Вестник Новосибирского государственного педагогического университета, 2018, No.5, С.266-284
УДК: 
612 + 59

Физиолого-гигиеническое обоснование нормы калия в питьевой воде: научно-практическое значение

Айзман Р. И. 1 (Новосибирск, Россия), Герасёв А. Д. 1 (Новосибирск, Россия), Айзман О. 2 (Стокгольм, Швеция), Крашенинина Г. И. 3 (Новосибирск, Россия), Трофимович Е. М. 1 (Новосибирск, Россия)
1 Новосибирский государственный педагогический университет
2 Каролинский институт
3 Новосибирский НИИ гигиены Роспотребнадзора
Аннотация: 

Проблема и цель. В настоящее время отсутствуют физиолого-гигиенические исследования по обоснованию оптимальной (ОГН) и допустимой (ДГН) гигиенической нормы калия в питьевой воде. Установленная директивой 98/83ЕС Европейского сообщества норма без экспериментального обоснования делает бездоказательным преподавание данного раздела в образовательных курсах «Физиология водно-солевого обмена» и «Гигиена водоснабжения». Это и послужило целью настоящей работы: рассмотреть физиологию метаболизма калия в организме, на основании чего экспериментально определить его гигиенические нормы в питьевой воде.
Методология. Для обоснования гигиенической нормы содержания калия в питьевой воде использован физиолого-гигиенический подход, основанный на теоретическом и экспериментальном изучении гомеостаза калия в организме высших животных и человека, а также на анализе физиологических реакций организма на длительные дозозависимые воздействия нагрузками калия. Это позволило интегрировать результаты исследования в систему нормативов данного катиона в питьевой воде. Такой физиолого-гигиенический подход к решению проблемы стал возможен благодаря длительному сотрудничеству исследователей двух научных школ г. Новосибирска:физиологов НГПУ и специалистов НИИ гигиены, научные разработки которых в области физиологии регуляции гомеостаза калия и гигиены водоснабжения получили мировое признание.
Результаты. Показано, что регуляция баланса калия в организме обеспечивается как прямым действием избытка катиона на почки в случае гиперкалиемии, так и рефлекторным механизмом, который включается при всасывании калия из пищеварительного тракта. Заключение базируется на экспериментальных данных о том, что калийрегулирующий рефлекс представлен селективными рецепторами печени, афферентными путями в составе блуждающих нервов, гипоталамическими центрами и гормонами (ренин-ангиотензин-альдостероновой системой, вазопрессином, инсулином), вызывающими изменение функций основного гомеостатического органа – почек и тканевых калиевых депо (скелетных мышц и печени).
Во второй части описаны результаты 9-месячного хронического эксперимента на крысах, получавших питьевую воду с разной концентрацией калия и ее влияние на функцию почек. Показано, что концентрация катиона в воде 5,0 мг/дм3 не вызывала изменений почечного ответа на водные и калиевые нагрузки по сравнению с контролем (концентрация калия в питьевой воде 1,0 ± 0,2 мг/дм3), тогда как вода с содержанием калия 50 мг/дм3 приводила к напряжению механизмов регуляции ионного баланса по сравнению с контролем, что выражалось в увеличении экскреции катионов калия и натрия после водной нагрузки и снижении их выведения после калиевой нагрузки.
Заключение. Полученные данные позволяют заключить, что гигиеническим оптимумом концентрации иона калия в питьевой воде является 1–5 мг/дм3, концентрация К+, вызывающая функциональное напряжение механизмов регуляции данного катиона, – 50 мг/дм3; следовательно, диапазон допустимой гигиенической нормы калия в питьевой воде составляет 0,8–12,5 мг/дм3.

Ключевые слова: 

регуляция гомеостаза калия; функция почек; калиевые нагрузки; концентрация калия в питьевой воде

Список литературы: 
  1. Aizman R., Grahnquist L., Celsi G. Potassium homeostasis: ontogenic aspects // Acta Pediatrica. – 1998. – Vol. 87, Issue 6. – P. 609–617. DOI: https://doi.org/10.1080/080352598750013987
  2. Айзман Р. И. Регуляция гомеостаза калия: возрастные особенности // Нефрология и диализ. – 2001. – T. 3, № 3. – C. 318–325. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24766806
  3. Sun H., Sun M. Age- and gender-dependent associations of blood pressure and serum sodium and potassium-renal and extrarenal regulations // Journal of the American Society of Hypertension. –2018. – Vol. 12, Issue 5. – P. 392–401. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jash.2018.03.005
  4. Palmer B. F. Regulation of Potassium Homeostasis // Clinical Journal of the American Society of Nephrology. – 2015. – Vol. 10, Issue 6. – P. 1050–1060. DOI: https://doi.org/10.2215/CJN.08580813
  5. Rodan A. R. Potassium: Friend or Foe? // Pediatric Nephrology. – 2017. – Vol. 32, Issue 7. – P. 1109–1121. DOI: https://doi.org/10.1007/s00467-016-3411-8
  6. Leurs L. J., Schouten L. J., Mons M. N., Goldbohm R. A., van den Brandt P. A. Relationship between tap water hardness, magnesium and calcium concentration and mortality due to ischemic heart disease or stroke in The Netherlands // Environmental Health Perspective. – 2010. – Vol. 118, № 3. – P. 414–420. DOI: https://doi.org/10.1289/ehp.0900782
  7. Talukder M. R. R., Rutherford S., Huang C., Phung D., Islam M. Z., Chu C. Drinking water salinity and risk of hypertension: A systematic review and meta-analysis // Archives of Environmental and Occupational Health. – 2017. – Vol. 72, Issue 3. – P. 126–138. DOI: https://doi.org/10.1080/19338244.2016.1175413
  8. Talukder M. R. R., Rutherford S., Phung D., Islam M. Z., Chu C. The effect of drinking water salinity on blood pressure in young adults of coastal Bangladesh // Environmental Pollution. – 2016. – Vol. 214. – P. 248–254. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.03.074
  9. Rylander R.Magnesium in drinking water – a case for prevention? // Journal of Water and Health. – 2013. – Vol. 12, № 1. – P. 34–40. DOI: https://doi.org/10.2166/wh.2013.110
  10. Davies B. E. The UK geochemical environment and cardiovascular diseases: magnesium in food and water // Environmental Geochemistry and Health. – 2015. – Vol. 37, Issue 3. – P. 411–427. DOI: https://doi.org/10.1007/s10653-014-9671-y
  11. Gianfredi V., Bragazzi N. L., Nucci D., Villarini M., Moretti M. Cardiovascular diseases and hard drinking waters: from a systematic review with meta-analysis of case-control studies // Journal of Water and Health. – 2016. – Vol. 15, Issue 1. – P. 31–40. DOI: https://doi.org/10.2166/wh.2016.131
  12. Şener Ş., Şener E., Davraz A.Assessment of groundwater quality and health risk indrinking water basin using GIS // Journal of Water and Health. – 2016. – Vol. 15, Issue 1. – P. 112–132. DOI:https://doi.org/10.2166/wh.2016.148
  13. Youn J. H., McDonough A. A. Recent Advances in Understanding Integrative Control of Potassium Homeostasis // Annual Review of Physiology. – 2009. – Vol. 71. – P. 381–401. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.physiol.010908.163241
  14. Rabinowitz L., Aizman R. I. The Central Nervous System in Potassium Homeostasis // Frontiers in Neuroendocrinology. – 1993. – Vol. 14, Issue 1. – P. 1–26. DOI: https://doi.org/10.1006/frne.1993.1001 
  15. Боровец Е. Н., Айзман Р. И. Возрастные особенности транспорта калия в дистальном отделе толстой кишки крыс // Нефрология и диализ. – 2003. – T. 5, № 3. – C. 226–227. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25523669
  16. Youn J. H. Gut sensing of potassium intake and its role in potassium homeostasis // Seminars in Nephrology. – 2013. – Vol. 33, Issue 3. – P. 248–256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.semnephrol.2013.04.005
  17. Garty H., Karlish S. J. D. Role of FXYD proteins in ion transport //Annual Review of Physiology. – 2006. – Vol. 68. – P. 431–459. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.physiol.68.040104.131852
  18. Garty H., Lindzen M., Scanzano R., Aizman R., Füzesi M., Goldshleger R., Farman N., Blostein R., Karlish S. J. D. A functional interaction between CHIF and Na-K-ATPase: implication for regulation by FXYD proteins // American Journal of Physiology. Renal Physiology. – 2002. – Vol. 283, Issue 4. – P. F607–F615. DOI: https://doi.org/10.1152/ajprenal.00112.2002
  19. Rabinowitz L. Aldosterone and potassium homeostasis // Kidney International. – 1996. – Vol. 49, Issue 6. – P. 1738–1742. DOI: https://doi.org/10.1038/ki.1996.258
  20. DuBose Jr. T. D. Regulation of Potassium Homeostasis in CKD // Advances in Chronic Kidney Disease. – 2017. – Vol. 24, Issue 5. – P. 305–314. DOI: https://doi.org/10.1053/j.ackd.2017.06.002
  21. Gilligan S., Raphael K. L. Hyperkalemia and Hypokalemia in CKD: Prevalence, Risk Factors, and Clinical Outcomes // Advances in Chronic Kidney Disease. – 2017. – Vol. 24, Issue 5. – P. 315–318. DOI: https://doi.org/10.1053/j.ackd.2017.06.004
  22. Geibel J. P. Role of potassium in acid secretion // World Journal of Gastroenterology. – 2005. – Vol. 11 (34). – P. 5259–5265. PMCID: PMC4622792 DOI: https://doi.org/10.3748/wjg.v11.i34.5259
  23. Arin R. M., Gorostidi A., Navarro-Imaz H., Rueda Y., Fresnedo O., Ochoa B. Adenosine: Direct and Indirect Actions on Gastric Acid Secretion // Frontiers in Physiology. – 2017. – Vol. 8. – P. 737. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00737
  24. Елькова Н. Г., Айзман Р. И. Возрастные изменения содержания воды и электролитов в тканях // Новые исследования по возрастной физиологии. – 1988. – № 1. – C. 35–39. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26097260
  25. Финкинштейн Я. Д., Айзман Р. И., Тернер А. Я., Пантюхин И. В. Рефлекторный механизм регуляции калиевого гомеостаза // Физиологический журнал СССР им. И.  М.  Сеченова. – 1973. – T. 59, № 9. – C. 1429–1436. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26097780
  26. Aizman R. I., Subotyalov M. A. Formation and Development of Scientific views about Physiology of Kidneys and Water-Balance in Novosibirsk // MOJ Anatomy and Physiology. – 2017. – Vol. 4 (3). – P. 308–309. DOI: https://doi.org/10.15406/mojap.2017.04.00136
  27. Айзман Р. И., Финкинштейн Я. Д. Осмо- и ионные рецепторы печени // Физиологический журнал СССР им. И. М. Сеченова. – 1976. – Т. 62, № 1. – С. 128–136. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26097680
  28. Bourque C. W., Oliet S. H. R., Richard D. Osmoreceptors, osmoreception, and osmoregulation // Frontiers in Neuroendocrinology. – 1994. – Vol. 15, Issue 3. – P. 231–274. DOI: https://doi.org/10.1006/frne.1994.1010
Дата публикации 31.10.2018