Who/sde/wsh/03. 04/76

BARIUM IN DRINKING-WATER 

 

 

9 

 

The prevalence of dental caries was reported to be significantly lower in 39 children 

from a community ingesting drinking-water containing 8–10 mg of barium per litre 

than in 36 children from another community ingesting drinking-water containing 

<0.03 mg/litre (Zdanowicz et al., 1987). However, the study population was small, 

and dental examinations were not conducted in a blind manner. 

 

The impact of high doses of barium on blood pressure has resulted in interest in the 

possibility of low concentrations also having an adverse effect over time. 

 

Associations between the barium content of drinking-water and mortality from 

cardiovascular disease have been observed in several ecological epidemiological 

studies. Significant negative correlations between barium concentrations in drinking-

water and mortality from atherosclerotic heart disease (Schroeder & Kramer, 1974) 

and total cardiovascular disease (Elwood et al., 1974) have been reported. Conversely, 

significantly higher sex- and age-adjusted death rates for “all cardiovascular diseases” 

and “heart disease” have been reported in an unspecified number of Illinois 

communities with high concentrations of barium in drinking-water (2–10 mg/litre) 

compared with those with low concentrations (<0.2 mg/litre) in 1971–1975 

(Brenniman et al., 1979). There were, however, several confounding factors; although 

the communities were matched for demographic characteristics and socioeconomic 

status, population mobility differed between the communities with high and low 

barium levels. Moreover, it was not possible to control for the use of water softeners 

in the home (US NRC, 1982). 

 

A retrospective morbidity study was reported by Brenniman & Levy (1985) on two 

Illinois communities, McHenry and West Dundee, which had similar demographic 

and socioeconomic characteristics, but a 70-fold difference in barium concentrations 

in drinking-water. The mean barium concentration in McHenry’s drinking-water was 

0.1 mg/litre, whereas the mean concentration in West Dundee’s drinking-water was 

7.3 mg/litre. The levels of other minerals in the drinking-water of the two 

communities were stated to be similar. Subjects were selected randomly from a pool 

that included every person 18 years of age or older in a random sample of blocks 

within each community. Blood pressures of all participants were measured, and data 

on the occurrence of cardiovascular, cerebrovascular and renal disease and possible 

confounding factors were obtained by means of questionnaires administered by 

trained survey workers. No significant differences in mean systolic or diastolic blood 

pressures or in history of hypertension, heart disease, stroke or kidney disease were 

found for men or women of the two communities.  

 

A more controlled study (Brenniman & Levy, 1985)

 

was conducted on a 

subpopulation of the McHenry and West Dundee subjects who did not have home 

water softeners, were not taking medication for hypertension and had lived in the 

study community for more than 10 years. No significant differences were observed 

between the mean systolic or diastolic blood pressures for men or women of these 

subpopulations in the low-barium (0.1 mg/litre, 0.0029 mg of barium per kg of body 

weight per day, assuming water ingestion of 2 litres/day and 70-kg body weights) and 

elevated-barium (7.3 mg/litre, 0.21 mg of barium per kg of body weight per day) 

---

BARIUM IN DRINKING-WATER 

 

10 

 

communities. The authors concluded that blood pressure in adults does not appear to 

be adversely affected, even following prolonged ingestion of drinking-water 

containing more than 7 mg of barium per litre. 

 

In a clinical study, 11 “healthy” men were administered 1.5 litres of distilled drinking-

water containing various levels of barium chloride per day. Barium concentrations in 

drinking-water that the subjects had been drinking prior to the study were known to be 

very low. The first 2 weeks of the trial served as a control period, and no barium was 

added to the water. For the ensuing 4 weeks, 5 mg of barium per litre (equivalent to 

0.11 mg of barium per kg of body weight per day using a reference body weight of 70 

kg) were added, and 10 mg of barium per litre (0.21 mg of barium per kg of body 

weight per day) were added for the final 4 weeks of the study (Wones et al., 1990). 

Attempts were made to control several of the risk factors for cardiovascular disease, 

including diet, exercise, smoking and alcohol consumption, throughout the study 

period (although subjects were not continuously monitored in this regard). No 

consistent indication of any adverse effects was found. There was, however, a trend 

towards an increase in serum calcium between 0 and 5 mg/litre, which persisted at 10 

mg/litre; for total calcium, normalized for differences in albumin level, this increase 

was statistically significant, but this was not considered to be clinically significant 

(IPCS, 2001). The lack of adverse effects observed in this study may be attributable to 

the small number of subjects included or the short period of exposure. This study 

identified a NOAEL of 0.21 mg of barium per kg of body weight per day; in common 

with other studies in humans, the study did not identify a level at which any adverse 

effects were observed. 

 

There appear to be no studies of nephropathy in humans. 

 

7. GUIDELINE VALUE 

 

As there is no evidence that barium is carcinogenic (IPCS, 1990), the guideline value 

for barium in drinking-water is derived using the TDI approach. Barium has been 

shown to cause nephropathy in laboratory animals, but the toxicological end-point of 

greatest concern to humans at the relatively low concentrations encountered in the 

environment appears to be the potential effect on blood pressure. 

 

In the most sensitive epidemiological study conducted to date, there were no 

significant differences in blood pressure or in the prevalence of cardiovascular disease 

between a population drinking water containing a mean barium concentration of 7.3 

mg/litre and one whose water contained a concentration of 0.1 mg/litre (Brenniman & 

Levy, 1985). Using the NOAEL of 7.3 mg/litre obtained from this study and an 

uncertainty factor of 10 to account for intraspecies variation, a guideline value of 0.7 

mg/litre (rounded figure) was derived for barium in drinking-water.  

 

Analytical methods for barium are adequate for measuring concentrations well below 

the guideline value. Barium is a naturally occurring constituent of drinking-water and 

can be controlled only by source selection or drinking-water treatment. Precipitation 

softening and ion exchange softening are the only treatment processes capable of 

---

BARIUM IN DRINKING-WATER 

 

 

11 

 

removing a substantial proportion (>90%) of barium from drinking-water (Willey, 

1987).

 

 

8. REFERENCES 

 

ATSDR (1992) Toxicological profile for barium. Atlanta, GA, US Department of Health and Human 

Services, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 

 

Brenniman GR, Levy PS (1985) Epidemiological study of barium in Illinois drinking water supplies. 

In: Calabrese EJ, Tuthill RW, Condie L, eds. Inorganics in water and cardiovascular disease. 

Princeton, NJ, Princeton Scientific Publishing Co., pp. 231–240 (Advances in Modern Environmental 

Toxicology, Vol. 9). 

 

Brenniman GR et al. (1979) Cardiovascular disease death rates in communities with elevated levels of 

barium in drinking water. Environmental Research, 20:318–324. 

 

Brooks SM (1986) Pulmonary reactions to miscellaneous mineral dusts, man-made mineral fibers, and 

miscellaneous pneumoconioses. In: Merchant JA, ed. Occupational respiratory diseases. Cincinnati, 

OH, US Department of Health and Human Services, Appalachian Laboratory for Occupational Safety 

and Health, pp. 401–458 (DHHS (NIOSH) Publication No. 86-102). 

 

Clavel JP et al. (1987) Intestinal absorption of barium during radiological studies. Therapie, 42(2):239–

243. 

 

Cotton FA, Wilkinson G (1980) Advanced inorganic chemistry: comprehensive text, 4th ed. New York, 

NY, John Wiley, p. 286. 

 

Dietz DD et al. (1992) Subchronic toxicity of barium chloride dihydrate administered to rats and mice 

in the drinking water. Fundamental and Applied Toxicology, 19:527–537. 

 

Elwood PC, Abernethy M, Morton M (1974) Mortality in adults and trace elements in water. Lancet, 

2:1470–1472. 

 

Flaten TP (1991) A nationwide survey of the chemical composition of drinking water in Norway. The 

Science of the Total Environment, 102:35–74. 

 

Fonds AW, Van Den Eshof AJ, Smit E (1987) Integrated criteria document barium. Bilthoven, 

National Institute of Public Health and Environmental Protection (RIVM Report No. 218108004). 

 

Gormican A (1970) Inorganic elements in foods used in hospital menus. Journal of the American 

Dietetic Association, 56:397–403. 

 

Hem JD (1959) Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. US Geologic 

Survey sampling data. Washington, DC, US Government Printing Office (Water Supply Paper 1473). 

 

ICRP (1975) Report of the Task Group on Reference Man. New York, NY, Pergamon Press 

(International Commission on Radiological Protection Publication 23). 

 

IPCS (1990) Barium.  Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical 

Safety (Environmental Health Criteria 107). 

 

IPCS (2001) Barium and barium compounds. Geneva, World Health Organization, International 

Programme on Chemical Safety (Concise International Chemical Assessment Document 33). 

 

Lanciotti E et al. (1992) A survey on barium contamination in municipal drinking water of Tuscany. 

Igiene Moderna, 98(6):793–800.

 

---

BARIUM IN DRINKING-WATER 

 

12 

 

 

Lide DR, ed. (1992–1993) CRC handbook of chemistry and physics,  73rd ed. Boca Raton, FL, CRC 

Press. 

 

Lisk DJ et al. (1988) Absorption and excretion of selenium and barium in humans from consumption of 

Brazil nuts. Nutrition Reports International, 38:183–191.

  

 

Loeb L, Sirover M, Agarwal S (1978) Infidelity of DNA synthesis as related to mutagenesis and 

carcinogenesis. In: Advances in Experimental Medicine and Biology, 91:103 [cited in US EPA, 1984]. 

 

McCauley PT, Washington IS (1983) Barium bioavailability as the chloride, sulfate, or carbonate salt 

in the rat. Drug and Chemical Toxicology, 6:209–217. 

 

McCauley PT et al. (1985) Investigations into the effect of drinking water barium on rats. In: Calabrese 

EJ, Tuthill RW, Condie L, eds. Inorganics in drinking water and cardiovascular disease. Princeton, 

NJ, Princeton Scientific Publishing Co., pp. 197–210 (Advances in Modern Environmental Toxicology, 

Vol. 9). 

 

Mertz W, ed. (1986) Trace elements in human and animal nutrition, 5th ed. New York, NY, Academic 

Press, pp. 418–420. 

 

Miller RG et al. (1985) Barium in teeth as indicator of body burden. In: Calabrese EJ, Tuthill RW, 

Condie L, eds. Inorganics in drinking water and cardiovascular disease. Princeton, NJ, Princeton 

Scientific Publishing Co., pp. 211–219 (Advances in Modern Environmental Toxicology, Vol. 9). 

 

Miner S (1969) Preliminary air pollution survey of barium and its compounds. A literature review. 

Raleigh, NC, US Department of Health, Education, and Welfare, National Air Pollution Control 

Administration. 

 

NIOSH (1989) Registry of Toxic Effects of Chemical Substances (RTECS) database. Washington, DC, 

US Department of Health and Human Services, National Institute of Occupational Safety and Health.  

 

Nishioka H (1975) Mutagenic activities of metal compounds in bacteria. Mutation Research, 31:186–

189. 

 

Ohanian EV, Lappenbusch WL (1983) Problems associated with toxicological evaluations of barium 

and chromium in drinking water. Washington, DC, US Environmental Protection Agency, Office of 

Drinking Water. 

 

OME (1988) The determination of trace metals in surface metals by ICP-AAS. Toronto, Ontario, 

Ontario Ministry of the Environment, Laboratory Services Branch. 

 

Perry HM et al. (1983) Cardiovascular effects of chronic barium ingestion. Trace Substances and 

Environmental Health, 16:155–164. 

 

Reeves AL (1986) Barium. In: Friberg L, Nordberg GF, Vouk VB, eds. Handbook on the toxicology of 

metals, 2nd ed. Amsterdam, Elsevier/North Holland Biomedical Press, pp. 84–94. 

 

Schroeder HA, Kramer LA (1974) Cardiovascular mortality, municipal water, and corrosion. Archives 

of Environmental Health, 28:303–311. 

 

Schroeder HA, Mitchener M (1975a) Life-term studies in rats: effects of aluminum, barium, beryllium 

and tungsten. Journal of Nutrition, 105:421–427. 

 

Schroeder HA, Mitchener M (1975b) Life-term effects of mercury, methyl mercury and nine other 

trace elements on mice. Journal of Nutrition, 105:452–458. 

---

BARIUM IN DRINKING-WATER 

 

 

13 

 

 

Schroeder HA, Tipton IH, Nason P (1972) Trace metals in man: strontium and barium. Journal of 

Chronic Diseases, 25:491–517. 

 

Shankle R, Keane JR (1988) Acute paralysis from barium carbonate. Archives of Neurology, 

45(5):579–580. 

 

Stockinger HE (1981) The metals. In: Clayton GD, Clayton FE, eds. Patty’s industrial hygiene and 

toxicology, 3rd ed. Vol. 2A. New York, NY, John Wiley, pp. 1493–2060. 

 

Subramanian KS, Meranger JC (1984) A survey for sodium, potassium, barium, arsenic, and selenium 

in Canadian drinking water supplies. Atomic Spectroscopy, 5:34–37. 

 

Tarasenko NY, Pronin OA, Silayev AA (1977) Barium compounds as industrial poisons (an 

experimental study). Journal of Hygiene, Epidemiology, Microbiology, and Immunology, 21:361–373. 

 

Taylor DM, Bligh PH, Duggan MH (1962) The absorption of calcium, strontium, barium and radium 

from the gastrointestinal tract of the rat. Biochemical Journal, 83:25–29. 

 

US EPA (1984) Health effects assessment for barium. Washington, DC, US Environmental Protection 

Agency. 

 

US EPA (1985a) Health advisory — barium. Washington, DC, US Environmental Protection Agency, 

Office of Drinking Water. 

 

US EPA (1985b) Drinking water criteria document for barium. Washington, DC, US Environmental 

Protection Agency, Office of Drinking Water. 

 

US EPA (1999) Toxicological review of barium and compounds. In support of summary information on 

the Integrated Risk Information System (IRIS). Washington, DC, US Environmental Protection Agency. 

 

US NRC (1977) Drinking water and health. Vol. 1. Washington, DC, US National Research Council, 

National Academy of Sciences. 

 

US NRC (1982) Drinking water and health. Vol. 4. Washington, DC, US National Research Council, 

National Academy Press, pp. 167–170. 

 

US NTP (1994) NTP technical report on the toxicology and carcinogenesis studies of barium chloride 

dihydrate (CAS No. 10326-27-9) in F344/N rats and B6C3F1 mice (drinking water studies). Research 

Triangle Park, NC, US Department of Health and Human Services, Public Health Service, National 

Toxicology Program (NTP TR 432; NIH Publication No. 94-3163; NTIS PB94-214178). 

 

Van Duijvenbooden W (1989) The quality of ground water in the Netherlands. Bilthoven, National 

Institute of Public Health and Environmental Protection (RIVM Report No. 728820001). 

 

Willey BR (1987) Finding treatment options for inorganics. Water/Engineering and Management, 

134(10):28–31. 

 

Wones RG, Stadler BL, Frohman LA (1990) Lack of effect of drinking water barium on cardiovascular 

risk factors. Environmental Health Perspectives, 85:355–359. 

 

Zdanowicz JA et al. (1987) Inhibitory effect of barium on human caries prevalence. Community 

Dentistry and Oral Epidemiology, 15:6–9.