Оценка потенциальных рисков для здоровья населения Байкальского региона при употреблении продуктов, загрязненных антибиотиками

Полный текст

Широкое применение антибиотиков в современном мире и их накопление в экосистемах привело к глобальной проблеме устойчивости к противомикробным препаратам, когда микроорганизмы мутируют и теряют восприимчивость к антибиотикам, которые ранее успешно применялись для лечения инфекций. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила бактериальную резистентность в список десяти наиболее значимых рисков для человечества [1]. Практически ежегодно из-за антибиотикоустойчивости в мире умирают до 700 тысяч человек. По оценкам экспертов, к 2050 г. число смертей, вызванных устойчивостью к антибиотикам, может увеличиться до 10 миллионов, причем 2,4 миллиона из них - в странах с высоким уровнем развития [2]. Ежегодно в России регистрируется до 2,3 миллиона случаев внутрибольничных инфекций [3; 4]. При лечении таких инфекций на первый план выходит проблема бактериальной резистентности. Среди наиболее распространенных: внутрибольничная пневмония, внутрибрюшные инфекции, инфекции мочевыводящих путей. Расходы на противомикробную терапию составляют более 30 % бюджетных средств медицинских организаций. Около 50 % пациентов в отделениях интенсивной терапии страдают инфекциями, половина из которых приобретена в больнице. Инфекции повышают риск смерти в отделениях интенсивной терапии в 2,5 раза. Причиной высокой устойчивости к антибиотикам является не только применение антибиотиков в медицине, но и растущее и плохо контролируемое их применение в ветеринарии и сельском хозяйстве. Длительный период практически бесконтрольного применения антибиотиков в здравоохранении, ветеринарии и сельском хозяйстве привел к распространению генетически модифицированных форм инфекционных агентов, устойчивых к противомикробным препаратам, и вызвал глобальные экологические проблемы, в первую очередь загрязнение антибиотиками объектов окружающей среды: атмосферы, воды, почвы, продуктов питания, как животного, так и неживотного происхождения, и, следовательно, экологические риски для населения [5-7]. Лекарственные препараты после выполнения терапевтических функций выводятся из организма человека и животных в результате естественного выведения. Поскольку большинство антибиотиков полностью не метаболизируется у людей и животных, значительная часть вводимых лекарств попадает в воду и почву через городские сточные воды, навоз животных и осадок сточных вод, транспортируемый на сельскохозяйственные поля в качестве удобрений. Установлено, что от 30 до 90 % перорально принимаемых лекарственных средств попадают во внешнюю среду с мочой в виде активных метаболитов (в среднем от 64 до 27 %), с калом (в среднем от 35 до 26 %). В биологических очистных сооружениях антибиотики, как правило, не разрушаются, транзитом проходят через них и представляют потенциальную экологическую угрозу для здоровья населения [8-10]. При оценке экологических рисков для водохранилища Циншитань, расположенного выше по течению реки Гантанг и снабжающего питьевой водой город Гуйлинь, Гуанси, с использованием метода коэффициента риска (RQ) установлено, что потенциальный риск остатков антибиотиков в водных экосистемах средний [11]. В провинции Аньхой на юго-востоке Китая, в бассейнах рек Янцзы, Хуай и Синьань, экологические риски от таких антибиотиков, как ципрофлоксацин, эритромицин, офлоксацин, энрофлоксацин и тетрациклин, варьируются в диапазоне от среднего до высокого уровня [12]. Основным источником неконтролируемого поступления антибиотиков в организм человека являются продукты питания, в первую очередь животного происхождения [13; 14], такие как мясо, мясные продукты, птица, рыба, яйца, молоко, сметана, йогурты и другие молочные продукты. Присутствие в молочных продуктах антибиотиков обусловлено неконтролируемым применением стрептомицина, пенициллина и др. антибиотиков для лечения животных, а также использования их в качестве кормовых добавок для ускорения роста животных и предотвращения инфекций. Загрязненные антибиотиками продукты питания являются источниками потенциального экологического риска для здоровья человека. В соответствии с установленным регламентом проводится мониторинг содержания антибиотиков в продуктах питания испытательными лабораториями Роспотребнадзора и Россельхознадзора, ежегодно исследуется не менее 20 тысяч проб. Анализы показывают, что наиболее часто фиксируется наличие антибиотиков в молочных продуктах, их содержание достигает 1,1%, наименьшее - в продуктах детского питания (менее 0,1 %). Высокий уровень антибиотикоустойчивости, большие экономические потери при лечении инфекционных заболеваний и интенсивное загрязнение объектов окружающей среды требуют принятия незамедлительных организационных мер как по оценке экологических рисков для здоровья населения, так и разработке эффективных мер технологий ревитализации загрязненных территорий. Оценка экологических рисков от накопления антибиотиков в природных водах и продуктах питания крайне важна для Байкальской природной территории, включающей озеро Байкал (объект всемирного наследия), водоохранную зону, прилегающую к озеру Байкал, его водосборный бассейн на территории Российской Федерации, а также территорию шириной около 200 км, прилегающую к озеру Байкал к западу и северо-западу от него. Она может подвергнуться потенциальному риску как в отношении эндемичных видов озера Байкал, так и для населения в случае хронического воздействия и накопления антибиотиков в объектах окружающей среды. В ИРНИТУ в течение многих лет реализуется проект «Техногенные риски Байкальского региона» составлен реестр рисков и установлено, что одним из малоизученных являются риски, обусловленные неконтролируемым оборотом антибиотиков в регионе. Учеными ИРНИТУ обобщены накопленные знания о судьбе антибиотиков в экосистемах, методы распознавания и идентификации антибиотиков в воде, почве, продуктах питания и других объектах [15; 16], разработана методология прогнозирования потенциальных рисков для населения региона. Целью настоящей работы являлась прогнозная оценка экологического риска для здоровья населения при прямом пероральном потреблении воды, мяса и других продуктов, выращенных на территории, загрязненной антибиотиками. Объекты и методы исследования Потенциальные экологические риски направлены на население Байкальского региона, получающее избыточные неконтролируемые дозы антибиотиков с продуктами питания и водой. Исходными данными служили результаты мониторинга качества пищевых продуктов, поступающих в розничную сеть Иркутской области. Согласно данным ветеринарной лаборатории, в пробах пищевых продуктов обнаруживаются антибиотики тетрациклиновой и пенициллиновой групп (табл. 1). Максимальная концентрация данных групп антибиотиков обнаружена в субпродуктах убойных животных охлажденных и замороженных, а минимальная концентрация обнаружена в мясе птицы всех видов. Таблица 1 Содержание антибиотиков в пищевых продуктах, потребляемых населением Байкальского региона № Объект исследования Вещество Содержание, мг/кг 1 Блоки из мяса Окситетрациклин 22,5 2 Колбасные изделия, копчености, кулинарные изделия с использованием мяса птицы Доксициклин 8,5 3 Колбасные изделия, продукты из мяса всех видов убойных животных, кулинарные изделия из мяса Доксициклин Окситетрациклин Тетрациклин 23,82 17,53 4,05 5 Мед и продукты пчеловодства Доксициклин 54 6 Молоко сырое Окситетрациклин Тетрациклин 5 23,72 7 Молочная продукция Доксициклин Окситетрациклин Тетрациклин 9,35 2,9 1,78 8 Мясо замороженное Бензилпенициллин Доксициклин Окситетрациклин Тетрациклин 1,6 16 45,25 6,35 9 Мясо птицы Доксициклин Окситетрациклин 22 18,22 10 Мясо птицы всех видов Доксициклин 1,3 11 Полуфабрикаты бескостные Окситетрациклин Доксициклин 52,44 11,70 12 Полуфабрикаты всех видов продуктивных животных охлажденные и замороженные Окситетрациклин Доксициклин 23 8 13 Полуфабрикаты всех видов продуктивных животных охлажденные и замороженные рубленные Окситетрациклин Тетрациклин Доксициклин 22,97 4,37 11 14 Полуфабрикаты из птицы рубленные (охлажденные, подмороженные, замороженные) Окситетрациклин 4 15 Продукты переработки растительных масел и животных жиров Окситетрациклин 12 16 Субпродукты убойных животных охлажденные и замороженные Окситетрациклин 239,45 17 Хлебобулочные изделия Доксициклин 4,3 18 Яйцо, меланж, порошок яичный, яйцепродукция Окситетрациклин 3,38 Table 1 The content of antibiotics in food consumed by the population of the Baikal region № Object of study Substance Content, mg/kg 1 Meat Blocks Oxytetracycline 22.5 2 Sausages, smoked meats, culinary products using poultry mea Doxycycline 8.5 3 Sausage products, products from meat of all types of slaughter animals, culinary products from meat Doxycycline Oxytetracycline Tetracycline 23.82 17.53 4.05 5 Honey and bee products Doxycycline 54 6 Raw milk Oxytetracycline Tetracycline 5 23.72 7 Dairy products Doxycycline Oxytetracycline Tetracycline 9.35 2.9 1.78 8 Frozen meat Benzylpenicillin Doxycycline Oxytetracycline Tetracycline 1.6 16 45.25 6.35 9 Poultry meat Doxycycline Oxytetracycline 22 18.22 10 Poultry meat of all kinds Doxycycline 1.3 11 Semi-finished boneless products Oxytetracycline Doxycycline 52.44 11.70 Table 1, ending № Object of study Substance Content, mg/kg 12 Semi-finished products of all types of productive animals, chilled and frozen Oxytetracycline Doxycycline 23 8 13 Semi-finished products of all types of productive animals, chilled and frozen chopped Oxytetracycline Tetracycline Doxycycline 22.97 4.37 11 14 Semi-finished products from poultry, chopped (chilled, slightly frozen, frozen) Oxytetracycline 4 15 Processed products of vegetable oils and animal fats Oxytetracycline 12 16 Offal of slaughter animals, chilled and frozen Oxytetracycline 239.45 17 Bakery products Doxycycline 4.3 18 Egg, melange, egg powder, egg products Oxytetracycline 3.38 Оценку потенциального экологического риска для здоровья населения проводили по методике оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (P 2.1.10.1920-04) [17]. Оценка риска для здоровья человека представляет собой процедуру количественной и/или качественной характеристики вредных эффектов, развивающихся в результате воздействия факторов среды обитания человека на конкретную группу людей при специфических условиях экспозиции [18]. Принято различать вещества канцерогенного и неканцерогенного действия, и каждая группа веществ оценивается по определенным показателям. Химические канцерогены оказывают генотоксическое действие, могут возникать при любой дозе. Для неканцерогенных веществ существуют пороговые уровни, ниже которых вредные эффекты не возникают. Поскольку канцерогенность антибиотиков не доказана, то для них оценивается неканцерогенный риск. Неканцерогенный риск для отдельных веществ определяется коэффициентом опасности воздействия вещества: HQ = C/RfС, (1) где HQ - коэффициент опасности; C - средняя концентрация, мг/м3; RfC - референтная (безопасная) концентрация, мг/м3. Установлены следующие критерии: риск несущественный, допустимый, если коэффициент опасности (HQ) вещества менее единицы; риск значимый, опасный, если НQ больше 1. Вероятность возникновения вредных эффектов у человека возрастает пропорционально увеличению HQ. Комбинированный риск развития неканцерогенных эффектов оценивается индексом опасности (HI), который для условий одновременного поступления нескольких веществ одним и тем же путем (например, ингаляционным или пероральным) рассчитывается по формуле HI = ∑i = 1nHQi, (2) где HQi - коэффициент опасности для отдельных компонентов смеси воздействующих веществ. Если значения коэффициента опасности не превышают единицы, вероятность развития у человека вредных эффектов при ежедневном поступлении вещества в течение жизни несущественна, и такое воздействие также характеризуется как допустимое. При коэффициенте опасности выше единицы вероятность возникновения вредных эффектов у человека возрастает пропорционально увеличению HQi, однако точно указать величину этой вероятности невозможно. Вычисление количества токсиканта, поступившего в организм, ведется по эмпирическим формулам. Для общего случая количество вещества, поступившего в организм человека оральным путем, определяется по формуле , (3) где I - поступление вещества в организм за день определяют в миллиграммах на килограмм веса тела, мг/кг∙день; C - концентрация токсичного вещества в точке воздействия, мг/кг - для пищи, мг/дм3 для воды; CR - количество смеси, поступившей в организм за день, кг/день - для пищи, дм3/день - для воды; EF - частота поступления или контакта в течение года, дней/год; ED - продолжительность воздействия или экспозиции, лет; BW - вес тела, кг; AT - продолжительность воздействия токсиканта на организм, дней. Таблица 2 Стандартные параметры для расчета доз и поступления токсичных веществ в организм человека Параметр Взрослые Дети от 6 до12 лет Дети от 2 до 6 лет BW - вес тела, кг 70 29 16 S - площадь кожного покрова, см2 18150 10470 6980 CR - количество вещества поступающего в организм: поступление воды - дм3/день поступление пищи - кг/день поступление воздуха - м3/ч поступление пыли - мг/день 2 1 0,83 100 2 1 0,46 100 1 0,5 0,25 200 EF - частота поступления или контакта в течение года (дней/год) для постоянно проживающих 365 365 365 Table 2 Standard parameters for calculating doses and intake of toxic substances in the human body Parameter Adults Children from 6 to 12 years old Children from 2 to 6 years old BW - body weight, kg 70 29 16 S - area of the skin, cm2 18150 10470 6980 CR - the amount of substance entering the body: Water inflow - dm3/day Food intake - kg/day Air intake - m3/h Dust intake - mg/day 2 1 0.83 100 2 1 0.46 100 1 0.5 0.25 200 EF - frequency of receipt or contract during the year (days/year) for permanent residents 365 365 365 Количество антибиотиков, потребляемых с мясными и другими продуктами, рассчитывали для взрослого человека, детей в возрасте от 2 до 6 лет, и от 6 до 12 лет, используя данные табл. 2. Результаты и их обсуждение В табл. 3 приведены данные расчета количеств загрязнителей, потенциально могущих поступить в организм жителя региона с продуктами питания. Установлено, что в среднем ежедневно взрослый человек получает 0,5718 мг/кг антибиотиков вместе с пищевыми продуктами. Ребенок в возрасте от 6 до 12 лет получает 1,3803 мг/кг антибиотика ежедневно с пищей, а ребенок в возрасте от 2 до 6 лет получает 2,6686 мг/кг вещества. Прогнозный индивидуальный риск жителя Байкальского региона от поступления в организм антибиотиков разными путями представлен в табл. 4. Таблица 3 Количество поступающих в организм человека антибиотиков с продуктами питания Пищевая продукция Содержание антибиотика, мг/кг Для взрослого Для детей от 6 до 12 лет Для детей от 2 до 6 лет Блоки из мяса 22,5 0,3214 0,7759 1,5000 Колбасные изделия, копчености, кулинарные изделия с использованием мяса птицы 8,5 0,1214 0,2931 0,5667 Колбасные изделия, продукты из мяса всех видов убойных животных, кулинарные изделия из мяса 45,4 0,6486 1,5655 3,0267 Мед и продукты пчеловодства 54 0,7714 1,8621 3,6000 Молоко сырое 28,72 0,4103 0,9903 1,9147 Молочная продукция 14,03 0,2004 0,4838 0,9353 Мясо замороженное 69,2 0,9886 2,3862 4,6133 Мясо птицы 40,22 0,5746 1,3869 2,6813 Мясо птицы всех видов 1,3 0,0186 0,0448 0,0867 Полуфабрикаты бескостные 64,14 0,9163 2,2117 4.2760 Полуфабрикаты всех видов продуктивных животных охлажденные и замороженные 31 0,4429 1,0689 2,0667 Полуфабрикаты всех видов продуктивных животных охлажденные и замороженные рубленные 38,34 0,5477 1,3221 2,556 Полуфабрикаты из птицы рубленные (охлажденные, подмороженные, замороженные) 4 0,0571 0,1379 0,2667 Продукты переработки растительных масел и животных жиров 12 0,1714 0,4138 0,8000 Субпродукты убойных животных охлажденные и замороженные 239,45 3,4207 8,2569 15,9633 Хлебобулочные изделия 4,3 0,0614 0,1483 0,2867 Яйцо, меланж, порошок яичный, яйцепродукция 3,38 0,0483 0,1166 0,2253 Table 3 The number of antibiotics entering the human body with food Food products Antibiotic content, mg/kg For an adult For children from 6 to 12 years old For children from 2 to 6 years old Meat Blocks 22.5 0.3214 0.7759 1.5000 Sausages, smoked meats, culinary products using poultry mea 8.5 0.1214 0.2931 0.5667 Sausage products, products from meat of all types of slaughter animals, culinary products from meat 45.4 0.6486 1.5655 3.0267 Honey and bee products 54 0.7714 1.8621 3.6000 Raw milk 28.72 0.4103 0.9903 1.9147 Dairy products 14.03 0.2004 0.4838 0.9353 Frozen meat 69.2 0.9886 2.3862 4.6133 Poultry meat 40.22 0.5746 1.3869 2.6813 Poultry meat of all kinds 1.3 0.0186 0.0448 0.0867 Semi-finished boneless products 64.14 0.9163 2.2117 4.2760 Semi-finished products of all types of productive animals, chilled and frozen 31 0.4429 1.0689 2.0667 Semi-finished products of all types of productive animals, chilled and frozen chopped 38.34 0.5477 1.3221 2.556 Semi-finished products from poultry, chopped (chilled, slightly frozen, frozen) 4 0.0571 0.1379 0.2667 Processed products of vegetable oils and animal fats 12 0.1714 0.4138 0.8000 Offal of slaughter animals, chilled and frozen 239.45 3.4207 8.2569 15.9633 Bakery products 4.3 0.0614 0.1483 0.2867 Egg, melange, egg powder, egg products 3.38 0.0483 0.1166 0.2253 Таблица 4 Индивидуальный неканцерогенный риск различных категорий населения Байкальского региона Факторы, способствующие попаданию антибиотика в организм человека Категории населения Взрослые Дети от 6 до 12 лет Дети от 2 до 6 лет С пищевыми продуктами 5,718 13,803 26,686 С молоком 1,030 2,476 4,787 С питьевой водой 0,457 1,103 2,133 С почвой 0,292 0,421 0,562 Результирующий индивидуальный риск 7,497 17,803 34,168 Table 4 Individual non-carcinogenic risk of various categories of the population of the Baikal region Factors contributing to the entry of antibiotics into the human body Population categories Adults Children from 6 to 12 years old Children from 2 to 6 years old With food products 5.718 13.803 26.686 With milk 1.030 2.476 4.787 With drinking water 0.457 1.103 2.133 With soil 0.292 0.421 0.562 Resulting individual risk 7.497 17.803 34.168 Как следует из расчетов, потенциальный неканцерогенный риск от антибиотиков, получаемых неучтенным, неконтролируемым способом с продуктами питания достаточно высокий, на порядок превосходит рекомендованный. Национальными организациями здравоохранения разных стран рекомендовано принимать уровень неканцерогенных рисков от 2 × 10-2 год-1 до 5 × 10-2 год-1, риск заболевания раком для населения не выше 10-6 год-1, для профессиональных воздействий не выше 10-4 год-1 [19]. Заключение Таким образом, у жителей Байкальского региона, взрослого населения и детей в возрасте от 2 до 12 лет, потенциальный экологический риск для здоровья в результате воздействия антибиотиков, поступающих с продуктами питания, на организм выше безопасного уровня и необходимо предпринимать действия, направленные на минимизацию таких рисков. В частности, это могут быть следующие меры: 1) запрет на использование антибиотиков в кормовых добавках на законодательном уровне. В частности, в декабре 2021 г. подписан федеральный закон № 463-ФЗ «О внесении изменений в Закон Российской Федерации “О ветеринарии” и Федеральный закон “Об обращении лекарственных средств”». Изменения строго регламентируют обращение антибиотиков в сельском хозяйстве. Закон вступает в силу с 1 января 2023 г. 2) регламентирование обращения с отходами животноводства и их использования в качестве удобрений; 3) применение зеленых технологий ремедиации загрязненных территорий; 4) внедрение эффективных технологий очистки сточных вод от антибиотиков и создание локальных очистных сооружений для больничных сточных вод, сельскохозяйственных стоков; 5) активизация исследований по профилактике антибиотикоустойчивости.

Об авторах

Светлана Семеновна Тимофеева

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sstimofeeva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8427-3732

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Российская Федерация, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83

Семён Сергеевич Тимофеев

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: sstimofeeva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7085-9468

старший преподаватель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Российская Федерация, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83

Ольга Васильевна Тюкалова

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: olgaburlak1@yandex.ru
SPIN-код: 6806-7565
кандидат химических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российская Федерация, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83

Список литературы