Establishing the association between blood levels of chloroform in children and concentrations of chloroform and its derivatives in drinking water of centralized water supply systems

Background: Surface reservoirs remain one of the priority sources of drinking water in the Russian Federation whereas the increasing anthropogenic effect on the environment does not exclude the possibility of contamination of surface waters with toxic compounds. The use of traditional methods of water disinfection with active chlorine aggravates the situation and leads to formation of highly toxic organochlorine compounds. In this regard, one of the urgent hygienic problems is to establish health effect of these toxicants in the population including its most sensitive groups. The objective of the study was to establish and quantify the relationship between concentrations of chloroform and its derivatives in drinking water and blood levels of organochlorine compounds in children consuming potable water with a higher content of chlorine and its derivatives. Materials and methods: The study was conducted on six territories of the Perm Region constituting an observation area where drinking water was noncompliant with hygienic standards by a number of indices, and a comparison area. The analysis of trihalomethanes in drinking water samples was carried out in accordance with the requirements of sanitary regulations SanPiN 2.1.4.1074-01. The levels of trihalomethanes (chloroform, carbon tetrachloride, dibromochloromethane, dichlorobromethane, and 1,2-dichloroethane) in children's blood samples were analyzed by capillary gas chromatography in combination with a specific detector to increase selectivity and sensitivity of determination. We used a Kristall-5000 gas chromatograph with an Optima-5 capillary column (25 m x 0.32 mm x 0.5 μL) and a selective electron capture detector (ECD). Results: The data of comprehensive chemical analyses of average levels of trihalomethanes in blood samples of children consuming drinking water with an increased content of determined compounds (up to 3.5 MPC) and the water complying with hygienic standards are presented. We observed significant differences (p<0.005) between two groups in the blood levels of chloroform, carbon tetrachloride, and 1,2-dichloroethane that were 5.6, 6 and 24 times higher in children of the test group compared to the controls. Conclusion: We revealed a statistically significant causal relationship between the increase in chloroform concentrations in drinking water and the increase in blood levels of chloroform in children described by the equation y=0.00188+0.01782x (R2=0.263, p=0.0018).

хлорорганические соединения, ДЭЗ, капиллярная газовая хроматография, анализ равновесной паровой фазы, причинно-следственные связи, Пермская область, organochlorine compounds, electron capture detector, capillary gas chromatography, vapor phase analysis, causal relationship, Perm Region

1. Землянова М.А., Пустовалова О.В., Мазунина Д.Л. и др. Биохимические маркерные показатели негативных эффектов у детей при воздействии хлорорганических соединений с питьевой водой // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 1. С. 97-101.

2. Зайцева Н.В., Устинова О.Ю., Землянова М.А. Медико-профилактические технологии управления риском нарушений здоровья, ассоциированных с воздействием факторов среды обитания // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 2. С. 109-113.

3. Рахманин Ю.А., Загайнова А.В., Артемова Т.З. и др. Определение унифицированных доз эффективного ультрафиолетового обеззараживания возбудителей бактериальных, вирусных и паразитарных инфекций в воде бассейна // Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2019. № 1. С. 31-41.

4. Кузьмина Е.А., Кузнецов Е.О., Кузнецов В.Н. и др. Оценка канцерогенного риска здоровью, связанного с качеством питьевой воды, на примере крупного промышленного центра // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2015. № 2 (53). С. 62-64.

5. Рахманин Ю.А., Мельцер А.В., Киселев А.В. и др. Гигиеническое обоснование управленческих решений с использованием интегральной оценки питьевой воды по показателям химической безвредности и эпидемиологической безопасности // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 4. С. 302-305.

6. Якубова И.Ш., МельцермА.В., Ерастова Н.В. и др. Гигиеническая оценка обеспечения населения Санкт-Петербурга безопасной, безвредной и физиологически полноценной питьевой водой // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 4. С. 21-25.

7. Момот Т.В., Кушнерова Н.Ф., Рахманин Ю.А. Профилактика нарушения биохимических показателей в крови крыс при экспериментальном стрессе // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 7. С. 678-681.

8. Рахманин Ю.А., Иванова Л.В., Артемова Т.З. и др. Значение санитарно-микробиологических показателей при оценке эпидемической безопасности водопользования в условиях химического загрязнения водоемов // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 10. С. 934-938.

9. Малышева А.Г., Рахманин Ю.А., Растянников Е.Г. и др. Химико-аналитические аспекты исследования комплексного действия факторов окружающей среды на здоровье населения // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 7. С. 5-10.

10. Бакиров А.Б., Мышкин В.А., Репина Э.Ф. и др. Преодоление гепатотоксичности стойких органических загрязнителей: роль антиоксидантов пиримидиновой структуры // Гигиена труда и медицинская экология. 2016. № 3 (52). С. 3-18.

11. Рыбасова А.С., Ремезова И.П., Любченко Д.А. и др. Разработка методик изолирования, обнаружения и количественного определения алимемазина в биологических жидкостях лабораторных животных при острых отравлениях // Судебно-медицинская экспертиза. 2019. Т. 62. № 1. С. 31-35.

12. Яшин Я.И., Яшин А.Я. Распространение хроматографии по странам мира в двадцатом веке // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16 № 5. С. 734-740.

13. Иксанова Т.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В. и др. Продолжительность жизни гидробионтов Daphnia magna в неконтактно-активированной воде // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 1. С. 41-45.

14. Землянова М.А., Пескова Е.В. Оценка нарушений биохимических показателей функций ЦНС и печени у детей, потребляющих воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений // Вестник Пермского Университета. Серия: Биология. 2015. № 3. С. 259-263.

15. Лужецкий К.П., Маклакова О.А., Палагина Л.Н. Нарушения жирового и углеводного обмена у детей, потребляющих питьевую воду ненормативного качества // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 1. С. 66-70.

16. Зайцева Н.В., Май И.В., Клейн С.В. и др. Опыт установления и доказывания вреда здоровью населения вследствие потребления питьевой воды, содержащей продукты гиперхлорирования // Здоровое население и среда обитания. 2015. № 12 (273). С. 16-18.

17. Гржибовский А.М., Иванов С.В., Горбатова М.А. Описательная статистика с использованием пакетов статистических программ Statistica и SPSS // Наука и здравоохранение. 2016. № 1. С. 7-23.

18. Лужецкий К.П., Шур П.З., Устинова О.Ю. и др. Оценка индивидуального риска метаболических нарушений у детей при экспозиции хлороформом с питьевой водой // Анализ риска здоровью. 2015. № 4. С. 28-35.

19. Четверкина К.В. К установлению реперного уровня содержания хлороформа в крови детского населения // Анализ риска здоровью. 2018. № 3. С. 85-93. DOI: https://doi.org/10.21668/health.nsk/2018.3.09

20. Валеев Т.К., Сулейманов Р.А., Орлов А.А. и др. Оценка риска здоровью населения, связанного с качеством питьевой воды // Здоровье населения и среда обитания. 2016. № 9 (282). С. 17-19.

21. bbas S., Hashmi I., Rehman M.S.U., et al. Monitoring of chlorination disinfection by-products and their associated health risks in drinking water of Pakistan. J Water Health. 2015; 13(1):270-284. DOI: https://doi.org/10.2166/wh.2014.096

22. Ahmed F., Khan T.A., Fakhruddin A.N.M., et al. Estimation and exposure concentration of trihalomethanes (THMs) and its human carcinogenic risk in supplied pipeline water of Dhaka City, Bangladesh. Environ Sci Pollut Res Int. 2019; 26(16):16316-16330. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-019-05049-6

23. Ebrahim S.J., Bidarpoor F., Eslami A., et al. Removal of trihalomethanes from drinking water via heating method. Biomed Pharmacol J. 2016; 9(1):61-66. DOI: https://dx.doi.org/10.13005/bpj/909

24. Babaei A., Alavi N., Hassani G., et al. Occurrence and related risk assessment of trihalomethanes in drinking water, Ahvaz, Iran. Fresenius Environ Bull. 2015; 24(12c):4807-4815.

25. Ewaid S.H., Rabee A.M., Al-Naseri S.K. Carcinogenic risk assessment of trihalomethanes in major drinking water sources of Baghdad City. Water Resources. 2018; 45:803-812.

26. Pasha M.F.K., Lansey K. Effect of data collection on the estimation of wall reaction coefficients for water distribution models. J Water Res Plan Man. 2012; 138(6):614-623. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000207

27. Treacy J. Drinking water treatment and challenges in developing countries. The relevance of hygiene to health in developing countries. Potgieter N., editor. 2019. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.80780

28. Valdivia-Garcia M., Weir P., Frogbrook Z., et al. Climatic, geographic and operational determinants of trihalomethanes (THMs) in drinking water systems. Scientific Reports. 2016; 6: 318-323.

29. Boucherit A., Moulay S., Ghernaout D., et al. New trends in disinfection by-products formation upon water treatment. Journal of Research & Developments in Chemistry. 2015; 2015:628833. DOI: https://doi.org/10.5171/2015.628833