海水淡化就是将海水中的盐和水分离获取淡水,经过淡化系统处理后脱盐淡化效果非常明显,使导致海水不能饮用的主要化学指标均已降致允许范围,同时其他化学指标以及毒理学指标等含量也均符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[]但在处理过程中使得淡化海水中对人群健康有益的矿物质和营养成份也可能大大减少。有流行病学研究证实长期饮用淡化海水居民患心血管疾病的风险性升高可能与淡化海水中的矿物质含量相关[4]。因此针对几种重要的血中金属元素(钙、镁、铜、锌、铁)进行分析研究,探讨饮用淡化海水对大鼠血中这几种相关元素的影响。
1 材料与方法 1.1 实验动物清洁级Wistar大鼠120只,雌雄各半,体重200 ± 10 g,由中国食品药品检定研究院实验动物资源研究所提供,许可证号:SCXK(京)2014-0013;饲养于中国疾病预防控制中心清洁级动物房内,动物房使用许可证号SYXK(京)2014-0043。
1.2 主要仪器TU-1901型双光束紫外—可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司);ELAN DRC Ⅱ型电感耦合等离子体质谱仪(美国Perkin-Elmer Sciex公司);HP1100型高效液相色谱仪(美国Agilent公司);API4000型质谱仪、Waters2695型高效液相色谱仪(均购自美国Waters公司);7890/5975型气相色谱质谱仪(美国Agilent公司); DX600型离子色谱仪(美国戴安有限公司); MB5型血液元素分析仪(北京普析通用仪器有限公司);全血稀释液(MB5元素分析仪专用,北京普析通用仪器有限公司)
1.3 方法 1.3.1 水样采集采自某海岛淡化海水厂。淡化水的处理工艺及消毒工艺如下:海水提取—海水预处理(氯化消毒)—海水清水池—反渗透海水淡化装置—产品水后处理—产品水池(氯化消毒)—供水泵—自来水管网。
1.3.2 水样检测与评价按照《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)[3],对出厂水水样进行采集和检测,检测指标主要包括感官性状和一般化学指标及毒理指标,共93项。评价标准按照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]进行评价。
1.3.3 动物分组与染毒120只实验大鼠按体重随机分为2组,60只/组,雌、雄各半。受试组饮用经淡化处理的海水,对照组饮用市政自来水。均饲以正常饲料,自由摄食饮水,室温25℃,日夜光照比为1 :1。
1.3.4 血液样品采集与测定受试大鼠分别饮用淡化海水及市政自来水到第90天、180天时进行样品采集。每次样品采集时间点的前一天,受试动物禁食、给水过夜,第2天上午眼底后静脉丛采集全血0.04 mL,加入到MB5微量元素分析仪配套稀释液中,充分混匀,用于进行血中元素分析。
1.4 统计分析数据以x±s表示,采用SPSS 16.0软件中ONE-WAY ANOVA进行总体差异显著性方差分析,采用LSD比较组间差异,检验水准α=0.05,双侧检验。
2 结果 2.1 淡化水样检测结果对出厂水的20项感官性状和一般化学指标的检测结果表明,出厂淡化水的感官性状良好,感官性状和一般化学指标均合格。其中,臭和味、肉眼可见物、铝、铜、锌、挥发性酚类、氨氮、硫化物均未检出,色度<5。其余11项一般化学指标的检测结果见表 1。淡化海水的pH=6.94,呈现弱酸性。水中溶解性总固体浓度为186 mg/L,总硬度为13 mg/L,符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]。对出厂水的73项毒理学指标进行检测,仅检出淡化海水中硼含量为1.3 mg/L,高于限值(≤0.5 mg/L),氟化物0.02 mg/L,低于限值(≤1 mg/L),其它71项检测结果均低于检出限或未检出。其它71项指标包括:镉、铬(六价)、铅、汞、硒、锑、甲醛、三溴甲烷、氯苯、氯化氰、硝酸盐、三氯甲烷、四氯化碳、溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、钡、铍、钼、镍、银、铊、氯化氰、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、二氯乙酸、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷、三氯乙酸、三氯乙醛、2,4,6-三氯酚、七氯、马拉硫磷、五氯酚、六六六、六氯苯、乐果、对硫磷、灭草松、甲基对硫磷、百菌清、呋喃丹、林丹、毒死蜱、草甘膦、敌敌畏、莠去津、溴氰菊酯、2,4-滴、滴、滴涕、乙苯、二甲苯、1,1-二氯乙稀、1,2-二氯乙烯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯乙烯、三氯苯、六氯丁二烯、丙烯酰胺、四氯乙烯、苯并(a)芘、氯乙烯、微囊藻毒素-LR。
指标 | 浑浊度/NTU | pH | 铁 /(mg/L) |
溶解性总固体 /(mg/L) |
总硬度(以CaCO3计) /(mg/L) |
耗氧量 /(mg/L) |
锰 /(mg/L) |
氯化物 /(mg/L) |
硫酸盐 /(mg/L) |
钠 /(mg/L) |
阴离子合成洗涤剂 /(mg/L) |
限值 | ≤1 | 6.5~8.5 | ≤0.3 | ≤1000 | ≤450 | ≤3 | ≤0.1 | ≤250 | ≤250 | ≤200 | ≤0.3 |
淡化水 | 0.18 | 6.94 | <0.01 | 186 | 13 | 0.83 | <0.005 | 115 | 2.15 | 69 | <0.10 |
2.2 饮用淡化海水大鼠血中各元素含量及铜/锌、钙/镁比较(表 2,表 3)
时间/d | 铜/(μg/L) | 锌/(μg/L) | 铜/锌 | |||||
市政自来水组 | 淡化海水组 | 市政自来水组 | 淡化海水组 | 市政自来水组 | 淡化海水组 | |||
90 | 1 367.5 ± 201.2 | 1 370.0 ± 173.0 | 6 260.8 ± 404.7 | 6 187.9 ± 354.2 | 0.219 ± 0.034 | 0.223 ± 0.036 | ||
180 | 1 400.1 ± 203.2 | 1 517.6 ± 223.9* | 6 897.2 ± 362.4 | 6 716.7 ± 569.1 | 0.203 ± 0.031 | 0.228 ± 0.039* | ||
注:*饮用淡化海水组与饮用市政自来水组比较P<0.05 |
时间/d | 钙/(mg/L) | 镁/(mg/L) | 铁/(mg/L) | 钙/镁 | |||||||
市政自来水组 | 淡化海水组 | 市政自来水组 | 淡化海水组 | 市政自来水组 | 淡化海水组 | 市政自来水组 | 淡化海水组 | ||||
90 | 98.3 ± 19.8 | 135.9 ± 10.9* | 47.9 ± 3.2 | 48.6 ± 2.8 | 404.1 ± 35.6 | 414.3 ± 28.2 | 2.058 ± 0.405 | 2.807 ± 0.292* | |||
180 | 157.2 ± 32.2 | 151.5 ± 15.0 | 54.7 ± 2.7 | 47.4 ± 6.8* | 531.1 ± 43.9 | 488.6 ± 69.9* | 2.875 ± 0.597 | 3.231 ± 0.349 * | |||
注:*饮用淡化海水组与饮用市政自来水组比较P<0.05 |
表 2结果可见,饮用淡化海水90 d,大鼠血中铜、锌含量及铜/锌与饮用市政自来水组大鼠相比均无统计学差异统计结果(P>0.05)。而饮用淡化海水180 d,大鼠血中铜含量明显高于饮用市政自来水组,差异具有统计学意义(F=3.02,P=0.042),饮用淡化海水大鼠铜/锌也随之高于饮用市政自来水组,差异具有统计学意义(F=4.774,P=0.035)。
表 3结果可见,饮用淡化海水90 d大鼠血中钙含量高于饮用市政自来水组大鼠,差异有统计学意义(F=55.642,P=0.00),从而钙/镁也高于饮用市政自来水组大鼠,差异有统计学意义(F=44.933,P=0.00);饮用淡化海水180 d的大鼠血中镁、铁含量低于饮用市政自来水组大鼠,差异有统计学意义(F=19.847,P=0.0007;F=5.309,P=0.027)。饮用淡化海水180 d大鼠血中钙/镁高于饮用市政自来水组大鼠,差异有统计学意义(F=5.309,P=0.030)。
3 讨论有研究认为淡化后的海水属于软水,本实验所采集的淡化海水,经测定总硬度为13 mg/L,属于软水,与文献报道一致[5],亦有研究表明,软水与心血管疾病的发病率之间具有相关性[6],也有流行病学研究资料证明,饮用淡化海水居民心血管疾病的发病率高于非淡化海水地区[4]。因此推测淡化海水的硬度可能是其对心血管系统相关疾病产生影响的因素之一。从本研究大鼠饮用淡化海水后血中钙、镁含量及钙/镁测定分析的结果可见,饮用淡化海水90 d的大鼠血钙含量明显高于饮用市政自来水组大鼠,而血镁含量无明显差异,从而导致血中钙/镁高于饮用市政自来水组。而在饮用淡化海水时间达到180 d时,饮用淡化海水组大鼠血钙含量无明显变化,而血中镁含量均低于饮用市政自来水组,从而其钙/镁高于市政自来水组。由于淡化海水属软水,因此受试大鼠血中钙含量升高并非摄入外源性钙所导致,体内代偿性调节机制可能在此过程中起到重要作用[7]。尽管体内钙、镁水平均是影响心血管疾病发病率的重要因素[8],但由于钙、镁之间存在相互拮抗作用,钙/镁是影响心血管疾病的一个更为关键的因素,在一定范围内的低钙高镁与心血管疾病的发病率呈负相关[9],且流行病学研究资料表明,长期饮用淡化海水可能有引发居民心血管疾病的风险性[4]。结合本研究结果,本次实验中饮用淡化海水组大鼠血中钙/镁均高于市政自来水组,因此认为受试大鼠长期饮用淡化海水可能会由于血中钙、镁含量的变化引发心血管疾病的风险性。
铜、锌代谢水平可影响机体的脂代谢,是引发高血压、高血脂及动脉粥样硬化等心血管疾病的重要因素之一[10]。铜/锌更可灵敏的反映体内脂代谢的情况[11],铜/锌与高血压发病率呈负相关[12]。从本研究结果可见,大鼠饮用淡化海水180 d时,由于血中铜含量高于饮用市政自来水组,导致铜/锌高于饮用市政自来水组大鼠。而相对的高铜低锌状态,对于心血管系统是呈现保护作用[12]。
铁参与血红蛋白、细胞色素及许多酶的合成,在氧的运输及呼吸链电子传递、氧化—还原等许多代谢中起重要作用。有文献报道缺铁性贫血病人不易患心脑血管疾病,但血清铁增高有助于动脉硬化形成的发生和发展[13]。本研究关于饮用淡化海水大鼠血中铁的测定结果可以认为,饮用淡化海水不会通过影响血中铁含量而引起心血管疾病。
另外,反渗透法进行淡化海水存在硼超标是目前该方法普遍存在的问题。反渗透淡化海水产水中硼浓度的主要影响因素是水源水的水质和反渗透的工艺[14]。本实验中测定的淡化海水中,硼含量为1.3 mg/L,是限值的2.6倍。除了需要改进生产工艺降低硼浓度,使之达到生活饮用水卫生标准对硼的浓度要求外,在淡化海水中化学成份健康风险评价方面,还应多方面参考国际资料,WHO《饮水水质准则》(第四版)中硼的指导值为2.4 mg/L[15],美国EPA的《饮用水标准及健康参考值》(2012) 中硼的健康参考值为3~7 mg/L[16],均大于我国标准,因此在各国标准及指导值有所差别时,饮用水硼元素与健康相关效应的风险评估工作就需要更为深入的研究探讨才能得出定论。
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