Вплив марганцю в питній воді та гіперактивна поведінка у старших дітей

Елемент

Автор (и):

Вступ

Зараз визнано, що вплив деяких металів, таких як свинець та ртуть, перешкоджає розвитку нервової системи у дітей. Ці знання викликали інтерес у галузі охорони здоров’я та призвели до здійснення заходів щодо зменшення впливу цих металів. Згідно з останніми епідеміологічними дослідженнями та дослідженнями на тваринах, марганець (Mn) є металом, який також може мати шкідливий вплив на неврологічний розвиток. З одного боку, відомо, що невелика кількість марганцю необхідна для нормального функціонування організму, і що ризик дефіциту марганцю практично дорівнює нулю, оскільки потреби легко задовольняються їжею; в літературі зафіксовано лише один випадок експериментально викликаного дефіциту. З іншого боку, надмірний вплив марганцю, головним чином шляхом вдихання, може спричинити нейротоксичні ефекти.

Нейротоксичні властивості марганцю відомі з 1858 року, після того як англійський лікар Джеймс Купер повідомив про дивний синдром інтоксикації, який страждають робітники на рудних шахтах, багатих на марганець. Деякі з цих неповнолітніх справді розвинули манганізм, що серйозно пошкоджує центральну нервову систему. Це прогресуючий та інвалідизуючий синдром, розвиток якого можна розділити на три фази:

Вплив марганцю призводить до накопичення марганцю в базальних гангліях (підкіркових структурах), а особливо в блідому шарі. Токсична дія марганцю на нейрони викликає дисбаланс у діяльності кількох нейромедіаторів, включаючи дофамін та ã-аміномасляну кислоту (ГАМК).

Важливо зазначити, що переважна більшість знань про нейротоксичну дію марганцю походить із досліджень на робочому місці. З часів Джеймса Купера було багато повідомлень про манганізм. Це постраждали працівники з різних робочих місць, де частинки марганцю, що переносяться в повітрі, присутні в концентраціях, що перевищують 1 мг Mn/м3, тобто шахт та переробних підприємств марганцевої руди, заводів з виробництва марганцю, сплавів марганцю та місць, де проводяться часті пайки. З меншим опроміненням ризик манганізму зменшується, але можуть спостерігатися субклінічні ефекти. Ці ефекти можуть впливати на рухові функції (тремор, труднощі при виконанні швидких альтернативних рухів, ригідність м’язів, постуральні проблеми) та когнітивні (швидкість реакції, пам’ять, тривалість уваги) та спричиняти психологічні розлади (депресія, дратівливість, тривожність, агресивність, розгубленість).

Вплив високих концентрацій марганцю в питній воді

Крім того, було проведено дослідження щодо впливу впливу марганцю при попаданні питної води у дорослих. На Пелопоннесі, Греція, порівнювали три регіони зі зростаючими концентраціями марганцю: від 4 до 15 мкг/л (область А), від 80 до 250 мкг/л (область В) та від 1800 до 2300 мкг/л (область С) 5. Підвищена концентрація марганцю у воді була пов’язана з такою у волоссі та з неврологічними ознаками, оціненими за допомогою стандартизованого обстеження; відмінності були значними між зонами А і С. Зверніть увагу, що концентрація марганцю в крові не була пов'язана ні з концентрацією марганцю у волоссі, ні з неврологічними ознаками. Результати цього дослідження вказують на те, що нейротоксичні ефекти можуть виникати при дозах, які вважаються безпечними, тобто нижче, ніж референтне значення (RfD, 10 мг/добу). На основі цього дослідження, Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) вирішило більш обережно розглянути споживання марганцю з води порівняно з продуктами харчування, використовуючи коефіцієнт захисту 3 для оцінки споживання марганцю з питної води при розрахунку RfD.

Присутність марганцю у воді в Квебеку

Природно високі концентрації марганцю виявляються у воді кількох регіонів Квебеку, Канади та інших країн світу. У Квебеку концентрації дуже різні, але найвищі рівні виявлені в підземних водах. Концентрації до 2800 мкг/л були виміряні в приватних свердловинах в Lac Brome в Estrie 6. Ці високі концентрації сприяють окислювально-відновним умовам, що переважають у надрах і дозволяють розчиняти марганець у гірських породах. У Квебеку 21% населення харчується джерелом підземних вод, але мало даних про наявність марганцю в водоносних шарах. Геологічна служба Канади провела опитування у вододілі річки Шатогвай, яке показало, що 10% приватних свердловин мали концентрацію 290 мкг марганцю/л 7. Якщо ми припустимо, що подібна ситуація може існувати в решті Квебеку, приблизно 160 000 людей (а) будуть обслуговуватися водою з принаймні такою концентрацією марганцю, концентрацією, яка пов'язана, слід пам'ятати, з негативними наслідками в дослідження He та співавт. 1 .

Пілотне дослідження впливу марганцю у воді та дітей 8

Протягом 2005 року нам повідомили, що мережа питного водопостачання муніципалітету в Квебеку розподіляє воду з високою концентрацією марганцю. Ця інформація надійшла від жителя цього муніципалітету, також студента магістра природничих наук з Квебекського університету в Монреалі. Тому ми зобов’язались провести дослідження в цьому муніципалітеті, щоб перевірити, чи можуть бути пов’язані негативні наслідки для здоров’я з цим впливом. Дітей було обрано цільовою популяцією через можливу вразливість до нейротоксичних ефектів марганцю. Гіпотеза пілотного дослідження полягає в тому, що концентрація марганцю у воді пов’язана з концентрацією марганцю у волоссі (показник впливу), а остання пов’язана з гіперактивною поведінкою дітей шкільного віку з цього муніципалітету.

Гіперактивна поведінка була обрана як міра ефекту впливу марганцю на основі досліджень, що вивчають концентрацію мікроелементів у волоссі у дітей з порушеннями навчання чи поведінки. Дійсно, ці дослідження на випадок контролю пропонують зв’язок між марганцем, труднощами у навчанні та гіперактивністю. Висока концентрація марганцю була виміряна у волоссі дітей з порушеннями навчання 9,10 або визначена гіперактивною 11,12 порівняно з дітьми без таких розладів. Однак деякі методологічні питання обмежують обґрунтованість будь-яких висновків, які можна зробити щодо причинного наслідку марганцю, включаючи вплив інших металів, включаючи свинець 9 та неадекватну контрольну групу 11. Крім того, вибір для вивчення гіперактивної поведінки базувався на тому, що останню можна легко оцінити за допомогою анкет, що проводяться батьками та вчителями дітей, що зручно і недорого.

Для цього пілотного проекту сім'ї-учасники були набрані через дві школи муніципалітету, початкову школу та середню школу. Загалом у дослідженні взяли участь 46 дітей віком від 8 до 15 років (24 хлопчики та 22 дівчинки; середній вік: 11). Поведінка кожної дитини оцінювався їхнім учителем та батьками за допомогою переглянутої шкали Коннерса, перевіреної та стандартизованої анкети (тобто доступні стандарти), яка часто використовується в дослідженнях та клініках Квебеку та інших країн світу. Бали були розраховані для наступних чотирьох шкал: опозиційна поведінка, гіперактивна поведінка, когнітивні порушення/неуважність та індекс. У кожної дитини брали зразок волосся. Концентрацію марганцю аналізували Центром токсикології дю Квебеку (CTQ). Останній пропонує діапазон нормальних контрольних значень для концентрації марганцю у волоссі 0 - 3 мкг/г для зразків волосся в Квебеку.

Дві свердловини постачають будинки відповідного муніципалітету, одна криниця забезпечує воду 610 мкг/л (Р1), а інша - 160 мкг/л (Р2). В обох свердловинах виявлено дуже низькі концентрації свинцю, миш'яку та ртуті (a на підрозмірах шкали рейтингу Коннерса для вчителів, стратифікованих концентрацією марганцю у волоссі b). .

Гранична точка, запропонована в посібнику для тестування для ідентифікації дітей для клінічного оцінювання (Conner, 2000.
b Верхня межа нормальних значень (Miekeley et al. 1998)

Результати цього пілотного дослідження дозволяють припустити, що при концентрації між 160 і 610 мкг марганцю/л вода може бути значним джерелом впливу цього металу для дітей у віці від 6 до 15 років. Крім того, зв’язок між концентрацією марганцю у волоссі та гіперактивною та опозиційною поведінкою в класі піднімає можливість причинно-наслідкового зв’язку, який, однак, слід встановити шляхом подальших досліджень з цього питання. Найбільш вражаючим результатом дослідження є те, що у всіх дітей з оцінками, що визначають їх для клінічної оцінки їх гіперактивної поведінки, концентрація марганцю у волоссі перевищувала рекомендовану величину. Хоча жодного біоіндикатора впливу інших металів не було виміряно, навряд чи інший нейротоксичний метал (свинець, миш'як або ртуть) міг би пояснити ці спостереження, оскільки слідові кількості вимірювали у "воді".

Застосування волосся як біоіндикатора впливу марганцю не встановлено, оскільки взаємозв'язок між концентрацією марганцю у волоссі та концентрацією марганцю в крові та дозою опромінення недостатньо відомий. Однак загалом концентрація металів у волоссі вважається рівноважною із вмістом плазми крові, яка живить ріст волосся. Нещодавно інші дослідження використовували волосся як біоіндикатор впливу марганцю 14. Крім того, наші результати показали значну залежність між концентрацією марганцю у колодязній воді та концентрацією, виміряною у волоссі, і це також спостерігалося в інших дослідженнях 5,15. У світлі цих досліджень виявляється, що волосся можуть бути корисним біоіндикатором впливу при вивченні можливих наслідків марганцю для здоров’я.

Продовження дослідження

Незабаром після завершення дослідження муніципалітет створив систему очищення фільтрації зеленого піску для зменшення концентрації марганцю у воді. Через чотири місяці після запровадження цієї системи можна було пройти спостереження за 33 з 46 дітей у початковому дослідженні. Відібрано зразки волосся, а Коннерс передано батькам та вчителям. Результати показують, що міська система очищення води є ефективною, оскільки концентрація марганцю у воді впала нижче 30 мкг/л. Концентрація марганцю у волоссі також дуже суттєво знизилася - з 4,8 мкг/г до 0,68 мкг/г; крім того, жодне значення не перевищувало референтне значення 3 мкг/г, рекомендоване CTQ. Крім того, не відбулося значних змін в оцінках Коннерса. Однак анкети заповнювали різні вчителі попереднього року, що ускладнювало порівняння даних до і після зменшення вмісту марганцю у воді.

Нормативні аспекти

У Канаді норми щодо якості питної води знаходяться в юрисдикції провінції. У зв'язку з цим нормативна база Квебеку визначена в Регламенті щодо якості питної води. У Квебеку мережами питного водопостачання керують в основному муніципалітети, останні також несуть відповідальність за забезпечення дотримання Регламенту. Однак марганець не входить до переліку елементів, включених до Регламенту, а це означає, що Міністерство сталого розвитку, навколишнього середовища та парків (MDDEP) не вимагає, щоб його вимірювали оператори водорозподільних систем. На підставі незручностей, які вони спричиняють для сантехніки та тканин (плям), а також смаку напоїв, Health Canada видала рекомендацію щодо концентрації марганцю в питній воді 50 мкг/л. Ця рекомендація, заснована на органолептичних міркуваннях, не має законної сили, і оператори можуть її дотримуватися чи ні. Замість виходячи з можливих наслідків для здоров’я, Всесвітня організація охорони здоров’я пропонує граничну величину 400 мкг/л для марганцю в питній воді 16, тоді як у США EPA встановлює це значення в 300 мкг/л 17 .

Масштабне дослідження щодо впливу марганцю з води та здоров’я дітей

За результатами цього пілотного дослідження ми провели велике епідеміологічне дослідження з цього приводу. Нещодавно нам було надано грант Канадських інститутів досліджень здоров’я (CIHR) для проведення цього дослідження, основною метою якого є перевірка гіпотези про те, що вплив марганцю у воді негативно впливає на поведінку та когнітивні та нейромоторні навички дітей. Це поперечне епідеміологічне дослідження буде проведено на дітях з чотирьох муніципалітетів, з категоріями концентрації марганцю у воді з водопроводу, встановленими наступним чином: