Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Йод в окружающей среде и его биологическая роль (обзор литературы) 10
1.1. Содержание йода в окружающей среде и живых организмах 10
1.2. Биологическая роль йода 18
1.3. Этиология йододефицитных заболеваний 20
1.4. Мировой опыт борьбы с дефицитом йода 33
1.5. Проблема йододефицитных заболеваний в России 38
1.6. Йодная недостаточность на Дальнем Востоке России, в том числе в Еврейской автономной области 42
Глава 2. Район работ. Материалы и методы 47
2.1. Район работ 47
2.1.1. Физико-географическая характеристика территории Еврейской автономной области 47
2.1.2. Природно-климатические условия региона 48
2.1.3. Характеристика почв территории 50
2.1.4. Характеристика водных источников области 53
2.1.5. Характеристика районов области 55
2.2. Материалы и методы 60
2.2.1. Методы определения йода, меди, кобальта и марганца в почвах 60
2.2.2. Методы определения йода в воде 63
2.2.3. Методы определения йода в продуктах питания и биологических жидкостях (моча) 64
2.2.4. Использование статистических материалов 68
Глава 3. Биогеохимическая обусловленность йододефицита в Еврейской автономной области и здоровье населения (результаты и обсуждения)
3.1. Содержание йода, кобальта, меди и марганца в почвах 70
3.2. Содержание йода в водных источниках 72
3.3. Содержание йода в продуктах питания 73
3.4. Потребление йода и полноценного белка населением автономии с привычными продуктами питания (суточный баланс)
3.5. Содержание йода в биологических жидкостях (моча)
3.6. Анализ данных медицинской статистики по заболеваемости населения
3.7. Сравнительный анализ распространения ЙДЗ и йодной обеспеченности населения гг. Биробиджана и Хабаровска 99
3.8. Рекомендации по организации рационального питания на территории Еврейской автономной области 102
ВЫВОДЫ 106
ЛИТЕРАТУРА 108
ПРИЛОЖЕНИЯ 133
- Содержание йода в окружающей среде и живых организмах
- Характеристика почв территории
- Содержание йода, кобальта, меди и марганца в почвах
Введение к работе
Актуальность исследования. Известно, что дефицит йода в окружающей
среде представляет угрозу для здоровья и жизни населения, проживающего в эндемичных районах. Вывод о йодной недостаточности в объектах окружающей среды как главной причине зоба впервые был сделан более 150 лет назад.
В XX столетии были выявлены дополнительные факторы, способствующие развитию зоба и кретинизма, установлена корреляция между распространением йододефицита и дисбалансом других биогенных элементов в окружающей среде (Коломийцева, Неймарк, 1963; Ковальский, 1974; Ыеймарк, 1984; Contempre et al., 1991; Samir, Awady, 1998; Скальный, 1999 и др.).
К началу 80-х годов научные представления о последствиях йодной недостаточности претерпели существенные изменения. Помимо известных заболеваний (миксидема, эндемический и узловой зоб, кретинизм), удалось выявить обширный класс психофизиологических нарушений и расстройств у различных возрастных групп населения, включая детей на самых ранних стадиях формирования и развития организма (Fierro-Benitez et al., 1972; Stanbury et al., 1974; Ramirez et al, 1983; Hetzel, 1983; Legrand, 1984; Morreale de Escobar et al., 1987; Belong, 1989 и др.).
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рассматривает йодную недостаточность как глобальную медико-социальную и демографическую проблему, поскольку риску развития йододефицитных заболеваний (ЙДЗ) подвержено все население эндемичных территорий. По данным ВОЗ, около 2 млрд. жителей планеты живут в условиях йодного дефицита (WHO ..., 1996; Дедов и др., 2004). Однако, несмотря на многолетнюю борьбу с йодной недостаточностью, проблема йододефицита все еще не решена во многих странах мира, включая Россию (Delange et al., 1993, 1998 Li et al., 2001; Герасимов, Свириденко, 2004).
Ведущие специалисты по ЙДЗ в нашей стране считают, что йододефицитные заболевания в Российской Федерации представляют серьезную опасность для здоровья 100 млн. взрослого населения и 32,8 млн. детей (Дедов и др., 2004; Методические указания ..., 2005). За последние 10-15 лет заболевания щитовидной железы в России стали самой распространенной эндокринной патологией у детей и взрослых (Велданова, 2000). Сложившаяся ситуация требует принятия неотложных мер по эффективной профилактике и повышению качества медицинского обслуживания населения, проживающего в эндемических зонах страны (Gerasimov, 2002; Дедов и др., 2004).
Вместе с тем, в Российской Федерации до сих пор имеются территории, йодный статус которых изучен весьма слабо или не изучен вообще. Так, в отчете ЭНЦ РАМН о распространенности эндемического зоба в России отсутствуют данные по всему Дальневосточному региону (Свириденко, Мельниченко, 1999). В недавней публикации регионального координатора МСКЙДЗ по Восточной Европе и Центральной Азии, консультанта ЮНИСЕФ Г.А.Герасимова представлены сведения о йодном статусе лишь трех из десяти субъектов Дальневосточного федерального округа (Республики Саха-Якутия, Приморского края и Сахалинской области) (Gerasimov, 2002).
Совершенно очевидно, что принимать практические меры по эффективной профилактике ЙДЗ без определения йодного статуса населения невозможно. Несоответствие между постановкой практической задачи улучшения здоровья россиян и состоянием теоретической базы для ее решения обусловило необходимость дальнейшего изучения распространенности ЙДЗ на Дальнем Востоке. В последние годы имеющийся пробел в этом направлении был существенно восполнен работами А.ЛХорбачева и др. (2004), Ю.Г.Ковальского и В.А.Филонова (2004), Р.В.Захаренко и Б.З.Сиротина (2002), С.М.Дрюцкой (2005) и др. ЙДЗ выявлены в Хабаровском крае, Амурской, Камчатской и Магаданской областях.
Следует, однако, отметить, что полной и непротиворечивой картины эпидемиологии и этиологии ЙДЗ на Дальнем Востоке получить пока не
удалось. Не исследованы характеристики природной среды эндемичных территорий; не выяснено влияние дополнительных (социально-экономических, демографических, экологических и др.) региональных факторов, формирующих йодную недостаточность; за рамками исследований осталось население отдаленных сельских районов.
Территория Еврейской автономной области (ЕАО) до настоящего времени вообще не изучена. Эпидемиологических исследований по ЙДЗ на территории ЕАО не проводилось со дня ее основания в 1934 г. Единственная работа по зобной эндемии, выполненная на территории области А.А.Цильманом (1973), дает отрицательный ответ на вопрос о наличии в ЕАО зобных очагов, несмотря на то, что, по данным автора, эндемическим зобом поражено 34,5%, а узловыми формами зоба - 52,2% населения области.
Не проводился в области и геохимический анализ объектов окружающей среды. Вместе с тем, муссонный климат, гористый рельеф местности, удаленность от моря, преобладание переувлажненных почв с кислой рЫ среды и другие характеристики указывают на наличие йодной недостаточности на территории автономии (Антонова, 2003, 2004; Христофорова, Антонова, 2004). Нельзя обойти вниманием и тот факт, что, согласно карте биогеохимического районирования СССР, составленной в конце 50-х годов В.В.Ковальским, в которую вошла только северная (горная) часть ЕАО, данная территория отнесена к районам с недостаточным содержанием кобальта, меди, кальция, фтора и йода. К сказанному следует добавить, что медицинский информационно-аналитический центр г. Биробиджана ежегодно регистрирует на территории ЕАО новые случаи ЙДЗ во всех возрастных группах населения, а в последние годы - случаи врожденного гипотиреоза (Антонова, 2001; 2002).
Таким образом, объективно существует противоречие между потребностью улучшения здоровья жителей Дальнего Востока России и недостаточным уровнем изученности всего комплекса вопросов, связанных с распространением йододефицита на его территории. Необходимость
разрешения указанного противоречия определила актуальность данного исследования и обусловила выбор его темы.
Цель исследования - определить наличие и степень тяжести природно-обусловленного йодного дефицита на территории Еврейской автономной области и выявить дополнительные факторы, способствующие развитию ЙДЗ.
Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:
Исследовать природно-климатические и геохимические характеристики территории ЕАО, обусловливающие йододефицит.
Изучить клинические и эпидемиологические показатели заболеваемости ЙДЗ в автономии.
Исследовать почвы сельскохозяйственного назначения на содержание биогенных элементов меди, кобальта и марганца, оказывающих существенное влияние на формирование ЙДЗ.
Произвести расчет суточного потребления йода и полноценного белка жителями автономии для определения йодного статуса населения.
Сравнить йодную обеспеченность населения и распространение ЙДЗ в городах Биробиджане и Хабаровске.
Методологической основой диссертационного исследования являлись работы А.П.Авцына, В.И.Вернадского, А.П.Виноградова, Г.А.Герасимова, В.К.Кашина, В.В.Ковальского, М.Г.Коломийцевой, В.И.Ксензенко, О.В.Николаева, Д.С.Орлова, Ю.Г.Покатилова, А.В.Скального, В-Л.Сусликова, АЛШтенберга, F.Delange, E.Gaitan, D.Glinoer, B.S.Hetzel, L.Rosenfeld.
Основные методы исследования
Содержание йода в почвах определяли роданидно-нитритным методом по Г.Ф.Проскуряковой, Р.В.Швейкиной и О.М.Никитиной (1973), валовое содержание меди, кобальта и марганца - атомно-абсорбционным методом. Содержание йода в воде, продуктах питания и моче определяли методом инверсионной вольтамлерометрии (ФР 13.1.2004. 01166.).
Статистические данные обрабатывали с применением пакетов прикладных программ Excel и Statistica.
Научная новизна работы:
Впервые в ЕАО проведено исследование объектов окружающей среды на содержание биогенных элементов, в том числе йода. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что территория автономии представляет биогеохимическую провинцию с недостатком йода, меди, кобальта и дисбалансом марганца. Определен йодный статус населения ЕАО, выявлен Йододефицит средней степени тяжести.
Практическая значимость работы:
На основе методических указаний ВОЗ и с учетом региональных факторов, предопределяющих развитие йододефицита, разработаны методические рекомендации для органов здравоохранения ЕАО, направленные на предупреждение и снижение риска развития ЙДЗ во всех возрастных группах населения. На основании полученных данных переработаны лекционные курсы дисциплин «Экология и здоровье», «Основы медицинских знаний и здоровый образ жизни», которые читаются на факультетах ДВГСГА. Подготовлено методическое пособие «Дефицит йода на территории Еврейской автономной области».
Полученные результаты являются базой для дальнейших исследований по таким важным направлениям, как обеспеченность йодом беременных, кормящих матерей и новорожденных; влияние йодной недостаточности на показатель интеллекта (IQ) у различных групп населения; изучение экологии йододефицита и др.
На защиту выносится следующее положение:
Еврейская автономная область является биогеохимической провинцией с недостатком йода, меди, кобальта и дисбалансом марганца. Продукты питания, произведенные в автономии, не обеспечивают население необходимым количеством йода. На территории области имеет место йододефицит средней степени тяжести. Более 80% жителей ЕАО подвержены риску развития ЙДЗ, у сельского населения этот показатель достигает $6%.
Апробация результатов исследования:
Результаты исследования были представлены на симпозиумах, международных конференциях: Региональной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования с целью развития творческого потенциала специалистов» - Биробиджан, 2001; I Международном симпозиуме «Современные проблемы геохимической экологии болезней» - Чебоксары, 2001; VI Международном симпозиуме «Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке» - Биробиджан, 2002; Региональной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования - ресурс развития региона» -Биробиджан, 2002, а также на семинарах Биробиджанского государственного педагогического института и Дальневосточного государственного университета.
Структура диссертации:
Работа состоит из введения, трех глав: «Йод в окружающей среде и его биологическая роль (обзор литературы)», «Район работ. Материалы и методы», «Биогеохимическая обусловленность йододефицита в Еврейской автономной области и здоровье населения (результаты и обсуждения)», выводов, списка литературы (305 источника, в том числе 86 иностранных) и 20 приложений. Диссертация изложена на 170 стр., иллюстрирована 16 рисунками и 29 таблицами.
Содержание йода в окружающей среде и живых организмах
Иод (I) является высокоактивным химическим элементом и обладает способностью к перемене валентности: -1 (Ш, KI); +1 (НЮ, КЮ); +3 (1С13); +5 (НЮ3, КЮз); и +7 (НЮ4, КЮ4). Высокая биологическая активность характерна только для Iі" (Велдаыова, 2000).
В окружающей среде йод представлен группой изотопов с атомным весом от 109 до 142 и периодом полураспада от 2,7 сек. до 1 720 млн. лет (Словарь медицинских ..., 2004). Практически весь природный йод состоит из атомов изотопа с массовым числом 127 (ші), являющимся самым стабильным, остальные изотопы радиоактивны, имеют как природное, так и техногенное происхождение (Human, 2001; Василенко и др., 2003). Наибольшее воздействие на живые организмы оказывают изотопы шї и ш1. Первый — из-за своей «долгоживучести» (период полураспада равен 15,7 10й лет), второй -— из-за сильного поражающего воздействия (период полураспада равен 8 дням) (История лаборатории ..., 2004).
Иод - элемент достаточно редкий, его кларк составляет 3,0 10" %. В рассеянном состоянии он присутствует во всех объектах биосферы и является исключительно подвижным мигрантом (рис. 1) (Русин, 1989).
Природные минералы йода весьма редки, содержат незначительные его количества. Они представлены солями йодистоводородной и йодистоватой .кислот. Согласно В.С.Зензерову(1994), это, в основном это галогениды меди и серебра. Б.Я.Розен (Ї970) и Ю.Г.Покатилов (1983) отмечают, что йод встречается в виде вадозных минералов, таких как купройодаргидит (AgCu)I, йодирит Agl, кокцинит Hgl2, йодистый аммоний ИНД, майерсит CuI4AgI и др., возникших при низком уровне термодинамических процессов, происходивших на планете. Минералов, богатых йодом, очень мало. Наиболее известным является лаутарит Са(Юз)г.
Природные месторождения йода не найдены, что объясняется большим ионным радиусом I (2,20) и низким ионным потенциалом (0,45), которые делают невозможным его изоморфное включение в кристаллическую решетку других минералов, а также построение кристаллической решетки собственных минералов. В природных объектах йод встречается в виде солей: иодидов (KI, NaT), иодатов (КЮ3), периодатов (NaI04, КЮ4), иодорганических соединений (СН3І, СН2І, СНІз) и прочих химических соединений І205, ІС1, Шг (Кашин, 1987). С белками и продуктами их распада йод образует очень прочные комплексные соединения (Мохнач, 1974).
Основным резервуаром йода для биосферы служит Мировой океан, куда йод смывается с поверхности почвы талыми водами, осадками и речными стоками (Виноградов, 1957; Неймарк, 1984). В морской воде йод присутствует в форме неорганических ионов Г, Ю, ГО3" и комплексных органо-минеральных соединений. Средняя концентрация йода в морской воде 50-60 мкг/л (Розен, 1970). По данным В.ИКсензенко и Д.С.Стасиневич (1995), содержание йода в морской воде составляет 10-700 мкг/л.
В реках и грунтовых водах уровень йода колеблется в довольно широких пределах: согласно данным М.Г.Коломийцевой и Р.Д.Габович (1970), он составляет 0,1 - 100 мкг/л и более; по В.С.Зензерову и др. (1994) - 3-Ю"5 - 150 мкг/л.
На концентрацию йода в воде влияют кислотность, жесткость воды, наличие коллоидных веществ и степень минерализации. По мнению С.Р.Крайнова и В.М.Швец (1992), в кислой среде йод переходит в молекулярную форму и легко улетучивается, поэтому кислые воды бедны йодом. А.В.Ефимова (2000) наблюдала преобладание мягкой и слабоминерализованной воды в очагах зобной эндемии. А.М.Никаноров и Н.А.Кузнецова (1971) отмечают особую роль коллоидных веществ: глины, фульвокислот, гуминовых веществ, органо-минеральных комплексов, гидроокислов А1 и Fe - в насыщении воды йодом за счет поглощающей и удерживающей способности. Согласно В.В.Ковальскому (1974), океанические, морские и минерализованные воды в наибольшей степени обогащены йодом. Его удержанию и накоплению способствуют высокие концентрации ионов калия, натрия, магния, кальция и некоторых других химических элементов.
Как было отмечено, йод является активным мигрантом. Коэффициент водной миграции йода достаточно высок, соответствует 82,0. Для сравнения, у фтора этот показатель составляет 1,04, у марганца - 0,12, меди - 2,64 (Добровольский, 1983). Перельман (1982, цит. по: Кашин, 1987) указывает, что коэффициент миграции йода в грунтовых водах достигает 100.
Характеристика почв территории
Согласно карте почвенного районирования, автономия относится к южнотаежной дальневосточной буроземно-лесной зоне, Амуро-Уссурийской южнотаежной лесной провинции бурых лесных почв (Почвы Еврейской ..., 1979).
Основную часть территории области занимают леса и болота. В верхних частях шлейфов сопок горно-лесных районов распространены горные бурые лесные почвы, базирующиеся на элюводелювиальных породах (суглинистых и глинистых). Они занимают площадь 1254,4 тыс. га, что составляет 34,6% территории области. Почвы слабокислые, с гумусовым горизонтом порошисто-комковатой структуры, мощностью 8-10 см и содержанием гумуса 8,4-20%. Верхний горизонт почв имеет тяжелосуглинистый и суглинистый механический состав, затрудняющий просачивание дождевых вод в почвенную толщу, поэтому комковатый гумусовый слой быстро насыщается атмосферной влагой и смывается, образуя поверхностный сток. С течением времени вслед за гумусовым горизонтом смывается вся почвенная толща, обнажая подстилающий щебень (Почвы Еврейской ..., 1979).
В формировании равнинных почв также прослеживаются определенные закономерности: на отдельных возвышенностях (сопки) и в условиях хорошего дренажа формируются бурые лесные почвы; в шлейфах -подзолисто-бурые лесные, луговые оглеенные и болотные, в поймах рек -аллювиальные пойменные луговые почвы. Наиболее распространенными почвами равнин являются лугово-болотные, торфяно-болотные, подзолисто-буроземыые и аллювиальные пойменные луговые.
Лугово-болотные почвы распространены на территории в 359,4 тыс. га. Этот тип почв развивается на надпойменных террасах речных долин. Они довольно разнообразны, что выражается в мощности гумусового горизонта от 10 до 60 см. Содержание гумуса 5-15%, реакция почвенной среды кислая, механический состав глинистый (Почвы Еврейской ..., 1979).
Торфяно-болотные низинные почвы распространены на территории 249,1 тыс. га. Они развиваются в низинах, в условиях постоянного избыточного увлажнения и имеют различную мощность торфяного горизонта от 0 до 200 см и более. Мощность гумусового горизонта соответствует 10-15 см, содержание гумуса 6%, реакция почвенной среды сильнокислая. Почвы имеют тяжелосуглинистый и глинистый механический состав, поэтому в условиях переувлажнения для них свойственен процесс оподзоливания.
На заболоченные участки и болота приходится до 30,3% территории области (Почвы Еврейской ..., 1979). Все болотные образования автономии совершенно не связаны с грунтовыми водами и вызваны избытком атмосферной влаги и ограниченной фильтрационной способностью глинистых почвогрунтов.
В многочисленных логообразных понижениях, периодически подтопляемых паводковыми водами, сформировались аллювиальные поименно-луговые почвы различной степени увлажнения, занимающие 371,6 тыс. га территории. Мощность их гумусового горизонта составляет 12 см, содержание гумуса 3%, реакция почвенного раствора средне- и силы-юкислая. По механическому составу эти почвы средне-суглинистые (Почвы Еврейской ...,1979).
Подзолисто-буроземные лесные почвы занимают 160,8 тыс. га общей территории автономии. Они развиты на высоких увалах равнины и пологих шлейфах сопок, сформированы на древних глинах и элюво-делювиальных плотных породах. Мощность гумусового горизонта комковатой структуры составляет 7-10 см, содержание гумуса 8-10%, реакция среды сильно- и средне кислая.
Из основных физических свойств большинства местных почв (удаленных от русла рек) следует выделить тяжелый механический состав, слабую водопроницаемость и большую влагоемкость. Верхние горизонты почв являются более увлажненными, чем нижележащие, поэтому во время муссонных дождей образуется верховодка. На долю среднесуглинистых почв в области приходится 1804,1 тыс. га, на глинистые и тяжелосуглинистые - 1275,7 тыс. га, на торфяные - 450,8 тыс, га, на легкие суглинистые почвы - 86,8 тыс. га. Как следствие, в области преобладают среднекислые (рН 4-5) и сильнокислые (рН 4) почвы, составляющие более 75% (Почвы Еврейской ..., 1979).
Содержание йода, кобальта, меди и марганца в почвах
Согласно полученным данным, содержание йода в почвах обследованных районов находится ниже предела обнаружения метода. Однако природно-климатические и геохимические характеристики территории автономии, которые подробно рассмотрены во второй главе, указывают на низкий уровень йода и других химических элементов в почвах.
Проведенные исследования выявили избыточное содержание марганца в почвах полей Смидовичского района и значительный его избыток в почвах полей и огородов Облученского района, что обусловлено. наличием месторождений железо-марганцевых руд. Как уже отмечалось (первая глава), в условиях кислой среды марганец вытесняет йод, следовательно, избыток марганца должен приводить к значительным потерям йода почвами Облученского района. Отсутствие чувствительных методов определения йода в почвах не позволило нам экспериментально подтвердить данный вывод. Для всех районов характерен значительный недостаток меди и кобальта в почвах, что в определенной степени обусловлено преобладанием кислых почв. В кислой среде увеличивается подвижность меди, марганца и кобальта, что приводит к их вымыванию (Протасова, 1998).
По нашим расчетам, обеспеченность микроэлементами почв Облученского района составляет: кобальтом - на 60,6% от нормы (среднее значение по А.П. Виноградову), медью - на 67,0%, марганцем - на 122,0%. Обеспеченность почв Биробиджанского района: кобальтом - на 51,1%, медью -на 24,2%, марганцем - на 56,1%. Обеспеченность почв Смидовичского района: кобальтом - на 57,1%, медью - на 40,8%, марганцем - на 81,2%.
Полученные данные выявили, что наиболее насыщены микроэлементами почвы Облученского района, что связано со смывом химических элементов с возвышенных участков, наибольшей гумусностью почв, преобладанием среднесуглинистых почв и меньшей нагрузкой на почвы (относительно низкая интенсивность использования в сельскохозяйственном назначении из-за более холодного климата); менее насыщены микроэлементами почвы Биробиджанского района.
В почвах лугов, периодически подтопляемых и избыточно увлажненных, во всех обследованных районах обнаружено наименьшее содержание микроэлементов. Наибольшее количество элементов выявлено в почвах полей, куда регулярно вносятся различные органические и минеральные удобрения.
