Czy zanieczyszczenie wody pitnej może zaszkodzić naszej głowie?

W ostatnich latach znacząco wzrosła świadomość roli, jaką odgrywa zanieczyszczenie wody w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych [1]. Neurotoksyczność to zjawisko etiologiczne, polegające na zmianie struktury i funkcji ośrodkowego układu nerwowego za pośrednictwem czynnika biologicznego, chemicznego lub fizycznego [2]. Przyczynia się do takich zaburzeń, jak choroby Alzheimera i Parkinsona, zaburzenia poznawcze, choroby nerwowo-naczyniowe (np. tętniaki mózgu), choroby neurorozwojowe, takie jak zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) czy zaburzenia w spektrum autyzmu (ASD).

Aktualnie choroby neurodegeneracyjne są jedną z głównych przyczyn śmiertelności i niepełnosprawności na świecie, a badacze prognozują, że ich liczba będzie w przyszłości wzrastać [1]. Niestety, jednym z istotnych źródeł niebezpiecznych substancji może być woda pitna.

Zanieczyszczenie wody pitnej – główne czynniki

Spośród wszystkich substancji zanieczyszczających najlepiej opisano działanie metali ciężkich, takich jak selen, kadm, arsen, nikiel, rtęć, chrom, ołów, cynk i kobalt [3]. Jednak w kontekście jakości wody widzimy również znaczącą obecność pestycydów i nawozów sztucznych [4], ubocznych produktów dezynfekcji [5] oraz trwałych zanieczyszczeń organicznych [5]. Część z nich może wykazywać działanie neurotoksyczne.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, powinna ona spełniać szereg wymagań dotyczących wartości parametrów mikrobiologicznych i chemicznych [6]. Wśród jonów i związków chemicznych ujętych w Rozporządzeniu są również te o potwierdzonym lub podejrzewanym działaniu neurotoksycznym. Lista ta będzie z pewnością aktualizowana o kolejne substancje. Tym, co ogranicza nas w przyjmowaniu kolejnych surowych norm jakości, jest świadomość zagrożeń środowiskowych. Choć dziś uznajemy stężenia ujęte w Rozporządzeniu za bezpieczne, to nie możemy wykluczyć, że w przyszłości wartości te będą obniżane i dostosowywane do rosnącej wiedzy naukowej.

Pomimo że ryzyko nagłego skażenia wody pitnej niebezpiecznymi neurotoksynami wydaje się w naszych warunkach czymś abstrakcyjnym, to doświadczenia choćby z kryzysu wodnego w mieście Flint (USA) [7] pokazują, że lokalne zaniedbania ustawowe mogą doprowadzić do ogromnego zagrożenia dla życia i zdrowia ludzi, odciskając piętno nierówności środowiskowych na kolejnych pokoleniach [8].

Skutki oddziaływania czynników neurotoksycznych zależą od czasu narażenia na nie, dawki oraz wrażliwości organizmu. Szacuje się, że około 70 tys. substancji chemicznych powoduje neurotoksyczność, ale mechanizm i skutki oddziaływania zostały opisane jedynie dla 10 proc. z nich [1].

Rola ubocznych produktów dezynfekcji w wodzie pitnej

Proces dezynfekcji wody pitnej jest niezbędny w celu zapewnienia bezpieczeństwa mikrobiologicznego, szczególnie jeśli musi ona pokonać wiele kilometrów sieci wodociągowych zanim dotrze do konsumentów. Jednak substancje chemiczne wykorzystywane w procesie dezynfekcji (np. dwutlenek chloru, podchloryn sodu, chlor gazowy, ozon), reagując z pozostałościami materii organicznej w wodzie oraz biofilmami obecnymi w instalacjach, mogą wytwarzać tzw. uboczne produkty dezynfekcji. Jest to liczna (ponad 600 substancji, których obecność potwierdzono w wodzie pitnej i basenowej) i różnorodna grupa substancji (od chloramin i chloroformu po kwasy halogenooctowe i halogenoacetonitryle) [9].

Większość ubocznych produktów dezynfekcji posiada właściwości neurotoksyczne i aktywuje szlaki odpowiedzi na stres oksydacyjnych [10]. Jednak mocnych dowodów wpływu spożycia wody wodociągowej na rozwój chorób neurodegeneracyjnych i neurorozwojowych jest niewiele. Badania pokazują, że u ciężarnych kobiet spożywających wodę o podwyższonym stężeniu trihalometanów, chloramin i innych związków z grupy ubocznych produktów dezynfekcji rośnie ryzyko wystąpienia u dziecka wad neurorozwojowych [11].

Im więcej naturalnej materii organicznej znajduje się w wodzie, tym więcej powstanie niepożądanych związków, które pogorszą jej jakość, ale będą też negatywnie oddziaływać na nasze zdrowie. Prognozuje się, że w wyniku zmiany klimatu, roczny wzrost stężenia ubocznych produktów dezynfekcji w wodzie pitnej na półkuli północnej może wynosić od 2,7 do nawet 9,5 proc. [12]. W krajach rozwiniętych dostępna jest technologia umożliwiająca osiągnięcie wysokiego stopnia usunięcia materii organicznej, jednak wiąże się to ze wzrostem kosztów oczyszczania wody pitnej.

Zmiana klimatu kształtuje jakość zasobów wodnych

Coraz częściej wśród potencjalnych czynników sprzyjających zanieczyszczeniu wód wymienia się zmianę klimatu ze względu na jej silne oddziaływanie na jakość zasobów wody pitnej [13]. Zmiana klimatu wpływa na całe systemy biologiczne. Obok rosnących temperatur, które mają degeneracyjny wpływ na neurony, wzrost potencjału tworzenia niektórych grup zanieczyszczeń oraz ich migracji w ekosystemach stanowi poważne zagrożenie dla zasobów wodnych [13].

Na przykład, temperatura wody oraz intensywność opadów mają wpływ na ilość naturalnej materii organicznej (związków pochodzących bezpośrednio lub pośrednio od komórek i tkanek organizmów żywych, roślinnych i zwierzęcych) w wodach powierzchniowych i podziemnych [14]. Ponieważ mikroorganizmy w wyższych temperaturach intensyfikują swoją działalność, to wzrasta również ilość produktów ich metabolizmu, co z kolei przekłada się na formowanie tzw. ubocznych produktów dezynfekcji w wodzie pitnej.

Zakwity glonów a neurodegeneracje u ludzi

Wraz ze wzrostem temperatur rośnie również ryzyko zakwitów glonów i sinic w wodach powierzchniowych [15]. W Europie zarówno wody powierzchniowe, jak i podziemne stanowią źródło zasobów wody pitnej. Jednak jak podaje agencja WISE – Freshwater aż 75 proc pochodzi z rzek i zbiorników powierzchniowych [16].

Wzrost częstotliwości i skali zakwitów glonów i sinic w rzekach i zbiornikach wodnych sprawia, że w wodzie wzrasta ilość naturalnej materii organicznej, ale również ryzyko wystąpienia produkowanych przez nie toksyn [17]. Część z nich może przetrwać procesy oczyszczania ścieków i znaleźć się w wodzie przeznaczonej do spożycia [13]. Badania pokazują, że niektóre rodzaje cyjanotoksyn są w stanie przetrwać w przewodzie pokarmowym. Niesie to ryzyko neurodegeneracji poprzez wpływ na oś mikrobiom – jelito – mózg [18].

Sole glinu i żelaza (tzw. koagulanty) są powszechnie wykorzystywane we wspomaganiu oczyszczania wód powierzchniowych. Koagulanty eliminują zmętnienie poprzez wytrącenie kłaczkowatej zawiesiny [19]. Zmiana pH w wyniku zakwitu glonów może negatywnie wpływać na proces koagulacji i powodować wzrost jonów metali w uzdatnionej wodzie. Jedna z analiz wykazała, że stężenia rozpuszczonego glinu w wodzie o prawie neutralnym pH wynoszą od 1 do 50 mikrogramów/litr. Natomiast obniżenie odczynu oraz wzrost ilości materii organicznej powodują wzrost stężenia glinu do 500-1000 mikrogramów/litr [14].

 Ocena realnej skali zagrożenia chorobami neurodegeneracyjnymi wynikającymi ze spożycia skażonej wody jest bardzo trudna, bo na rozwój tych chorób wpływ ma wiele czynników, w tym zanieczyszczenie środowiska z innych źródeł. Ostatnia dekada przyniosła intensywny rozwój wiedzy o znaczeniu zanieczyszczeń wody w patogenezie chorób niezakaźnych, tym neurodegeneracyjnych. Niezbędna jest zarówno skuteczniejsza ochrona zasobów wodnych, jak i stała korekta norm jakości. Musimy pamiętać, że jednym z kluczowych czynników, który już teraz determinuje jakość zasobów wodnych, jest zmiana klimatu.

dr inż. Edyta Łaskawiec – technolożka wody i ścieków, naukowczyni w zabrzańskim Instytucie Technologii Paliw i Energii, popularyzatorka nauki, autorka profilu edukacyjnego na platformie Instagram: wastewater_based.doctor.

W artykule korzystałam m.in. z prac:

[1] A. Iqubal, M. Ahmed, S. Ahmad, i inni, Environmental neurotoxic pollutants: review, Environmental Science and Pollution Research 2020, 27, 41175–41198. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10539-z  

[2] S. Sharma, S. Wakode, A. Sharma, i inni, Effect of environmental toxicants on neuronal functions, Environmental Science and Pollution Research 2020, 27, 44906–44921. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10950-6  

[3] M. Chin-Chan, J. Navarro-Yepes Juliana, B. Quintanilla-Vega, Environmental pollutants as risk factors for neurodegenerative disorders: Alzheimer and Parkinson diseases, Frontiers in Cellular Neuroscience 2015, 9, https://doi.org/10.3389/fncel.2015.00124

[4] S.C. Bondy, A. Campbell, Water Quality and Brain Function, International Journal of Environmental Research and Public Health 2018, 15(1), 2. https://doi.org/10.3390/ijerph15010002

[5] X. Jiang, H. Zhang, X Wang, X. Zhang, K. Ding, Comprehensive Analysis of the Association between Human Diseases and Water Pollutants, International Journal of Environmental Research and Public Health 2022, 19(24), 16475. https://doi.org/10.3390/ijerph192416475

[6] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r., w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. 2017 poz. 2294).

[7] B. J. Pauli, The Flint water crisis, WIREs Water 2020, Volume 7, Issue 3 e1420, https://doi.org/10.1002/wat2.1420

[8] N.J. Heard-Garris, J. Roche, P. Carter, i inni, Voices from Flint: Community Perceptions of the Flint Water Crisis, Journal of Urban Health 2017, 94, 776–779. https://doi.org/10.1007/s11524-017-0152-3

[9] A. L. Srivastav, N. Patel, V. Kumar Chaudhary, Disinfection by-products in drinking water: Occurrence, toxicity and abatement, Environmental Pollution 2020, Volume 267, 115474. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115474

[10] B.I. Escher, J. Blanco, J. Caixach, i inni,  In vitro bioassays for monitoring drinking water quality of tap water, domestic filtration and bottled water, Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology 2024, 34, 126–135. https://doi.org/10.1038/s41370-023-00566-6

[11] D. Barhoi, S.N. Barbhuiya, A. Rabha, S. Giri, Disinfection by-Products (DBPs) and their Toxicological Risk on Human Wellbeing: A Public Health Concern. In: S. Madhav, i inni, Drinking Water Disinfection By-products. Springer, 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-49047-7_6

[12] I. Delpla, A. Scheili, S. Guilherme, G. Cool, M. J. Rodriguez, Variations of disinfection by-product levels in small drinking water utilities according to climate change scenarios: a first assessment, Journal of Water and Climate Change 2016, 7(1), 1–15. https://doi.org/10.2166/wcc.2015.102

[13] I. Chorus, J. Fastner, M. Welker, Cyanobacteria and Cyanotoxins in a Changing Environment: Concepts, Controversies, Challenges, Water 2021, 13(18), 2463. https://doi.org/10.3390/w13182463

[14] P. Zuccarello, M. Manganelli, G. Oliveri Conti, i inni, Water quality and human health: A simple monitoring model of toxic cyanobacteria growth in highly variable Mediterranean hot dry environments, Environmental Research 2021, 192, 110291. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110291

[15] P. Sini, T.B.C. Dang, M. Fais, i inni, Cyanobacteria, Cyanotoxins, and Neurodegenerative Diseases: Dangerous Liaisons, International Journal of Molecular Sciences 2021, 22(16), 8726. https://doi.org/10.3390/ijms22168726

[16] Water resources of Europe https://water.europa.eu/freshwater/europe-freshwater/freshwater-themes/water-resources-europe

[17] Y. Ai, S. Lee, J. Lee, Drinking water treatment residuals from cyanobacteria bloom-affected areas: Investigation of potential impact on agricultural land application, Science of The Total Environment 2020, 706, 135756. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135756

[18] N. Luan, J. Zuo, Q. Niu, W. Yan, i inni, Probiotic Lactobacillus rhamnosus alleviates the neurotoxicity of microcystin-LR in zebrafish (Danio rerio) through the gut-brain axis, Science of The Total Environment 2024, 908, 168058. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168058

[19] T.C. Russ, L.O.J. Killin, J. Hannah, G.D. Batty i inni, Aluminium and fluoride in drinking water in relation to later dementia risk, The British Journal of Psychiatry 2020, 216(1), 29-34. https://doi.org/10.1192/bjp.2018.287