Автореферат и диссертация по медицине (14.02.01) на тему:Сравнительная оценка токсичности и опасности сим-триазинов в воде на примере производных циануровой кислоты и меламина

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

И ГИГИЕНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ИМ. А.Н.СЫСИНА МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи

04201453258

ПЕЧНИКОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

УДК 614.777:628.16.-074

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ И ОПАСНОСТИ СИМ-ТРИАЗИНОВ В ВОДЕ НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДНЫХ ЦИАНУРОВОЙ

КИСЛОТЫ И МЕЛАМИНА

14.02.01-Гигиена

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научные руководители:

доктор медицинских наук О.О.Синицына

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Список сокращения................................................................ 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................... 10

1.1. Общая характеристика триазинов........................................ 10

1.2. Токсикологическая и санитарно-гигиеническая характеристика циануровой кислоты и ее производных..................................... 11

1.3.Токсикологическая и санитарно-гигиеническая характеристика меламина........................................................................... 18

ГЛАВА 2. ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..................... 30

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ

ХЛОРПРОИЗВОДНЫХ ЦИАНУРОВОЙ КИСЛОТЫ..... 43

3.1. Изучение влияния ДХЦК и ТХЦК на органолептические

свойства воды...................................................................... 43

3.2. Изучение острой токсичности ДХЦК и ТХЦК при внутрижелудочном поступлении в организм................................ 45

3.3. Изучение токсичности и опасности ТХЦК в условиях хронического токсикологического эксперимента......................... 47

3.4. Изучение биоцидной активности ДХЦК и ТХЦ....................... 58

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ И ОПАСНОСТИ

МЕЛАМИНА....................................................... 65

4.1. Изучение влияния меламина на органолептические свойства

воды................................................................................. 64

4.2. Изучение влияния меламина на процессы самоочищения водных объектов............................................................................ 66

4.3. Изучение токсического действия меламина в условиях хронического эксперимента..................................................... 69

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ........ 76

ВЫВОДЫ........................................................................... 96

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

Список используемых сокращений

ВПК - биохимическое потребление кислорода;

ГКБ - глюкозоположительные колиформные бактерии;

ДУ - допустимый уровень;

ДХЦК - дихлоризоциануровая кислота;

ИА - индекс альтераций;

ЛД5о - среднесмертельная доза;

МНД - максимальная недействующая доза;

МНК - максимальная недействующая концентрация;

ОДУ - ориентировочный допустимый уровень;

ОКБ - общие колиформные бактерии;

ОМЧ - общее микробное число;

ПД - пороговая доза;

ПДК - предельно допустимая концентрация; ПК - пороговая концентрация;

ПКорг. - пороговая концентрация по органолептическому признаку вредности;

ПКса„ - пороговая концентрация по общесанитарному показателю вредности;

РЭС — ретикуло-эндотелиальная система;

ТКБ - термотолерантные колиформные бактерии;

ТХЦК - трихлоризоциануровая кислота;

ЦНС - центральная нервная система;

Cv - коэффициент вариации;

Fei - выраженное вредное воздействие;

1кум - индекс кумуляции;

LOAEL - минимальный уровень обнаруживаемых вредных эффектов;

TDI - допустимая суточная доза;

TL50 - величина среднего времени гибели животных.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения безопасных условий водопользования населения на современном этапе сохраняет высокую актуальность в связи с тем, что спектр химических соединений, дополнительно вносимых в воду при водоподготовке, продолжает расширяться.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды [19, 33, 44, 45, 56, 57, 69] и воды плавательных бассейнов рекомендованы производные циануровой кислоты - натриевая соль дихлоризоциануровой кислоты (ДХЦК) и трихлоризоциануровая кислота (ТХЦК). ДХЦК и ТХЦК в воде с различной скоростью подвергаются гидролизу до изоциануровой (циануровой) кислоты и цианурата натрия. Кроме того, при использовании хлорциануратов в воду может поступать меламин (1,3,5-триазино-2,4,6-триамин), как исходный продукт синтеза циануровой кислоты [94, 123].

Все эти вещества (ДХЦК, ТХЦК, изоциануровая кислота, меламин) относятся к классу сим-триазинов. Согласно современным данным литературы [91, 114, 116, 117, 139], механизм токсического действия циануратов, которые быстро выводятся из организма с мочой в неизмененном виде [71, 115, 139], связан с поражением мочевыделительной системы за счет образования кристаллов в почечных клубочках и канальцах [92] и камней в мочевом пузыре [139]. Однако эффект камнеобразования изучался только при действии циануратов в высоких дозах и не учитывался при обосновании их нормативов в воде.

В настоящее время для хлорциануратов и продуктов их производства и диссоциации в воде существуют различные нормативы [42, 53], различающиеся как по величинам, так и по лимитирующим признакам вредности, а ПДК ТХЦК и меламина не обоснованы. Причины различий нормативов нормированных веществ не ясны, так как не оценена сравнительная опасность исходных веществ и продуктов их трансформации в воде, которая является одним из ведущих критериев при нормировании веществ в воде, что было показано в работах Королева A.A. [20, 21];

Красовского Г.Н, Жолдаковой З.И [22, 24, 25, 26]; Жолдаковой З.И., Синицыной О.О. [17].

В связи с этим, необходимо гармонизировать нормативы в соответствии с принципом «единство норматива и метода его контроля», предложенным Красовским Г.Н.

Исходя их вышеизложенного, целью настоящих исследований является сравнительная оценка токсичности и опасности триазинов в воде на примере хлорпроизводных циануровой кислоты и меламина.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить токсические и гигиенические свойства ТХЦК, применяемой для обеззараживания воды.

2. Дать гигиеническую характеристику меламину при его поступлении с водой и обосновать его гигиенический норматив.

3. Провести сравнительную оценку токсичности и опасности циануровой кислоты и ее производных и обосновать возможность установления их единого норматива в воде.

4. Обосновать рекомендации по контролю за содержанием ДХЦК и ТХЦК при обеззараживании различных видов вод и разработать метод контроля меламина в воде.

Научная новизна работы.

Получены данные об отсутствии различий токсикометрических и гигиенических характеристик циануровой кислоты и ее хлорпроизводных.

Обоснована возможность установления единого норматива циануровой кислоты и ее хлорпроизводных в воде.

Показана целесообразность обоснования дифференцированных нормативов для ДХЦК и ТХЦК в зависимости от условий водопользования и

реальных факторов экспозиции (питьевая вода, вода плавательных бассейнов).

Установлена зависимость токсических и гигиенических свойств циануровой кислоты и меламина от структуры входящих в вещество заместителей в триазиновом кольце.

Практическая значимость

Научно обоснована ПДК меламина в воде на уровне 4 мг/л, лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический, 2 класс опасности (Изменения № 2 в ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», утвержденные постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 16.09 2013 г. № 49).

Разработана методика определения меламина в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (Методические указания МУК 4.1.2971-12, утверждены Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко 9.02.2012 г.)

Материалы диссертационной работы использованы при подготовке СанПиН 2.1.4.2652-10 «Гигиенические требования безопасности материалов, реагентов, оборудования, используемых для водоочистки и водоподготовки» Изменение № 3 в СанПиН 2.1.4.1074-01 (утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача РФ Г.Г.Онищенко от 28.06.2010 г. № 74), Методических указаний МУ 2.1.4.2898-11 «Санитарно-эпидемиологические исследования материалов, реагентов и оборудования, используемых для водоочистки и водоподготовки» (утверждены Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко от 12.07.2011 г.) и проекта СанПиН «Плавательные бассейны и аквапарки.

Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды. Контроль качества».

Работа выполнена в лаборатории эколого-гигиенической оценки и прогнозирования токсичности веществ ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина» Минздрава РФ.

Апробация материалов диссертации. Результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на Пленуме Научного совета «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования биологических факторов в гигиене окружающей среды» (Москва, 2009), III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (Москва, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Состояние и перспективы совершенствования научного и практического обеспечения дезинфекционной деятельности в Российской Федерации» (г. Звенигород, 2010), Научно-практической конференции «Санитарно-эпидемиологическое благополучие населения Российской Федерации» VII Всероссийского форума «Здоровье нации - основа процветания России» (Москва, 2011), Пленуме Научного совета по экологии человека и окружающей среды РАМН и МЗСР РФ: «Актуализированные проблемы здоровья человека и среды обитания и пути их решения» (Москва, 2011), IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье. Молодые ученые за устойчивое развитие страны в глобальном мире» с международным участием (Москва, 2012).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Отсутствие различий токсико-гигиенических свойств ДХЦК и ТХЦК.

2. Возможность установления единого норматива циануровой кислоты и ее хлорпроизводных в воде.

3. Научное обоснование гигиенического норматива меламина в воде.

4. Рекомендации по контролю за содержанием циануровой кислоты и ее хлорпроизводных при обеззараживании различных видов вод.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендуемых ВАК.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общая характеристика триазинов

Циануровая кислота [67] и ее хлорпроизводные относятся к классу триазинов [50].

Триазины - шестичленные ароматические гетероциклы, содержащие в кольце три атома азота.

В соответствии с расположением эндоциклических атомов азота существуют три типа триазинов (рис. 1.1): 1,2,3-триазины (1), 1,2,4-триазины (2) и 1,3,5-триазины (3); 1,3,5-триазины также называют сим-триазинами (симметричными триазинами) [66]. Наиболее хорошо изучены сим-триазины.

В ряду азинов я-электронная плотность падает с увеличением числа ге-тероатомов в цикле и, вследствие этого фактора, триазины легко вступают в реакцию с нуклеофилами и, соответственно, реакции электрофильного замещения триазинов протекают с трудом.

В случае наличия уходящей группы (например, атома хлора) происходит нуклеофильное замещение.

Сим-триазины получаются при взаимодействии трихлорциануровой кислоты (цианурхлорида, 2,4,6-трихлор-1,3,5-триазина) с различными соединениями. Некоторые продукты замещения хлора в цианурхлориде на аминогруппы используются в качестве гербицидов (атразин, симазин). Для получения пестицидов и гербицидов два атома хлора в молекуле трихлорциануро-

Рисунок 1.1. Структурные формулы триазинов

вой кислоты замещаются другими группами, а третий либо остается, либо заменяется на метилтио- или метоксигруппу.

На основе триазинов получают синтетические красители: введение хлор-сим-триазиновой группы в краситель обеспечивает ковалентное связывание с волокном, несущим нуклеофильные группы (например, гидроксиль-ные группы целлюлозы), за счёт нуклеофильного замещения хлора, такие красители известны под названием активные триазиновые красители.

1.2. Токсикологическая и санитарно-гигиеническая характеристика цнануровой кислоты и ее производных Токсикологические свойства циануровой (изоциануровой) кислоты и ее производных достаточно хорошо изучены [6, 30, 31, 34, 96, 108]. В острых опытах токсичность циануровой кислоты незначительна (ЛД50 > 5000 мг/кг), т.е. вещество относится к 4 классу опасности. Введение 30 мг/кг в желудок белых крыс и морских свинок 6 раз в неделю в течение 6 месяцев приводило к отставанию в приросте массы тела. При гистологическом исследовании установлена тенденция к снижению содержания аскорбиновой кислоты в селезенке морских свинок, обнаружены дистрофические изменения в почках. Доза 3 мг/кг определена в хроническом эксперименте как максимальная недействующая. Циануровая кислота придает воде горьковато-соленый привкус, который некоторое время спустя сменяется на сладковато-металлический. Пороговая концентрация по влиянию на привкус 6 мг/л. Пороговая концентрация по влиянию на санитарный режим водоемов установлена на уровне 10 мг/л. В России ПДК в воде циануровой кислоты установлена на уровне 6 мг/л, лимитирующий признак вредности органолептиче-ский, вещество придает воде привкус, класс опасности 3 [54].

В России также утверждена ПДК мононатриевой соли циануровой кислоты на уровне 25 мг/л, лимитирующий признак вредности органолептиче-ский, вещество придает воде привкус, класс опасности 3. Вещество малоток-

сичное, ЛД50 >7500 мг/кг. Пороговая доза по данным хронического эксперимента 200 мг/кг, максимальная недействующая доза 10 мг/кг.

Эти результаты совпадают с данными Агентства по охране окружающей среды США, которое предложило мононатриевую соль циануровой кислоты в качестве тестового соединения для изучения токсичности и опасности хлорпроизводных изоциануровой кислоты и их солей. Такой выбор обусловлен тем, что в воде эти соединения полностью гидролизуются с образованием циануровой (изоциануровой) кислоты (или мононатриевой соли этих кислот) и активного хлора [119]. В хроническом двухгодичном эксперименте на крысах при введении мононатриевой соли изоциануровой кислоты в дозах 400, 1200, 2400 и 5375 мг/кг с питьевой водой установлено, что ее воздействие в концентрации 5375 мг/л вызывает нефроз почечных канальцев, задержку мочеиспускания, гематурию, цистит и водянку почек, эндомиокардит и некроз сердечной мышцы. NOEL установлен на уровне 2400 мг/л (154 мг/кг для самцов и 266 мг/кг для самок) [80]. В опытах на 3-х поколениях крыс при пе-роральном воздействии мононатриевой соли изоциануровой кислоты в дозах 400, 1200 и 5375 мг/кг показано, что вещество не оказывает вредное действие на репродуктивную функцию, не обладает тератогенным и эмбриотоксиче-ским действием. Мононатриевая соль изоциануровой кислоты не проявляет мутагенной активности ни в тестах in vitro (тест Эймса без активации и с активацией, тест на увеличение сестринских хроматидных обменов на клетках яичников китайских хомячков), ни в тесте in vivo по выявлению хромосомных аберраций в клетках костного мозга крыс, которым давали однократно с пищей мононатриевую соль изоциануровой кислоты в дозах до 5000 мг/кг.

В 2-х годичных экспериментах по изучению канцерогенного действия на крысах и мышах установлено, что вещество не вызывает образования злокачественных опухолей. Как показали исследования с участием добровольцев, после попадания внутрь организма циануровая кислота довольно быстро

выводится с мочой в неизмененном виде (98% в течение 24 часов) [80, 81, 88].

Изучение распределения и метаболизма меченой 14С мононатриевой соли изоциануровой кислоты в организме крыс и собак также свидетельствует об отсутствии биотрансформации, при введении в небольших дозах (5 мг/кг и меньше) вещество выделяется с мочой, при введении в дозе 500 мг/кг - с мочой и калом. Время полувыведения у собак при введении в дозе 5 мг/кг составляло 1,5-2 часа, наибольшая концентрация в крови у крыс и собак наблюдалась через 30 минут. По результатам исследований авторами сделан вывод, что цианураты являются безопасными для человека реагентами для обеззараживания воды.

В перечень Европейских Стандартов В 8 ЕЫ, объединяющий химические вещества, разрешенные к применению для обработки воды, включены три хлорпроизводных изоциануровой кислоты: натрий дихлоризоцианурат безводный (ЕЙ 12931), натрий дихлоризоцианурат дигидрат (ЕЙ 12932) и три-хлоризоцианурат (ЕЫ 12933). Эти препараты обычно применяются в виде таблеток или гранулированного порошка. Наиболее широкое использование они нашли для обеззараживания воды в бассейнах и дезинфекции поверхностей.

Обеззараживающая эффективность ДХЦК хорошо изучена [63, 64, 82, 127]. Хлорзамещенные производные натриевой соли циануровой кислоты в водном растворе при нейтральной реакции среды подвергаются гидролизу с образованием натриевой соли циануровой (изоциануровой) кислоты и выделени�