Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Эколого-географическая характеристика Магаданской области 8
1.2. Биогеохимический аспект жизнедеятельности организмов 17
1.3. Разработка учения о биогеохимических провинциях. Природные биогеохимические провинции 20
1.4. Техногенные биогеохимические провинции и аномалии 22
1.5. Классификация химических элементов 25
1.6. Особенности метаболизма микроэлементов 27
1.7. Содержание и распределение микроэлементов в организме человека 29
1.8.Понятие и классификация микроэлементозов 34
1.9. Современные подходы к оценке обеспеченности человека микроэлементами 36
Глава 2. Материал и методы 39
2.1. Методы количественного определения концентраций химических элементов в волосах человека 39
2.2. Метод количественного определения йода в моче 45
2.3. Методы количественного определения концентраций химических элементов в воде 46
Глава 3. Результаты и их обсуждение 48
3.1. Экологическая характеристика микроэлементного статуса жителей Магаданской области 48
3.1.1 Оценка обеспеченности макро- и микроэлементами жителей области на основании химического анализа волос 48
3.1.2.Сравнительная оценка йодной обеспеченности жителей приморской и континентальной территорий области 94
3.1.3. Общие территориальные и межтерриториальные особенности микроэлементного статуса детей и взрослых жителей области 99
3.1.4. Оценка влияния геохимического окружения на микроэлементный статус жителей области 104
3.1.5. Влияние геохимических и эколого-социальных факторов на формирование йодной обеспеченности у жителей области 110
3.2. Физиологическая характеристика микроэлементного статуса жителей Магаданской области 118
3.2.1. Межполовые особенности микроэлементного статуса жителей области 118
3.2.2. Возрастные перестройки микроэлементного статуса жителей Магаданской области 120
3.2.3. Оценка межэлементных взаимодействий на основе корреляционного анализа химического состава волос 123
3.3. Риск развития микроэлементозов 126
Заключение 136
Выводы 144
Список литературы 146
- Эколого-географическая характеристика Магаданской области
- Методы количественного определения концентраций химических элементов в волосах человека
- Оценка обеспеченности макро- и микроэлементами жителей области на основании химического анализа волос
Введение к работе
Основной задачей экологии человека является изучение влияния окружающей среды на здоровье и качество жизни человека. Это положение особенно актуально в условиях Севера, где человек испытывает неблагоприятное воздействие комплекса природно-климатических факторов, что является экологической основой для развития структурно-функциональных нарушений (Казначеев, 1980; Деряпа, Трофимов, 1988; Шорин и др., 1989; Деденко и др., 1990; Теддер, Гудков, 1995; Барбараш, 1996; Бойко, 1999; Агаджанян, Ермакова, 1994; Неверова, 1998; Хаснулин, 1998; Гудков, Лабутин, 2000; Ткачев, 2000; Сидоров, Гудков, 2004; Агаджанян и др., 2005). При воздействии длительных Холодовых нагрузок, гипоксии, нарушенного фотопериодизма, факторов электромагнитной природы адаптация человека достигается путем напряжения и сложной перестройкой регуляторных систем.
Негативное влияние на организм человека климатических факторов Севера усиливается геохимическим окружением, которое характеризуется низким содержанием биогенных химических элементов (Панин, 1980; Теддер, 1990, 1992; Тутельян, 1996; Алексеева и др., 1996; Петренко и др., 1998; Ермаков, 1999; Скальный и др., 2004). Дефицит в окружающей среде биогенных микроэлементов может приводить к развитию микроэлементозов - эндемических заболеваний биогеохимической природы (Авцын и др., 1983, 1991; Бабенко, 2000). По мнению А.П. Авцына и ряда других исследователей, микроэлементозы человека, за исключением довольно редких наследственных форм, имеют экзогенную природу и связаны с режимом питания, с факторами окружающей среды, с образом жизни и трудовой деятельностью. Следует подчеркнуть, что в отличие от других веществ, синтезируемых организмами, химические элементы поступают из геохимической среды: почвообразующих пород, почв, природных вод, атмосферного воздуха (Ковальский, 1982; Смоляр, 1989).
Биогенные химические элементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Реализуя их действие, принимают участие в выполнении важнейших физиологических функций организма и его адаптации к окружающей среде (Коломийцева, Габович, 1970; Ноздрюхина, 1977; Венчиков, 1978; Ноздрюхина, Гринкевич, 1980; Авцын и др., 1991; Скальный и др., 1999; Тутельян, 1996; Тутельян и др., 2002;. Сусликов, 2000, 2002; Скальный, Рудаков, 2004).
Острота проблемы микроэлементозов значительно усиливается за счет загрязнения окружающей среды, усиления миграции техногенных веществ и нарушения биогеохимических циклов (Вернадский, 1934; Венчиков, 1978; Ковальский, 1983; Мудрый, 1997; Сусликов, 2002; Фролова и др., 2003; Курбатов, Башкин, 2004).
С целью профилактики микроэлементозов интенсивно развивается биоэлементология, задачи которой заключаются в исследовании региональных вариаций биогеохимического фона, расширении знаний о физиологической роли определенных макро- и микроэлементов (МЭ), а также разработке научно-практических рекомендаций по коррекции элементного статуса человека (Сает и др., 1990; Кудрин и др., 2000; Решетник, 2000; Агаджанян, Скальный,,2001; Горбачев и др., 2002; Боев и др.,2003; Скальный, Горбачев, Велданова, 2004; Скальная, Нотова, 2004; Скальный, Рудаков, 2004; Скальная и др., 2004; Баранова и др., 2005; Максимова, Протасова, 2005).
Основателями микроэлементологии в России были такие известные в науке ученые как академик Владимир Ильич Вернадский (основоположник геохимии и биогеохимии), академик Александр Павлович Виноградов (основатель учения о биогеохимических провинциях), академик Александр Павлович Авцын (осноположник учения о географической патологии), член-корреспондент РАН Алексей Александрович Жаворонков, член-корреспондент ВАСХНИЛ Виктор Владиславович Ковальский
(основоположник геохимической экологии), профессор Григорий Александрович Бабенко.
Продолжили и продолжают геохимическую и медицинскую микроэлементологию академик РАМН Николай Александрович Агаджанян, профессор Ревич Борис Александрович, профессор Викентий Леонидович Сусликов - автор термина «Атомовиты», профессор Анатолий Викторович Скальный.
Территория Северо-Востока России, включая Магаданскую область, по природно-климатическим и биогеохимическим параметрам неоднородна. Магаданская область, по отношению к Охотскому морю, делится на приморскую и континентальную территорию. Ранее проведенные медико-экологические исследования, главным образом на приморской территории Магаданской области, заложили основу для дальнейшего изучения региональных особенностей микроэлементного статуса жителей (Петропавловский, Старовойтова, 1996; Шаповалов и др., 1998; Ефимова, 2000; Луговая, 2002; Горбачев и др., 1998-2004). При этом континентальные горнопромышленные районы с техногенной нагрузкой на биосферу (Сусекова., Оганесян 2000; Глотов, Глотова, 2002; Пугачев, 2003) в биогеохимическом отношении остались практически не исследованными.
Учитывая сказанное и, принимая во внимание остроту проблемы эндемических микроэлементозов, представилось актуальным провести сравнительное исследование микроэлементного статуса населения, проживающего на разных эколого-географических территориях Магаданской области.
Полученные результаты по содержанию МЭ у жителей, при сегодняшнем экологическом благополучии области, могут служить точкой отсчета для проведения экологического мониторинга окружающей среды и здоровья человека на Северо-Востоке России.
Цель работы; исследовать особенности микроэлементного статуса жителей приморской и континентальной территорий Магаданской области и определить риск развития микроэлементозов.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
Изучить содержание макро- и микроэлементов в волосах детей и взрослых жителей приморской и континентальной территорий Магаданской области.
Установить межтерриториальные различия микроэлементного статуса населения.
Оценить влияние химического состава питьевой воды на микроэлементный статус жителей области.
Определить йодную обеспеченность населения континентальной территории.
Выявить риск развития микроэлементозов у жителей исследуемых территорий.
Эколого-географическая характеристика Магаданской области
Магаданская область расположена на Северо-Востоке Азиатской части России. На западе, по бассейнам p.p. Яна, Челомджа, область граничит с Хабаровским краем. На северо-западе, по бассейну верхнего течения р. Кулу а также р. Индигирка и до среднего течения р. Колыма в месте слияния с р. Омолон, — с Саха-Якутией. На севере-востоке, по бассейну р. Омолон, - с Чукотским автономным округом и на востоке, по бассейнам pp. Омолон и Пянжена, - с Камчатской областью. На севере территория области простирается до 66 с.ш., на юге - до 59 с.ш., на западе - до 145 в.д. и на востоке - до 163 в.д. С севера на юг Магаданскую область разрезают многочисленные хребты: Черского, Полярный, Омсукчанский, Коркодонский, Молькаты, Конгинский и Кедонский. На юго-востоке территории располагается обширное Колымское нагорье. На юге Магаданская область омывается Охотским морем.
По отношению к Охотскому морю область делят на приморские и континентальные территории. К приморским территориям относятся город Магадан и близлежащие населенные пункты (поселки Дукча, Солнечный, Снежный), а также Ольский и Северо-Эвенский районы. К континентальным территориям относятся Хасынский, Омсукчанский, Среднеканский, Тенькинский, Ягоднинский и Сусуманский районы.
Город Магадан является административным центром области и расположен вблизи 60 северной широты на побережье Тауйской губы Охотского моря на перешейке, соединяющем полуостров Старицкого с материком. Город омывается водами бухт Нагаева с запада и Гертнера с востока. Центр селитебной зоны приурочен к водоразделу между бухтой Нагаєво и речкой Магаданкой; разрастание города шло в диагональном направлении вдоль долины р. Магаданки и на северо-восток, вдоль начального отрезка Колымской трассы.
Населенные пункты континентальной территории, такие как поселок Ягодное и город Сусуман, являются центрами двух золотодобывающих районов Центральной Колымы, - Ягоднинского и Сусуманского. В этих двух центрах размещается основной жилищный фонд районов и, обслуживающие горнодобывающую отрасль, промышленно-хозяйственные объекты.
Человек на Севере подвержен негативному комплексному воздействию экологических факторов. К их числу относят экстремальный температурный и световой режим: сезонные контрасты климата (длинная и суровая зима, короткое и холодное лето), резкое нарушение фотопериодичности, с чем связано явление «светового голодания» во время полярной ночи и «светового излишества» во время полярного дня; аномалии геомагнитных полей: сильные ветры, магнитные возмущения, связанные с близостью этой зоны к магнитному полюсу, гипоксию, резкие перепады атмосферного давления, космические и солнечные излучения (Данишевский, 1968; Завьялова, Деряпа, Трофимов, 1988; Деденко и др., 1990; Агаджанян, Торшин, 1994; Барбараш, 1996; Буганов, 1997; Неверова, 1998; Хаснулин, 1998; Гудков, Лабутин, 2000; Ткачев, 2000). Причем, действие североспецифических факторов практически не компенсируется социальными или другими мерами защиты (Гудков, Лабутин, 2000).
Б.Б. Прохоров (1989) на основании анализа 30 параметров среды обитания человека предлагает оценивать степень комфортности среды по пятибальной системе. Согласно этой системе, все регионы России делятся на комфортные, прекомфортные, гипокомфортные, дискомфортные и экстремальные. Экстремальные районы представляют собой территории, в пределах которых практически круглогодично природные условия резко осложняют труд, быт и отдых людей, а параметры отдельных факторов среды достигают критических для здоровья и жизни значений. Адаптация пришлого населения протекает здесь с очень сильным напряжением адаптивных систем с тенденцией к декомпенсации.
Экстремальность северных условий усиливается геохимическими факторами окружающей среды, где недостаток или избыток определенных химических элементов приводят к развитию географической патологии (Авцын и др., 1985). Известно, что в биогеохимическом отношении для Севера, характерна недостаточность многих макро- и микроэлементов (Петропавловский и др., 1994, 1996; Алексеева и др., 1996; Тутельян, 1996; Петренко и др., 1998), что является риском развития скрытых и выраженных микроэлементозов (Бабенко, 1989, 2000; Авцын А.П. и др., 1991; Скальный, 1999,2000).
Методы количественного определения концентраций химических элементов в волосах человека
Исследован микроэлементный статус 390 жителей, проживающих на приморской (г. Магадан) и континентальной (п. Ягодное, г. Сусуман) территориях. Объектом исследования явились мужчины и женщины 20 - 59 лет, и дети 7-10 лет. Все исследованные- уроженцы Магаданской области или приезжие с северным стажем более 20 лет.
Материалом для исследования химических элементов служили волосы, химический состав которых химический состав которых отражает биогеохимическую нагрузку внешней среды и позволяет оценивать микроэлементный статус популяции (Мжельская, Ларский, 1983; А.В. Скальный и др., 2001, 2004; Iyenger, Woittiez, 1988; Braetter, 2002). Определено содержание 23 МЭ (Al, As, Са, Cd, Со, Сг, Си, Fe, Hg, К, Li, Mn, Ni, Pb, Se, Si, Sn, Ті, V, Zn, Na, P, Mg)
Исследование в волосах проведено методами атомной эмиссионной спектрометрии и масс - спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП, АЭС-МС) в Центре Биотической медицины (г. Москва, аттестат аккредитации ГСЭШШ.ЦОА.ЗП). Измерения проводили на атомно-эмиссионном спектрометре-монохроматоре Optima 2000DV, производства Perkin Elmer Inc., приборе Elan 9000, производства Perkin Elmer Sciex Corp., имеющие сертификаты Госстандарта России, зарегистрированные в Государственном реестре средств измерений РФ.
Образцы волос, в количестве не менее 0,1 г, подвергали пробподготовке, согласно требованиям МАГАТЭ, методическим рекомендациям, утвержденным МЗ СССР в 1989 г. и МЗ РФ в 1999.
Атомная эмиссионная спектрометрия (АЭС) определяет концентрации элементов в образце путем измерения количества поглощенного излучения, испускаемого определенным количеством атомов определяемого вещества. В качестве источника возбуждения применяется индуктивно-связанная плазма (ИСП) (Thompson, Walsh, 1989). ИСП возбуждается в потоке инертного или малоактивного газа (гелий, аргон, азот). В настоящее время в качестве плазмообразующего газа используется аргон, поскольку аргоновая плазма стабильна и обладает высоким ионизирующим потенциалом. Измеряемый образец вводится в виде аэрозоля в еще одном потоке аргона в центральный канал плазмы (плазма в аналитических приборах имеет концентрическое стоение). Это обеспечивает возникновение узкой зоны эмиссии вещества образца в химически инертном окружении ионов аргона и минимизирует химическое взаимодействие частиц образца с плазмой во время измерения. Приборы АЭС-ИСП способны количественно определять за одну минуту до 40-60 элементов, в зависимости от уровня концентраций в образце.
Метод МС-ИСП использует индуктивно-связанную плазму в качестве источников ионов и квадрупольный масс-спектрометр в качестве масс-фильтра и детектора, для регистрации отдельных ионов. Метод МС-ИСП основан на способности ИСП эффективно возбуждать однозарядные ионы из атомов вводимого образца. Ионы из образца попадают в масс-спектрометр. Через квадруполь масс-спектрометра в каждый момент времени могут проходить только ионы со строго определенным отношением массы к заряду (m/z), которые затем попадают на детектор, регистрирующий ионный сигнал отдельных изотопов. Скорость определения может варьировать от 20-30 до 70-80 элементов в минуту, в зависимости от уровня концентраций и требуемой точности измерений.
Оценка обеспеченности макро- и микроэлементами жителей области на основании химического анализа волос
Мы полагаем, что повышенное содержание алюминия в волосах жителей обусловлено техногенным влиянием золоторудной промышленности на континентальной территории в результате разрушения верхних слоев грунтов и выщелачиванием металлов в поверхностно-грунтовые воды.
Болезни и синдромы, связанные с токсическим действием алюминия, представляют собой широко распространенные формы микроэлементозов различной степени тяжести. Так как организм человека защищен от возможного патогенного воздействия алюминия рядом физиологических механизмов, среди которых основное место занимает его экскреция, то комплекс патологических изменений в результате избыточного поступления данного МЭ в организм чаще всего возникает под влиянием серьезных нарушений гомеостаза (Авцын и др., 1991). Следовательно, повышенное содержание алюминия в волосах жителей континентальной территории может указывать на риск его накопления в организме с проявлением возможного токсического воздействия.
При анализе возрастной динамики достоверных изменений содержания алюминия у жителей области с возрастом не обнаружено (табл. 8А, Б; рис.2 А, Б).
Мышьяк. Пределы БДУ мышьяка в волосах составляют 0-1 мкг/г. Медианы мышьяка во всех исследованных группах соответствуют пределам БДУ. У жителей приморской территории средние концентрации мышьяка, превышают эти величины у жителей континентальной территории (табл.5, 7). Избыток мышьяка установлен 6 мужчин (10%) и у 4 женщин (6%) г. Магадана.
Установленный избыток мышьяка у жителей г. Магадана, по-видимому, обусловлен его поступлением в организм с морепродуктами, которые содержат повышенные количества этого МЭ. Например, особенно богаты мышьяком креветки, камбала, омары, а так же водоросли (0,25-2,3 ммоль/кг) (Watanabe, 1979).
Нами установлено, что с возрастом у взрослых жителей приморской территории содержание мышьяка достоверно увеличивается (табл. 8А; рис.3 А). На континентальной территории возрастные изменения концентраций этого МЭ не установлены (табл. 8Б; рис.3 Б). Известно, что у населения приморских районов, употребляющих в пищу главным образом рыбу и морепродукты, уровень мышьяка повышен по сравнению с жителями, проживающими в более отдаленных от моря районах (Вершкова, Косолапов, 1996).
По данным литературы следует, что мышьяк, главным образом, накапливается в печени, почках, селезенке, легких, стенке желудочно-кишечного тракта. В волосах и костях мышьяк задерживается на годы. (Schroeder et al, 1966). Известно, что мышьяк участвует в процессе роста и развития живого организма, обладая терапевтическим эффектом (Коломнийцева, Габович, 1970). При избыточных концентрациях этот МЭ может выступать в качестве канцерогена, угнетая иммунную систему и механизмы клеточной регуляции. При хроническом отравлении соединениями мышьяка отмечаются различные нарушения в организме с возникновением гастрита, гепатита, коньюктивитов, слезотечения и светобоязни, отеков век, сухости в носоглотке, насморка и пр. (Авцын и др.,1991).
Согласно современным представлениям, мышьяк является канцерогеном I класса опасности (IARC, 1987) и способен индуцировать апоптоз - программируемую гибель клеток (Меньшикова и др., 1992; Скальная и др., 2000).
Таким образом, накопление мышьяка с возрастом у жителей приморской территории может являться дополнительным фактором для развития новообразований.
