мутагенів, невластивих річковій воді.
Додавання коагулянту (змішувач) крім осадження різних завислих частинок, приводять до зменшення СМ проб, що добре видно на всіх малюнках. Подальший спад СМ води спостерігається у відстійниках і фільтраційних резервуарах. Останні остаточно очищають воду від завислих частинок (в якості фільтру на Дніпровському водопроводі використовується пісок), у деякій мірі затримуючи і мутагенні сполуки. З малюнків видно,що піки мутагенності проб у різних варіантах МС+ і МС-, які були відібрані з різних ланок, не завжди співпадають. Це пояснюється за рахунок нерівнозначних втрат «букету» хімічних сполук при підготовці проб. Тим не менше загальну тенденцію поступового падіння ступеня вираженості ефектів у процесі водопідготовки добре видно.
Наступною ланкою у водопідготовці є процес доочищення вод, який покликаний знищити патогенну (і умовно патогенну) мікрофлору, яка залишилась.На всіх водогонах України доочистка здійснюється шляхом використання хлору, що є достаньо ефективним з точки зору знезараження. На Дніпровському водопроводі вторинну дезинфекцію проводять за допомогою озону. З малюнків видно, що СМ проб різко зростає при озонуванні попередньо хлорованих вод, а також факт, що в наступній ланці - РЧВ - мав місце не менш різкий спад ефектів, що свідчить про те, що в озонаторних резервуарах утворюються в основному легкі, низкомолекулярні сполуки. Мутагенність проб з резервуарів озонування дуже залежить від часу відбору після завершення процедури обробки. Представлені криві зміни СМ показують, що мутагенність питної води з РЧВ Дніпровського водопроводу також підлягає сезонним коливанням, як і Дніпровська вода і вода у всіх ланках основного технологічного ланцюга водопідготовки.
Деснянський водогін
Другим “постачальником” питної води для Києва є Деснянський водогін. Основна його відмінність від Дніпровського - використання хлору на кінцевому етапі водопідготовки. Щомісячні відбори проб вод із кожної ланки, підготовка концентратів до дослідження, власне дослідження СМ проводили по відпрацьованій схемі. Концентрати виділених хімічних сполук також характеризували стан річки Десна (як і ріки Дніпро у попередньому досліді) та процеси, які відбуваються з природною водою при дії окисника. А також ступінь очистки в технологічному процесі у кожен момент відбору проб.
Дванадцятимісячні дослідження якості водопідготовки на Деснянському водогоні дозволили показати зміну ефектів протягом року та прослідкувати сезонні коливання ефектів. Динаміка зміни СМ вод показана на малюнках 5-8. Представлені результати характеризувались загальними специфічними особливостями: первинне хлорування річкової води погіршувало її якість по показнику СМ. Загальним моментом для всіх серій дослідів є той факт, що був відсутній яскраво виражений ефект метаболічної активації. У всіх варіантах відмітили приблизно однакову дію мутагенів на тест-об`єкти. Первинне хлорування Деснянської води приводило до появи меншої кількості нових мутагенів, ніж хлорування Дніпровської води (судячи по ступеню вираженості ефектів).
Січневі проби з району водозабору на штамі ТА 98 показали СМ, яка перевищувала фонові значення в 1,5 рази (мал. 5), приблизно такими ж виявились ефекти на ТА 100, (мал. 6). По мірі приближення до літніх місяців СМ річкової води повільно, але неухильно зростала, досягнувши своїх максимальних значень у липні-вересні. Одночасно з цим зростала різниця в ступені вираженості ефектів між тест-штамами. В осінніх пробах відмічали поступовий спад активності, яка в грудні була на рівні січневої.
Особливістю Деснянської води є те, що хлорування підвищувало СМ тільки по відношенню до штаму ТА 98 (мал. 5,6). І якщо у зимові та осінні місяці цього майже не помітно, то липневі-серпневі проби показали явний “сплеск” активності. На тест-штамі ТА 100 (мал. 7,8) аналогічної картини виявити не вдалося. Одним з можливих положень цього феномену може служити той факт, що, з одного боку, в процесі первинного хлорування відбувається часткове окислення «прямих» і «непрямих» мутагенів, які індукують мутації по типу заміни пар основ, до продуктів- немутагенів, з іншої - хлорування Деснянської води не приводить до утворення мутагенно-активних у відношенні штаму ТА 100 хімічних сполук. Це припущення є ще одним доказом того, що при водопідготовці кожне джерело водопостачання вимагає індивідуального підходу до розробки режимів приготування питної води. Тим не менше, як видно з малюнків 5-8, криві зміни СМ проб із змішувача підпорядковуються загальній тенденції сезонних коливань, властивих пробам з водозабору.
У відстійниках та фільтраційних резервуарах спостерігається поступовий спад СМ, пов`язаний з послідовною очисткою води від мутагенів. Як видно, пізно восени та взимку має місце поступове «вирівняння» кривих зміни ефектів, пов`язане з відсутністю літніх варіантів мутагенних продуктів хлорування. Вода, яка пройшла етапи фільрації, має приблизно однаковий ступінь СМ у всіх варіантах дослідів, що безперечно свідчить про те, що на Деснянському водопроводі існує ефективна очистка від мутагенів. Доказом цього є майже повна відсутність мутагенності в пробах резервуарів чистої води у зимові місяці і так званий «граничний» ефект в літніх пробах.
Порівняльна мутагенність продуктів первинного хлорування та озонування (на прикладі Дніпровського водопроводу)
В останні роки в Україні активно обговорюється питання заміни традиційних способів обробки води на альтернативні (тобто заміни первинного хлорування іншими способами дезинфекції). Одним з можливих і найбільш перспективних замінників хлору може служити озон як найбільш сильний окисник. Результати порівняльного вивчення СМ продуктів хлорування та озонування Дніпровської води представлені в таблиці 3.
З таблиці видно, що і сира (річкова) вода, і хлорована індукували генні мутації. Дані по концентратах озонованих вод також свідчать про здатність їх індукувати мутагенні ефекти, які мають, однак, деякі особливості. По-перше, мутагенність озонованих вод виявлялась нижчою, ніж проб сирої води, по-друге, для концентратів озонованих вод ефект метаболічної активації виявився негативним, тобто метаболічна система в деякій мірі пригнічувала прояв мутагенності вод.
Таблиця 3
Сумарна мутагенність концентратів вод до і після обробки окислювачами
Як видно з таблиці 3, питна вода з РЧВ мала мутагенність, типову для Дніпровського водогону в дану пору року. Однак, використання в якості окисників хлору та озону і наступна фільтрація води через ГАВ повністю знімало СМ у цих пробах (проба А і Б ). Таким чином, на основі проведених досліджень запропонованих технологій водообробки (навіть без детального хімічного аналізу цих вод можна зробити попередній висновок про високу ефективність очистки води від мутагенів при фільтрації її через активоване вугілля.
Сумарна мутагенність вод з артезіанських свердловин, змішаного водопроводу та доочистка їх за допомогою фільтраційних установок
Ідеальним джерелом водопостачання є підземні води, хімічне та мікробне забруднення яких або мінімальне, або відсутнє взагалі (залежно від глибини залягання). В рідких випадках вода з артезіанських свердловин піддається хлоруванню мінімальними дозами хлору, оскільки обробка окисниками має місце, то дані по СМ цих вод також актуальні і повинні використовуватися при загальній оцінці якості питної води великих міст. Нами були вивчені проби вод з 11 артезіанських свердловин різної глибини залягання і тільки в рідких випадках спостерігали «граничний» ефект, що цілком можна пояснити з точки зору мінімального хімічного їх забруднення. Характерно, що «гранична» мутагенність цих проб була виявлена тільки в дослідах без активації і тільки на тест-штамі ТА 100. Таким чином, підводячи підсумок дослідженням СМ джерел водопостачання, можна зробити висновок, що підземні води (як джерела водопостачання) є найбільш безпечнішими з точки зору генетичних наслідків для людини. Оскільки Київський водопровід є змішаним, то якість загальної питної води вища (за рахунок розведення артезіанською водою), ніж питна вода річкових водопроводів, що підтверджується результатами наших досліджень. СМ питної води з змішаного водопроводу деякою мірою нижча, ніж з Дніпровського і Деснянського водопроводу, зокрема. Однак, тенденція до збільшення активності в період «цвітіння» води спостерігалась і в даній серії експериментів. Відсутність ефекту метаболічної активації, характерна для попередніх серій експериментів, мало місце і в цьому випадку. Як свідчать дані літератури, мутагенність питної води в момент її “виходу” у водопровідну мережу і де-інде в місті може у декілька разів відрізнятися. Причому, як в одну, так і в іншу сторону. Пояснення цьому феномену в літературі знайти не вдалось, однак можна припустити, що це може залежати як від віку водопровідних труб, так і від наявності в цих трубах сапрофітних мікроорганизмів, які так чи інакше трансформують присутню у воді органіку.
Аналіз даних по СМ питної води, яка доочищена фільтруючими композиціями, показав повну відсутність ефектів на фільтрованих пробах. Ні в одному з варіантів досліду не виявили індукованого мутагенезу. Гігієнічні дослідження цієї води, проведені лабораторією гігієни водопостачання і охорони водойм, показали нешкідливість споживання цієї води. Таким чином, застосування цих фільтрів у побуті може бути дієвою профілактикою як спадкової патології, так і злоякісних новоутворень, пов`язаних зі споживанням води, забрудненої хімічними мутагенами/канцерогенами.
Сумарна мутагенність хімічних забруднень атмосферного повітря
Сумарна мутагенність аерозольної компоненти атмосферного повітря
Дані біотестування на СМ повітря на тест-штамі ТА 98 представлені в таблиці 4. Аналіз результатів виявив деякі загальні закономірності в динаміці зміни ефектів протягом року. Так, максимальна мутагенна дія хімічних забруднень повітря спостерігалась в зимові місяці у всіх без винятку варіантів дослідів (тобто на всіх тест-штамах при повній та неповній системі активації); як з активацією, так і без активації були показані ефекти «середньої» сили. Наявність подібного (достатньо високого) рівня СМ для повітря всіх «металургійних» та деяких «хімічних» міст свідчать про тотальне забруднення мутагенами.
Аналіз СМ по групах міст показує, що проби повітря, які відібрали в Маріуполі, Запорожжі та Донецьку в деякій мірі активніші в мутагенному відношенні, ніж проби, відібрані в Кривому Розі та Макіївці, причому в обох варіантах, що є доказом того, що атмосфера «металургійних» міст в однакій мірі насичена мутагенами «прямої» і «непрямої» дії (наприклад, бенз(а)пірен та важкі метали відповідно), що підтверджується даними кореляційного аналізу (PR від 0,736 для флуорену до 0,991 для бенз(а)пірену). Ефекти на ТА 100 в обох варіантах обумовлені піреном та фенантреном, активність яких виявляється на обох тест-штамах в обох варіантах (PR для обох сполук достатньо високі: 0,808 і 0,765 відповідно).
Найбільш численною групою в наших дослідженнях є група «хімічних» міст. Як видно з таблиці 4, в даній групі спостерігали майже всі варіанти відповідей на дію комплексу хімічних сполук: від відсутності СМ взагалі до «середнього» ступеня активності. Особливістю перших трьох міст даної групи є те, що на тест-штамі ТА 98 у варіантах МС+ та МС- виявлені тільки «середні» ефекти. Максимальні (більше,ніж 22 кратне перевищення спонтанного контролю) відповіді мали місце в пробах із Северодонецька (МС-) та Рубіжного (МС+). Решта варіантів з цих міст, а також проби з Лисичанська (в обох варіантах) дали стабільні, без різких переходів ефекти.
Таблиця 4
Динаміка зміни СМ хімічних забруднень аерозольної компоненти атмосферного повітря деяких міст України
7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6 - номер місяця
Наступні два міста з цієї групи - Горлівка та Кременчук. Дані з таблиці 4 свідчать, що повітря з цих міст на тест-штамі ТА 98 однозначно показало СМ «середньої» сили. Ефекту метаболічної активації виявити не вдалося, більш того, проби з Горлівки у варіантах МС- виявились помітно більш мутагенними порівняно з рештою варіантів, не дивлячись на те, що вміст бенз(а)пірену в повітрі цього міста був найвищим в даній групі (5,3 нг/м3).
Якщо динаміка зміни СМ для ТА 98 була достатньо «плавною», з незначним піком у зимові місяці, то для ТА 100 (якщо побудувати графік) - у вигляді ламаної лінії без будь-яких тенденцій до закономірності. СМ проб з Черкас, Чернігова, Сум і Полтави характеризувалися достатньо великою різноманітністю. Загальним для повітря згаданих міст є їх «слаба» мутагенність (виняток - проби з Полтави: ТА 98, МС-). У варіанті ТА 98, МС+ мінімальний ефект був виявлений для повітря Сум з невеликим сплеском активності в основному у зимові місяці. Також у зимові місяці максимальні ефекти виявлені для проб з Полтави. Мутагенність повітря Чернігова та Черкас була приблизно на одному рівні протягом всього року.
Несподівано високий рівень СМ (порівняно з рештою варіантів в середній групі міст, яка обговорюється) виявлений для проб з Полтави у варіанті ТА 98, МС- з максимумом у грудні. В решті випадків виявлялись «граничні» ефекти (Суми, Черкаси, Чернігів). Дані кореляційного аналізу свідчать про зв’язок сумарної мутагенності з вмістом бенз(а)пірену (PR=0,741), однак для багатьох ПАУ цей зв’язок значно вище (0,902; 1,000; 0,988; 0,936; 0,916 - для фенантрена, флуорена, аценафтена, пірена і антрацена відповідно).
Більш низький ступень мутагенності для повітря цих міст був виявлений на тест-штамі ТА 100 в обох варіантах (табл. 5). У варіантах ТА 100, МС+ тільки проби з Полтави показали активність, причому без будь-яких закономірностей. Решта варіантів проб виявилась індеферентною у відношенні індукції генних мутацій. Аналогічну картину спостерігали для проб з Сум і Полтави у варіантах МС-. Повітря Черкас і Чернігова було в однаковій мірі мутагенним з максимумом у зимові місяці (і різким спадом ступеня вираженості ефектів у весняно-літніх дослідженнях). Окрім деяких ПАУ на ступінь мутагенних ефектів, які виявляються на ТА 100, вплинули іони важких металів: хрому, свинцю, кадмію і нікелю (PR=0,800; 0,840; 0,945 і 0,929 відповідно).
Таблиця 5
Динаміка зміни СМ хімічних забруднень аерозольної компоненти атмосферного повітря деяких міст України
7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6, - номер місяця.
Наступна група міст називалась умовно чистою. Результати, отримані у варіанті ТА 98, МС+ показують достатньо високий рівень СМ проб з Сімферополя, очевидно, обумовлений вихлопами з автотранспорту (біля 90% від всього об`єму викидів шкідливих речовин в атмосферу). Повітря Миколаїва та Рівного мало приблизно однакову мутагенність на рівні 5-кратного перевищення спонтанного контролю в зимові місяці, та 2-3 -кратного - у весняно-літні. СМ повітря Житомира в осінньо-зимовий період в 2-3 рази перевищувала контроль. У варіантах без активації повітря з Рівного показало максимальну СМ; ефекти проб з Сімферополя та Миколаїва ідентичні, з незначним піком у зимові місяці. Максимум ефекту в грудні-січні показали проби з Житомира при відсутності його весною-літом. У варіантах без активації на ТА 100 тільки проби з Рівного в деяких випадках мали СМ. Кореляційний аналіз також підтверджує значний вплив бенз(а)пірену і інших ПАУ на сумарну мутагенність забруднювачів повітря умовно чистих міст (PR>0,878).
Сумарна мутагенність газової компоненти атмосферного повітря
Дані про зміну СМ проб повітря протягом досліджень для всіх міст і варіантів дослідів представлені в таблиці 6. Для групи «металургійних» міст п`ятимісячні експерименти не виявили будь-яких явних закономірностей в ступені вираженості виявлених ефектів, ні ефекти використаної метаболічної активації (за винятком одного випадку). Істотні відмінності в ступені вираженості ефектів спостерігали при аналізі СМ по механізмам індукції мутацій. Спільним для серії експериментів по даній групі міст є більш висока активність, яку виявили на тест-штамі ТА 98, що можна пояснити присутністю в тестованих пробах таких «непрямих» мутагенів, як сполуки ароматичного ряду. Очевидні відмінності в ступені вираженості ефектів мали місце всередині варіантів дослідів. Так, для ТА 98 у варіантах МС+ найбільш активними були проби з Кривого Рогу та Макіївкі: перевищення контрольних значень спостерігали в 21,3 та 20,2 рази відповідно. Аналогічна картина була відмічена для проб з цих міст у варіантах МС-. Дані з таблиці 6 свідчать про високий вміст мутагенів у газовій складовій повітря “металургійних” міст (ефекти на рівні “середніх”, причому, протягом місяців досліджень активність була більше чи менше стабільною).Індикаторний штам ТА 100 виявився менш чутливим до дії мутагенних агентів, що проявлялось в дещо меншому ступені перевищення спонтанного контролю. Крім того, відомо, що ТА 100 виявляє мутагени, які індукують мутації по типу заміни пар основ. Аналіз даних на ТА 100 показав, що виявлені ефекти не виходили за межі «слабих».
Друга серія експериментів з даного розділу була присвячена вивченню та оцінці СМ повітря групи «хімічних» міст. Характерною особливістю отриманих результатів є загальний, більш викокий ступінь активності (для деяких міст) у варіантах МС- на штамі ТА 98, тоді як для ТА 100 спостерігали зворотню картину. Дане твердження не відноситься до проб повітря з Лисичанська та Северодонецька, для яких був виявлений найвищий ефект у всіх варіантах експерименту. Недивлячись на те, що ступінь вираженості ефектів у варіантах МС- для ТА 98 був вищим, ніж у варіантах МС+, кількість міст, повітря яких показало «середню» та «слабу» мутагенність у варіантах МС- виявилась однаковою. Динаміка зміни активності від квітня до серпня для варіантів МС+ негативна, тобто мало місце поступове зменшення ефектів у всіх пробах; у варіантах МС- для повітря Кременчука, Черкас, Чернігова та Полтави спостерігали поступовий спад СМ; для Горлівки, Лисичанська, Северодонецька - зростання, очевидно пов`язане зі збільшенням концентрації (чи кількості) «прямих» мутагенів.
Таблиця 6
Динаміка зміни СМ хімічних забруднень газової компоненти атмосферного
повітря деяких міст України
4,5,6,7,8 - номери місяців
Найбільше виражена СМ в пробах повітря Северодонецька, Лисичанська, Горлівки та Кременчука в обох варіантах (МС+ і МС-). Проби з Горлівки у варіанті МС+, з одного боку, виявились слабомутагенними (тоді як решта - середньомутагенними) з іншого - мала місце явна тенденція до зменшення спупеня вираженості ефекту. Аналогічна тенденція (але менш явна) відмічалася для проб з Кременчука (МС+ та МС-), Лисичанська (МС+); більше чи менш стабільні ефекти показані для проб з Северодонецька. Збільшення мутагенності протягом досліджень спостерігали для повітря Горлівки та Северодонецька (МС-). Стабільні результати були отримані на тест-штамі ТА 100 у варіанті МС+ для повітря Лисичанська та Кременчука; більш висока СМ у цьому варіанті була виявлена для проб з Лисичанська та Горлівки (з тенденцією до спаду в обох випадках). Слід відмітити, що тільки в одному випадку СМ падала до рівня спонтанного контролю (Кременчук, МС+), що, без сумніву, є показником високого рівня забруднення газової компонент і повітря цих міст.
У варіанті з активацією і без такої на штамі ТА 98 мутагенність реєструвалась тільки в пробах міста Черкаси (у варіанті МС- відмічався сплеск активності на рівні “середньої” з наступним різким падінням). Проби в решті міст (крім Чернігова: МС+, квітень, травень) виявились індиферентними у відношенні індукції генних мутацій. Як і слід було сподіватись, на штамі ТА 100 ефекти були набагато нижчими. Активність проявили проби з Черкас і Чернігова (МС-) та Полтави (МС+). Перевищення спонтанного контролю склало від 3 до 5 раз. Решта тестованих варіантів мутагенності не показали.
Дослідження атмосферного повітря умовно чистих міст показали, що для тест-штаму ТА 98 См була виявлена тільки у пробах з Рівного, Миколаєва та Сімферополя (МС+), причому для перших двох міст динаміка зміни ефектів від квітня до серпня була приблизно однаковою ( тенденція до зменшення); для варіанту ТА 98, МС- - тільки в пробах з Миколаєва. Сімферопольські проби мали пік в червні. Негативний результат був отриманий при дослідженні повітря Севастополя, Житомира, Рівного.
Менш однорідною виглядала динаміка зміни СМ, показана на тест-штамі ТА 100, МС+. Стабільними виявились ефекти Рівненських проб (перевищення спонтанного рівня від 4 до 4,5 разів). Миколаївські - мали тенденцію до зменшення активності від квітня до серпня ( липень відсутність ефекту), незначне зростання СМ (червень) відмічали для повітря Сімферополя. У решті випадків мутагенності не виявляли. У варіантах без активації на ТА 100 ефективними були проби з Миколаєва і в одному випадку (червень) - з Сімферополя. Повітря Житомира і Севастополя - індиферентне у відношенні індукції мутацій у Salmonella typhimurium.
Підсумок
Водні об`єкти
Специфіка досліджень водних об`єктів полягала в тому, щоб при різних способах водообробки прослідкувати утворення та видалення мутагенно-активних хімічних сполук від джерела водопостачання до питної води в побуті. Як відомо, якість питної води в основному залежить від двох складових: від якості джерела водопостачання та якості водопідготовки. Наші біодослідження свідчать про те, що поверхневі водойми - джерела водопостачання ( в даному випадку ріки Дніпро та Десна) тотально забруднені мутагенними сполуками. Порівняльний аналіз цих результатів показав, що проби з Дніпра більш мутагенні, ніж з Десни, що не могло не позначитись на мутагенності питних вод з цих водогонів (з РЧВ).
Використання вод з артезіанських свердловин для питних цілей, з точки зору надходження в організм людини мутагенів найбільш бажане. Мутагенність таких вод, як правило, відсутня. Відсутня вона і в пробах Київських артезіанських вод. Індиферентність ( у мутагенному відношенні) проб з артезіанських свердловин деякою мірою підвищує якість питних вод Київського водогону, яка свого роду “розбавляє” мутагени, котрі “проскакують” через всі ланки технологічного ланцюга на міських водогонах.
Відсутність в Україні практики використання озону в якості первинного дезинфектанту не дає нам можливості в повній мірі вивчити потенційну СМ продуктів озонолізу. Просте озонування річкової води та озонування її в розроблених Інститутом колоїдної хімії і хімії води нових режимах водообробки показало, що продукти, які утворюються при цьому, також мали мутагенність. Наступна фільтрація первинно озонованої (а також первинно хлорованої) води через піщані фільтри та ГАВ повністю знімала мутагенність питної води. Оскільки використання ГАВ на етапах водообробки є достатньо дорогою процедурою, то застосування побутових фільтраційних пристроїв для доочистки питної води є ефективною з точки зору обмеження надходження в організм мутагенних агентів.
Повітряні об`єкти
Порівняльний аналіз СМ аерозольної та газової компоненти атмосферного повітря вивчених міст показав, що виявлені ефекти схожі: повітря групи “металургійних” міст найбільше забруднене мутагенами в обох випадках, також в обох випадках для проб “хімічних” міст виявлені всі види ефектів, крім “сильного”.
“Металургійні” міста. З таблиць 6-8 видно, що СМ проб аерозольної частини повітря вища та стабільніша, ніж газової у всіх варіантах дослідів, що можна пояснити втратами при відборах проб газової частини. Тим не менше, отримані достатньо високі рівні СМ в “газових” пробах також свідчать про високу потенційну генетичну небезпеку для людини цієї частини повітря.
“Хімічні” міста. Найбільше насичена мутагенами атмосфера трьох міст: Северодонецька, Рубіжного, Лисичанська. Аерозольна компонента показала стабільний “середньої” сили ефекти, тоді як ефекти аналогічного варіанту газової частини стабільністю не відрізнялися. Не відрізнялися стабільністю аерозольні проби з Горлівки та Кременчука, навпаки, газові проби мали тенденцію до збільшення , або до зменшення ефекту (за період дослідження). Найслабкі ефекти в цій групі міст показали проби з Черкас, Чернігова, Сум та Полтави. В різних варіантах дослідів певної тенденції виявити не вдалося, тобто в аерозольній складовій максимальні ефекти спостерігали в пробах з Полтави, в газовій - з Черкас.
Мутагенність компонент повітря умовно чистих міст також була приблизно однаковою з несуттєвою різницею. В обох випадках максимальні ефекти показані для проб з Сімферополя та Миколаєва, відсутність ефектів - для Севастополя і Житомира.
Таким чином, вивчення СМ складових атмосферного повітря 19 міст України з різною специфікою промисловості показало, що як в газовій, так і в аерозольній компонентах міститься велика кількість (і досить висока концентрація) мутагенно-активних речовин. Про це свідчать отримані нами експериментальні дані. Наявність “середнього” ступеня СМ в пробах “металургійних” і деяких “хімічних” міст при відносно невеликих об`ємах відібраного повітря, є тривожним сигналом, який свідчить про невисоку якість атмосферного повітря по показнику СМ.
Враховуючи виявлені ефекти в пробах повітря, можна ранжувати міста за ступенем зменшення СМ. Так, пріоритетний перелік міст по МА виглядатиме наступним чином: Горлівка > Запоріжжя = Маріуполь = Северодонецьк = Рубежне >Донецьк > Кривий Ріг >Кременчуг > Макіївка > Лисичанськ > Полтава > Рівне > Сімферополь > Черкаси > Чернігів > Миколаїв > Суми > Житомир > Севастополь.
Не дивлячись на все розмаїття даних з проблеми генетичного моніторингу, в нашій роботі ми застосовували дані, отримані Є.М.Антипенком з співавт. та О.І. Тимченко і співавт. для порівняльного аналізу результатів по СМА атмосферного повітря в містах з даними, які характерізують здоров’я (таблиця 7).Слід зазначити, що, з одного боку, показники СМА не корелюють з демографічними показниками (народжуваність і очикувана середня тривалість життя) і в той же час має місце зв’язок їх з даними щодо генетичних пошкоджень. Найбільш значущі рівні СА і ВВР спостерігали в Маріуполі і Запоріжжя, де ступінь мутагенної активності складав 18,2 і 16,7, тоді як в Сімферополі з більш низькою СМА повітря (6,9) рівні СА в 1,55 раза і ВВР в 2,6 раза нижче.Очевидно, це пов’язано з тим, що демографічні показники здоров’я формуються широким спектром соціально-економічних та інших факторів, тоді як генетичні показники обумовлюються впливом специфічних агентів: мутагенних чинників, характеристикою яких в наших дослідах є СМА. Підтвердженням цього є також кореляція показників СА і ВВР з даними по забрудненню атмосферного повітря бенз(а)піреном, який, з одного боку, відноситься до числа найбільш активних канцерогенів-мутагенів, а з іншого - визначає найбільший внесок в формування СМА повітря. Таким чином, можна підтвердити інформаційну значущість СМА для прогнозування специфічної генетичної небезпеки забруднень довкілля.
Таблиця 7
Порівняльна оцінка рівней забруднення атмосферного повітря хімічними сполуками і деяких показників здоров’я населення в містах з різною спеціфікою промисловості
В И С Н О В К И
1. Вперше з використанням розробленої нами методичної схеми вивчення та оцінки СМА хімічних забруднень на бактеріальних тест-системах проведено широкомасштабне тестування об`єктів довкілля (води, повітря) на мутагенність, що дозволило встановити реальну еколого-генетичну небезпеку об`єктів середовища для генетичного здоров`я населення.
2. Розроблена методична схема вивчення та оцінки мутагенних ефектів на бактеріальних тест-системах (тест-штами ТА 98 і ТА 100) відрізняється від традиційної системи Еймса більшою надійністю результатів, адаптованістю до об`єктів середовища і базується на нових експериментальних даних, а саме:
- визначені межі коливань спонтанного фону мутування (історичний контроль) для ТА 98 (від 11 до 44 колоній на чашку) і ТА 100 (від 54 до 91 колонії на чашку);
- встановлена відсутність впливу стану системи метаболічної активації на рівень спонтанного мутагенезу; вибрані і обгрунтовані найбільш ефективні дози позитивних контролів (модельних мутагенів) для відповідних штамів-тестерів: для контролю чутливості до дії мутагенів для ТА 98 рекомендований діазопірен в дозі 500 мкг/чашку, для ТА 100 - біхромат калію в дозі 200 мкг/чашку; для контролю ефективності функціонування системи метаболічної активації для ТА 98 рекомендований бензидин, для ТА 100 - циклофосфамід в рівних дозах (200 мкг/чашку);
- обгрунтовані критерії врахування мутагенних ефектів: незалежно від коливань дисперсії досліду мутагенний ефект слід вважати встановленим при перевищенні числа колоній-ревертантів в дослідних варіантах відносно спонтанного контролю для ТА 98 в 2,0 рази, для ТА 100 - в 1,8 рази.
3. Запропонована шкала оцінки мутагенних ефектів на бактеріальних тест-системах з врахуванням активності дії комплексу хімічних речовин з об`єктів середовища: “слабкий” - перевищення кількості колоній в досліді відносно контролю до 10 разів, “середній” - від 10 до 100 разів, “сильний” - більш 100 разів.
4. Тестування на мутагенність проб води з поверхневих джерел водопостачання (річок Дніпро і Десна) в місцях водозабору питних водогонів м.Києва встановило меншу забрудненість хімічними мутагенами Деснянської води (переважно “слабка” мутагенність) в порівнянні з Дніпровською (переважно “середня” мутагенність) з явними сезонними коливаннями ефектів, що сягають піку в літні місяці - час “цвітіння” води. Проби води з артезіанських свердловин (Сеноменський і Юрський водоносні горизонти) не мали здатності індукувати генні мутації у Salmonella typhimurium. Встановлена різниця в показниках СМА може бути обумовлена наявністю в воді річок Дніпро і Десна (в різних концентраціях) таких хімічних речовин, як феноли, нафтопродукти, нітрити, солі важких металів.
5. Встановлено, що застосування на водогінних станціях для попередньої обробки річкової води хлорування (на відміну від озонування) приводить до підвищення початкової мутагенності води за рахунок утворення нових мутагенно-активних сполук. Аналіз мутагенності продуктів первинного хлорування та первинного озонування Дніпровської води виявив вищу мутагенність продуктів хлорування порівняно з продуктами озонування (перевищення спонтанного контролю в 17,7 і 7,0 разів відповідно). Показано, що утворення мутагенів відбувається в результаті взаємодії хлору з органічними сполуками води і підчиняється загальній закономірності “доза-час-ефект”.
6. В процесі поступового проходження первинно хлорованої (або озонованої) природньої води через традиційну систему водоочистки річкових водогонів (коагуляція - відстоювання - фільтрація - обеззаражування) проводить в 3-5 разів зниження початкової генотоксичності води, проте частина мутагенів поступає в питну воду. Встановлений факт підвищення мутагенності питної води при застосуванні озону на заключному етапі її обробки (обеззаражування), мабуть, в результаті взаємодії озону з немутагенними сполуками, утвореними під час попереднього хлорування.
7. За ступенем забруднення мутагенами Дніпровська і Деснянська питні води після головних водогінних очисних споруд (з резервуарів чистої води) характеризувались “слабкою” генетоксичністю (перевищення спонтанного контролю в 4,6 і 2,9 разів відповідно). В результаті змішування в водорозподільних мережах мутагенної питної води з поверхневих джерел водопостачання з немутагенною артезіанською водою, якє має місце, наприклад, в м.Києві, відмічено зниження генотоксичності водопровідної води в кратності, яка відповідає частці артезіанської води в загальній витраті питної води, тому питні води змішаних артезіансько-річкових водогонів, очевидно, менш небезпечні для генетичного здоров`я людей, ніж чисто річкові водогони.
8. Показано, що водоочисні фільтри з загрузкою ГАВ (на відміну від піщаної) навіть при застосуванні на водогонах первинного хлорування, яке приводить до підвищення мутагенності води, забезпечують повне видалення мутагенів з води. Встановлений факт підтверджено нами і на побутових водоочисних пристоях з картриджами, загруженими такими сорбційними матеріалами, як сплавлений порошок титану і оксиду алюмінію, активована вуглецева волокниста тканина, клиноптилоліт, модифікований сполуками марганцю, активоване вугілля, імпрегноване сріблом. Все це дає підставу рекомендувати застосування на водогінних станціях вугільних фільтрів замість кварцевих, або ж проводити доочистку води на сорбційних фільтрах безпосередньо у споживача.
9. Тестування на мутагенність усереднених проб атмосферного повітря, відібраних на стаціонарних постах спостередження в 19 містах України, які були умовно розподілені на міста з переважним розвитком металургійної (“металургійні” міста), хімічної (“хімічні” міста) промисловості і умовно чисті (контрольні) міста, дозволили встановити характер і ступінь забруднення мутагенами повітряного середовища:
- аерозольна і газова складові атмосферного повітря міст показали майже рівний ступінь сумарної мутагенності (з незначним первищенням в ступені вираженості ефекту для аерозольної складовоі);
- за мутагенною активністю атмосферного повітря досліджені міста можуть бути ранжовані наступним чином: “металургійни” (“середня” активність), “хімічні” (“середня” або “слабка” активність), умовно чисті (“слабка” або відсутність активності). В рамках “середньої” або “слабкої” мутагенної активності, незалежно від характеру промислового розвитку міст, кратність перевищення спонтанного контролю була приблизно однаковою (від 15 до 23 та від 2 до 9 разів відповідно);
10. В досліджених містах, незалежно від характеру промисловості, відмічено приблизно однаковий спектр сполук, які відносяться до 3-4 класу небезпеки - ПАУ, важкі метали, які є пріоритетними забруднювачами атмосферного повітря. Отже, різниця в ступені СМА визначається не стільки різним спектром хімічних сполук, скількі рівнем їх вмісту в повітрі. Разом з тим, не можна виключити в цьому процесі внесок окремих спеціфічних сполук, ідентифікація яких потребує розробки інших методів фізико-хімічного аналізу.
11. Встановлено одночасну присутність в атмосферному повітрі досліджених міст “прямих” та “побічних” мутагенів. Ідентифікація забруднювачів повітряного середовища з мутагенною активністю виявила, що пріоритетними для всіх міст є одні і ті ж мутагени: бенз(а)пірен і споріднені сполуки (PR= 0,710 - 0,950), важкі метали (PR= 0,800 - 0,999), формальдегід та продукти їх фотохімічних перетворень.
12. Результати досліджень атмосферного повітря на мутагенність дозволили ранжувати вказані міста за ступенем генетичної небезпеки для здоров`я людей і рекомендувати систему пріоритетних заходів по охороні повітряного середовища від забруднень, в тому числі і мутагенно активними речовинами, що знайшло відображення в цілому ряді нормативно-методичних (4) та інших документів, які підтверджені актами про впровадження.
13. Враховуючи високу пріоритетність таких хімічних сполук, як важкі метали (особливо іонів 6-валентного хрому, свинцю, кадмію), бенз(а)пірен, антрацен, пірен, флуорен в атмосферному повітрі, бромоформ, хлороформ, дібромхлорметан, 2-хлорфенол в питних водах, які характеризуються стабільністю, розповсюдженістю і мутагенною активністю, доцільно рекомендувати їх для включення в перелік речовин для обов’зкового контролю на державному або місцевому рівні.
ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Изучение мутагенной активности проб воздуха на Salmonella typhimurium// Медицинский реферативный журнал. - 1981, N10.-С.48-51. (співавт. Соколовский В.В.)
2. Критерии учета мутагенных эффектов в тесте Эймса//Цитология и генетика. - 1990. - Т. 24, N 4. - С. 41-45. (співавт. Журков В.С., Абилев С.К.)
3. Анализ спонтанного фона мутирования Salmonella typhimurium//Гигиена и санитария. - 1991, N1. - С. 70-71. (співавт. Журков В.С.).
4. Выявление и оценка суммарной мутагенной активности аэрозольной части химических загрязнений атмосферного воздуха некоторых промышленно развитых городов Украины// Цитология и генетика. - 1993. - Т. 27, N 4. - С. 34-39. (співавт. Бариляк И.Р., Журков В.С.).
5. Гигиеническое изучение активированного углеродного волокнистого материала в составе сорбирующего фильтрующего элемента, предназначенного для доочистки питьевой воды в быту//Гигиена и санитария. - 1993, N10. - С. 21-23. (співавт. Прокопов В.А., Миронец Н.В., Гакал Р.К., Мактаз Э.Д., Тетенева И.А., Тарабарова С.Б., Мартыщенко Н.В.).
6. Гигиеническое изучение активированного углеродного волокнистого материала в составе сорбирующего фильтрующего элемента для доочистки питьевой воды.//Врачебное дело. - 1993, N5-6. - С. 52-54.(співавт. Прокопов В.А., Миронец Н.В., Гакал Р.К., Мактаз Э.Д., Тетенева И.А., Тарабарова С.Б., Мартыщенко Н.В., Надворная Ж.Д).
7. Detection and Estimation of total mutagenic activity of the aerosol fraction of chemical pollutants of atmospheric air in industrial developed cities of Ukraine//Cytology and Genetics.- 1993. Vol. 27, N 4. - P. 31-35. (співавт. Bariliak І.R., Zurkov V.S.).
8. Mutagenic activity of airborne particles in industrial cities//Cytology and Genetics. - 1995, N 5. - P. 29-34. (співавт. Bariliak I.R.).
9. Оценка мутагенной активности газовых частиц атмосферного воздуха с помощью микробиологического теста//Микробиологический журнал. - 1995 - Т. 57, N4. - С. 65-72. (співавт. Бариляк И.Р.).
10. Мутагенная активность взвешенных частиц атмосферного воздуха в индустриальных городах Украины// Цитология и генетика. - 1995. - Т. 29, N5. - С.29-34. (співавт. Бариляк И.Р.).
11. Влияние дезинфектантов на качество питьевой воды//Химия и технология воды. - 1996. - Т. 18, N5. - С. 533-539. (співавт. Бариляк И.Р.).
12. Продукты хлорирования воды как индукторы генных мутаций//Цитология и генетика. - 1996. - Т. 30, N5. - С. 76-81.
13. Products of water chlorination as inductors of gene mutations// Cytology and Genetics - 1996 - Vol. 30, N 5. - P. 75-79
14. Изменение суммарной мутагенности при водоподготовке на Деснянском водопроводе//Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології. - Київ- Луганск - 1997. - С.48-50.
15. Desinfectants and induction of gene mutation// Mutation Research. - 1997. - Vol. 379, N1. - Suppl.1. - P. 107. (співавт. Bariliak I.).
16. Atmospheric air contamination and demographic process in the cities of Ukraine// Mutation Research.- Vol. 379, N1.-Suppl.1.-P. 106. (співавт. Timchenko O., Touros E.).
17. Desinfectants application and indused mutagenesis in Salmonella typhimurium// Mutation Research. - 1997. - Vol. 379, N1. - Suppl.1. - P. 106.
18. Ozone application in water treatment and induction of gene mutation in biological objects// Mutation Research.-1997. - Vol. 379, N1. - Suppl.1. - P. 108. (співавт. Bariliak I.).
19. Мутагенность газовой компоненты атмосферного воздуха как показатель его качества// Цитология и генетика. - 1998. - Т. 32, N1. - С. 113-121.
20. Effects of disinfectants on the quality of drinking water//Jornal of Water Chemistry and Technology/ - 1996. - Vol. 18, N 10. - P. 24-28. (співавт. І.Р.Бариляк).
21. Суммарная мутагенная активность вод из артезианских скважин и смешанного водопровода г.Киева // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології. - Київ-Луганськ, 1998. - с.18-21.
22. Химические загрязнения атмосферного воздуха как потенциальные индукторы генных мутаций//Довкілля та здоров’я. - 1998, N 2 (5). - С. 60-64.
23. Методика оцінки екологічного стану басейнів річок України// Моніторинг та прогнозування генетичного ризику в Україні. - РЕФОРМА. Київ. - 1998. - С. 29-46. (співавт. Г.В. Стефонович).
24. Оценка общей токсичности и потенциальной мутагенности на примере исследований проб воды из Днепровского водопровода// Вісник проблем біології і медицини. - Полтава - Харків. -1998, N19. - С. 100-105 (соавт. А.В.Слюсаренко)
Дуган А.М. Суммарная мутагенная активность как интегральный показатель оценки эколого-генетического состояния окружающей среды. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.15. - генетика (биологические науки). - Украинский научный гигиенический центр МЗ Украины, Киев, 1998.
Диссертация посвящена вопросам изучения и оценки потенциальной суммарной мутагенности объектов окружающей среды. В работе получила свое дальнейшее развитие схема исследования мутагенности на бактериальных тест-штаммах, предложен новый способ оценки мутагенных эффектов. По результатам исследования суммарной мутагенности водных объектов дается заключение о качестве питьевой воды Днепровского, Деснянского и артезианского водопроводов, а также смешанного водопровода. Показано, что новые технологии водоподготовки (с фильтрацией воды через ГАУ) при использовании любых дезинфектантов являются эффективными с точки зрения отсутствия в питьевой воде суммарной мутагенности. Изучение СМ атмосферного воздуха в промышленно развитых городах показало примерно равный вклад в общий мутагенный пул газовой и аэрозольной составляющей. Наиболее активным в мутагенном отношении является атмосферный воздух в городах с преимущественно развитой металлургической промышленностью.
Ключевые слова: мутагены, суммарная мутагенность, тест-штаммы, атмосферный воздух, питьевая вода, водные загрязнения, воздушные загрязнения.
Дуган О.М. Сумарна мутагенна активність як інтегральний показник оцінки еколого-генетичного стану довкілля. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.15. - генетика (біологічні науки). - Український науковий гігієнічний центр МОЗ України, Київ, 1998.
Дисертація присвячена питанням вивчення та оцінки потенційної сумарної мутагенності об`єктів довкілля. В работі отримала свій подальший розвиток схема дослідження мутагенності на бактеріальних тест-штамах, запропонований новий спосіб оцінки мутагенних ефектів. За результатами дослідження сумарної мутагенності водних об`єктів дається заключення про якість питної води Дніпровського, Деснянського та артезіанського водогонів, а також змішаного водогону. Показано, що нові технології водопідготовки (з фільтрацією води через ГАВ) при використанні любих дезинфектантів є ефективними з точки зору відсутності у питній воді сумарної мутагенності. Вивчення СМ атмосферного повітря в промислово розвинутих містах показало приблизно рівний вклад у загальний мутагенний пул газової та аерозольної складової. Найбільш активним у мутагенному відношенні є атмосферне повітря в містах з переважно розвинутою металургійною промисловістю.
Ключові слова: мутагени, сумарна мутагенність, тест-штами, атмосферне повітря, питна вода, водні забрудненя, повітряні забрудненя.
Dugan A.M. Total mutagenic activity as an integral assessment index of ecological-genetic state of the environment. - Manuscript.
Dissertation is presented for Biology Doctor’s degree by the speciality 03.00.15-genetics (biological sciences). - Ukrainian Scientific Centre of Hygiene of the Ukrainian Ministry of Health, Kyыv, 1998.
Dissertation is devoted to study and assessment of the potential total mutagenicity of the environmental objects. In this study a sсheme of the mutagenic investigation on the bacterial test-strains has been received its further development. New method of the mutagenic effects’ assessment is proposed. According to the results of the total mutagenicity of water objects a conclusion on drinking water quality of the Dniprovsky, Desnyansky and artesian water pipes is presented. It has been demonstrated that new technologies of water preparation (with water filtration through granulated activated carbon) using any disinfectants are effective ones from the point of view of the absence of total mutagenicity in drinking water. In the industrial developed cities investigation of ambient air total mutagenicity has demonstrated an equal contribution of gas and aerosol components in general mutagenic pool. Ambient air is the most active mutagenic component in the cities mainly with developed metallurgical industry.
Key-words: mutagens, total mutagenicity, ambient air, drinking water, water pollution, air pollution.
| 
