Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Микроэлементный статус детей Санкт-Петербурга и его роль в санитарно-эпидемиологическом благополучии мегаполиса (обзор литературы) 16
1.1. Элементный статус детского населения Санкт-Петербурга 19
1.2. Связь между элементным статусом населения и заболеваемостью 23
1.3. Макро- и микроэлементы в рационах питания и в волосах детского населения 37
1.4. Лабораторные индикаторы эколого-зависимой патологии 46
1.5. Методы коррекции микроэлементного статуса 50
Глава 2. Материалы и методы исследования 53
2.1. Характеристика обследованного детского населения 53
2.2. Антропометрические обследования детей 54
2.3. Оценка элементного статуса 56
2.3.1. Отбор и преаналитическая подготовка проб для элементного анализа 56
2.3.2. Выполнение элементного анализа биологических образцов 58
2.4. Материалы и методы при проведении токсикологических исследований 59
2.5. Экспериментальное исследование 60
2.6. Математико-статистические методы обработки результатов исследования 64
Глава 3. Элементный статус и медико-демографические показатели детского населения Санкт-Петербурга и Северо-Западного федерального округа 61
3.1. Данные многоэлементного скрининга детского населения Северо-Западного федерального округа 65
3.2. Данные многоэлементного скрининга детского населения Санкт-Петербурга 72
3.3. Элементный статус и медико-демографические показатели детского населения Северо-Западного федерального округа 79
Глава 4. Взаимосвязь элементного статуса с показателями физического развития и физиологическими показателями у детей и подростков 89
4.1. Сравнительный анализ элементного статуса детей и подростков Санкт-Петербурга 93
4.2. Элементный статус детского населения Санкт-Петербурга: оценка канцерогенного и неканцерогенного риска 97
4.3. Связь элементного статуса детей с антропометрическими и морфофункциональными показателями 103
4.4. Факторы периода новорожденности, влияющие на элементный статус детей 110
4.5. Оценка мультиэлементного статуса как способ анализа функциональных особенностей организма 112
4.6. Анализ показателей физиологического баланса детей и подростков 120
4.7. Исследования содержания кобальта в сыворотке крови у детей с напряженным уровнем физиологического баланса 123
Глава 5. Влияние персонализированной фармако-нутрицевтической коррекции на состояние здоровья детей и подростков 128
5.1. Динамика содержания химических элементов в волосах 128
5.2. Клинические результаты фармаконутрицевтической коррекции подростков 129
5.3. Изменение заболеваемости подростков 131
5.4. Взвимосвязи содержания макро- и микроэлементов в рационах питания и в волосах подростков 137
5.5. Взаимосвязи макро- и микроэлементов, определяемых в волосах подростков 142
Глава 6. Сравнительное изучение подострой токсичности цинкорганических комплексов у животных 155
6.1. Влияние цинкорганических комплексов на состояние центральной нервной системы крыс 156
6.2. Влияние цинкорганических комплексов на состояние периферического кроветворения крыс 158
6.3. Влияние цинкорганических комплексов на функциональное состояние печени крыс 163
6.4. Влияние цинкорганических комплексов на состояние обмена веществ крыс 168
6.5. Влияние цинкорганических комплексов на функциональное состояние почек крыс 170
Глава 7. Восстановительная коррекция (лечение) детей, направленная на нормализацию минерального обмена 174
Выводы 187
Заключение 189
Практические рекомендации 191
Список литературы 192
Приложения 216
Приложение 1 216
Приложение 2 218
Приложение 3 220
Приложение 4 221
- Макро- и микроэлементы в рационах питания и в волосах детского населения
- Элементный статус и медико-демографические показатели детского населения Северо-Западного федерального округа
- Оценка мультиэлементного статуса как способ анализа функциональных особенностей организма
- Взаимосвязи макро- и микроэлементов, определяемых в волосах подростков
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время показано, что элементный портрет человека и его состояние здоровья тесно взаимосвязаны между собой (Элементный статус населения России, 2012). Исследования, выполненные с использованием многоэлементного анализа волос (Бонитенко Е.Ю., 2010) показали закономерное изменение заболеваемости различными группами заболеваний при изменении концентрации в волосах химических элементов, как токсичных, так и эссенциальных. Однако все эти работы проводились на достаточно ограниченном контингенте обследованных, в то время как попыток оценить взаимосвязь между состоянием здоровья населения крупных административных образований и субъектов Российской Федерации, а тем более детского населения, и содержанием в волосах химических элементов, несмотря на очевидную актуальность проблемы, не предпринималось.
Эффект воздействия загрязненной среды на человека зависит от уровня
и вида загрязнителя, длительности его воздействия, исходного уровня
состояния здоровья, сочетанного влияния природной среды и
неудовлетворительных социальных факторов. Следует отметить, что на организм человека действует совокупность факторов малой интенсивности, которая обычно вызывает биологический ответ организма на загрязнители в виде их накопления в тканях организма, появления физиологических сдвигов в организме, развития болезней накопления и смерти (Ермолаева С.В., 2006).
Наиболее чувствительны к воздействию факторов окружающей среды группы детского населения со сниженными адаптационными возможностями. К ним, в первую очередь, следует отнести детей, для которых характерно возрастное развитие эндокринных, иммунокомпетентных и других структур, что часто приводит к возникновению состояний сниженной адаптации по отношению к инфекциям, аллергическим реакциям и заболеваниям.
Многофакторность антропогенной нагрузки в городской среде в совокупности с производственными факторами определяет сложность установления взаимосвязи в системе «здоровье – окружающая среда» (Захарченко М.П., 1997; Чернякина Т.С., 2006).
В Санкт-Петербурге и в других крупных городах России, концентрирующих значительную часть населения страны, ярко проявляются тревожащие тенденции в состоянии здоровья детей, происходящие на фоне существенного антропотехногенного загрязнения окружающей среды (Чернякина Т.С., 2006). Все это отражается на уровне мобилизационных резервов и качестве здоровья призывников. В связи с этим представляют интерес исследования влияния обмена жизненно важных химических элементов у детей на их функциональные показатели в условиях мегаполиса. Известно, что дети Санкт-Петербурга испытывают повышенную нагрузку токсическими элементами и дефицит жизненно важных макро- и микроэлементов, в частности кобальта (Co) (Перепеченко В.П., 2004; Яновский В.В., 2006; Федеральная служба государственной статистики, 2009; Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Ленинградской области», 2009). Интенсивная антропотехногенная нагрузка накладывает отпечаток на «элементный портрет» жителей Санкт-Петербурга, определяемый с помощью анализа волос на содержание химиче-
ских элементов (Агаджанян Н.А., 2001). По мнению ведущих ученых-гигиенистов и токсикологов (Захарченко М.П., 1997, Леви Л., 1979, Лимин Б.В., 2003; Шацова Е.Н., Сычева Л.Н., 1995), определение содержания химических элементов в волосах является интегративным показателем в гигиенической до-нозологической диагностике состояния здоровья человека, его адаптации к условиям проживания и обеспеченности микронутриентами. Многоэлементный анализ позволяет оценить не только абсолютное содержание химических элементов в волосах как отражение их обмена в организме, но и увидеть межэлементные взаимоотношения, синергизм и антагонизм макро- и микроэлементов (Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2010; Ковальский В.В., 1974, 1982; Ревич Б.А., 2004; Яновский В.В., 2006).
Хорошо известно, что на развитие ребенка, в частности когнитивное, оказывает влияние характер питания, обеспеченность организма нутриентами, в том числе микроэлементами. Они обеспечивают процессы пролиферации клеток, синтеза ДНК, метаболизма гормонов и нейромедиаторов, функционирования ферментов мозга (Ермолаева С.В., 2006; Захарченко М.П., 1997; Лимин Б.В., 2003; Чернякина Т.С., 2006). Ранее была показана связь между содержанием химических элементов в биосубстратах и саногенетическим статусом человека (Костяев А.И., 2009; Леви Л., 1979; Ревич Б.А., 2004).
Такие негативные факторы, как загрязнённость воздуха автомобильными выхлопами и песчано-солевой пылью, перенаселённость, шум, ежедневные стрессы – приводят к ухудшению качества жизни в городе и ухудшению состояния здоровья петербуржцев. Нездоровая экологическая ситуация в Петербурге становится причиной хронических заболеваний в 5–7 раз чаще, чем в экологически чистой сельской местности (Чернякина Т.С., 2006).
Таким образом, формирование элементного статуса организма в процессе онтогенеза диктуется его текущей физиологической потребностью в макро- и микроэлементах, а также испытывает значительное влияние сезонных, природно-климатических факторов и степени загрязнения окружающей среды токсичными элементами (Авцын А.П., 1991). Поэтому своевременная диагностика и коррекция элементного статуса населения, в первую очередь детей, является важнейшим показателем здоровья, профилактики и лечения возможных заболеваний.
Степень разработанности темы исследования. Общеизвестно, что уровень здоровья в существенной степени определяется биогеохимическими особенностями, включающими природные и антропогенные факторы (Маймулов В.Г., 2000). При этом уровень популяционного здоровья зависит от избытка в окружающей среде токсичных химических элементов техногенного или природного происхождения, баланса потенциально опасных химических элементов и эссенциальных макро- и микроэлементов, являющимися их антагонистами. Наиболее неблагоприятно влияет на уровень популяционного здоровья сочетание низкокомфортных климато-географических условий жизни с нарушенным (в сторону дефицитов эссенциальных элементов на фоне избытка токсикантов) равновесием химических элементов в организме (Скальный А.В., 2003; Бони-
тенко Е.Ю., 2010).
Интенсивное развитие промышленного производства сопровождается насыщением биосферы химическими элементами. Вокруг предприятий (особенно металлургического профиля) формируются техногенные аномалии с повышением содержания в биосфере таких токсических элементов, как Hg, Pb, As, Ni, Cr и др., которые можно определить как антропобиогеохимические провинции (зоны), в пределах которых наблюдается ответная реакция организмов, проявляющаяся в виде заболеваний (Сает Ю.Е., 1990; Белякова Т.М., 1999).
Установлено, что если для взрослых наиболее значимыми для индукции эколого-зависимых заболеваний являются профессиональные факторы, воздействие транспорта, вредные привычки, предполагающие ингаляционный путь поступения токсикантов, то для детей, которые менее мобильны и не контактируют со многими вредными факторами, более значимо поступление токсикантов в организм с осажденной пылью путем «рука-рот» (Скальный А.В., 2000).
По данным Саета Ю.Е. и соавт. (1990), в окружающей среде городов средний уровень загрязнения такими микроэлементами как Hg, Cd, Pb, Cr, Zn, Cu, и др. во много раз выше, чем в пригородных ландшафтах. Вместе с тем выявлен дефицит Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr, сопряженный с увеличением частоты развития болезней практически всех классов. У детей с дефицитом Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr выявляется сочетание болезни XI, XII, и XIX классов (органов пищеварения, кожи и подкожной клетчатки, травм и отравлений, соответственно) (Скальный А.В., 2012).
До настоящего времени не проводились исследования в которых комплексно были бы проанализированы частота и проявления микроэлементозов и металлотоксикозов у детей Санкт-Петербурга.
Цель исследования. Изучить частоту и проявления микроэлементозов и металлотоксикозов у детей Санкт-Петербурга, разработать патогенетическую коррекцию нарушений обмена микро- и макроэлементов.
Задачи исследования:
1. Оценить элементный статус детей Санкт-Петербурга и Северо
Западного федерального округа и его связь с медико-демографическими пока
зателями.
-
Выявить роль нарушений микроэлементного статуса в задержке физического развития и отклонениях физических показателей у подростков.
-
Изучить персонализированную фармаконутрицевтическую коррекцию состояния здоровья детей и подростков.
-
Исследовать взаимосвязь между заболеваемостью детского населения Санкт-Петербурга и его элементным статусом.
5. Провести экспериментальное исследование подострой токсичности цинкорганического комплекса, входящего в бальзам медовый «Геполайф» и цинктерала.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость работы состоит в описании микроэлементных
расстройств, рассмотрении их роли в формировании нарушений развития детей и физической выносливости подростков. Традиционно дисэлементозам и ме-таллотоксикозам уделяли сравнительно мало внимания, несмотря на то, что многие металлы, находясь в организме в незначительных количествах, существенным образом определяют функции металлсодержащих ферментов ключевых метаболических каскадов. В диссертации изложены симптомы металлоток-сикозов в четкой привязке к содержанию микроэлементов в биосредах.
Практическая значимость работы состоит в оценке состояния здоровья, том числе физической выносливости лиц призывного возраста, обосновании возможности улучшения физической адаптации призывников посредством коррекции микроэлементного статуса, а также оценке характеристик эффективности и безопасности средств коррекции дисметаболических состояний.
Результаты работы внедрены в деятельности отделения платных услуг ГУЗ «Детская городская больница № 19 им. К.А. Раухфуса» г. Санкт-Петербург, АНО «Центр биотической медицины» Москва, клиническом отделении ФГБУН «Институт токсикологии» ФМБА России.
Методология и методы исследования
Замысел исследования основан на последовательном выполнении этапов, каждый из которых определяет базу для проведения последующих исследований и практической реализации работы:
– оценка заболеваемости детей и подростков в Санкт-Петербурге и Северо-Западном федеральном округе;
– оценка роли дисэлементозов и металлотоксикозов в формировании нарушений здоровья лиц призывного возраста;
– обоснование возможности персонализированной фармакологической коррекции на состояние здоровья детей и подростков;
– оценка свойств препаратов для коррекции микроэлементного статуса.
В работе реализованы демографические, антропометрические и аналитические методы, позволяющие увязать количественное содержание микроэлементов с отклонениями в физическом состоянии организма, то есть реализовать парадигму токсикологических исследований закономерностей «доза – эффект». Результаты измерений подвергнуты адекватной статистической обработке.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Распространенность микроэлементозов и металлотоксикозов среди
детей Санкт-Петербурга представляет реальную угрозу здоровью взрослого
населения.
-
Избыточное накопление токсичных микроэлементов на фоне дефицита эссенциальных макро- и микроэлементов является отличительной чертой элементного статуса детей Санкт-Петербурга.
-
Микроэлементозы, возникающие в детском возрасте, развиваются и закрепляются у жителей Санкт-Петербурга, что отражает сниженную возможность организма адаптироваться к условиям проживания в городе и становится предпосылками для развития элементозависимых заболеваний, в том числе,
связанных с металлотоксикозами.
4. Уровень функциональных резервов детей, проживающих в Санкт-
Петербурге, существенно зависит от обеспеченности эссенциальными элемен
тами, в первую очередь Со.
5. Существует достоверная и выраженная корреляционная связь между
заболеваемостью (общей и по нозологиям) детей Санкт-Петербурга и его эле
ментным статусом.
Научная новизна работы.
Впервые проведено комплексное изучение элементного статуса и дана оценка степени риска развития микроэлементозов у детского населения Санкт-Петербурга.
Установлено, что детское население как Санкт-Петербурга, так и Северо-Западного федерального округа в целом, в большей степени чем население Центрального Федерального округа, подвержено риску микроэлементозов и в том числе металлотоксикозов по Pb, Al, Cd, Hg, As, Be, а также риску дефицита Ca, Mg.
Подтверждено, что совокупность социальных, экологических, экономических, климатогеографических факторов оказывает существенное влияние на элементный статус детского населения. Эта совокупность факторов определяет различия в развитии человеческого потенциала регионов, требующие учёта при проведении социально-экономической политики, в первую очередь в области продовольственного обеспечения, организации здравоохранения и природоохранительных и эколого-гигиенических мероприятий.
Учитывая большое количество населения в г. Санкт-Петербурге, следует признать проблему нарушений его элементного статуса чрезвычайно важной для здравоохранения не только города, но и всей страны.
Результаты исследования показали необходимость включения в практическое здравоохранение Санкт-Петербурга и Северо-Западного федерального округа мероприятий по гигиенической диагностике микроэлементозов и метал-лотоксикозов с проведением целенаправленных массовых оздоровительных мероприятий, включая элиминацию элементов-токсикантов (поллютантов) и обогащение водно-пищевых рационов Mg, Ca, и возможно, Zn, Co, Se и Mn.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость работы состоит в описании микроэлементных расстройств, рассмотрении их роли в формировании нарушений развития детей и физической выносливости подростков. Традиционно дисэлементозам и ме-таллотоксикозам уделяли сравнительно мало внимания, несмотря на то, что многие металлы, находясь в организме в незначительных количествах, существенным образом определяют функции металлсодержащих ферментов ключевых метаболических каскадов. В диссертации изложены симптомы металлоток-сикозов в четкой привязке к содержанию микроэлементов в биосредах.
Практическая значимость работы состоит в оценке состояния здоровья, том числе физической выносливости лиц призывного возраста, обосновании возможности улучшения физической адаптации призывников посредством кор-
рекции микроэлементного статуса, а также оценке характеристик эффективности и безопасности средств коррекции дисметаболических состояний.
Результаты работы внедрены в деятельности отделения платных услуг ГУЗ «Детская городская больница № 19 им. К.А. Раухфуса» г. Санкт-Петербург, АНО «Центр биотической медицины» Москва, клиническом отделении ФГБУН «Институт токсикологии» ФМБА России.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на I и II Международных конференциях «Бабенкiвскi читання» – Ивано-Франковск (Украина) 2011, 2013 гг., Всероссийской научно-практической конференции «Югра – за здоровый образ жизни», Ханты-Мансийск, 2012 г., международной конференции «Современные аспекты бальнеофизиотерапевтических технологий в медицинской реабилитации». – Москва – Прага – Марианские Лазне, – 2013 г., Международной конференции EUSUHM 2013 «Reducing health inequalities for Europe`s children and young people», Лондон 2013 г., а также в сборнике нормативно-правовых документов «Гигиена детей и подростков», Москва 2013 г., пособии для медицинских работников образовательных учреждений «Оценка физического развития детей и подростков в образовательных учреждениях. Профилактика ожирения у школьников», Москва 2013 г., коллективной научной монографии «Формирование здоровья детей и подростков в системе непрерывного образования», Новосибирск 2013 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 10 статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций работ соискателей учёной степени доктора медицинских наук.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 232 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Список литературы включает 175 источников, в том числе 103 отечественных и 72 иностранных авторов. Диссертация содержит 65 таблиц, 4 приложения, иллюстрирована 9 рисунками.
Макро- и микроэлементы в рационах питания и в волосах детского населения
Дефицит эссенциальных факторов питания может быть восполнен употреблением минеральных вод, минеральных веществ, а в последние годы и нутрицевтиков. Они активно применяются как в восстановительном лечении нуждающегося в этом населения, так и в целом для повышения функциональных резервов здорового организма (Скальный А.В., 2003, 2004; Скальный В.В., 2008).
Использование нутрицевтиков в виде биологически активных добавок у спортсменов показало снижение частоты сердечных сокращений как в расслабленном состоянии, так и во время выполнения физических нагрузок, а также и в последующем восстановительном периоде. В контрольной группе спортсменов, которые принимали Se в виде селенметионина выявлено увеличение содержания гемоглобина в крови. Кроме того, восстановление после физических нагрузок происходило быстрее, при этом работоспособность возрастала с 4,4% в контроле до 9%. Отмечалось устойчивость к стрессовым ситуациям, хорошее самочувствие. Динамика спортивных результатов контрольной группы уступала успехам спортсменов, которые принимали Se в виде селенметионина. Одновременно с этим у спортсменов, принимавших нутрицевтики, замечено нарастание мышечной массы, при одновременном снижении количества жировой массы. Спортсменки, у которых наблюдалось нарушение менструального цикла, легче переносили физические нагрузки на фоне приема селенметионина (Панкова Н.Б., 2011). В добавок к этому, у них так же замечено заметное иммуностимулирующее и антиоксидантное действие нутрицевтика.
Данные о результатах лечения дефицита железа и по распространенности железодефицита у спортсменов приводятся в своих работах многими авторами (Агаджанян Н.А., 1998, 2001; Скальный А.В., 2000; Скальная М.Г., 2005). Данные о проведении курса лечения в течении двух недель с применением Fe (по 240 мг) в виде феррокалия с аскорбиновой кислотой (150 мг) в процессе физических нагрузок сопровождались заметной задержкой медикаментозного Fe (112 мг) и достоверным повышением показателей крови и физической работоспособности. Однако применение только железа в аналогичных дозах достоверно повышало выделение меди и марганца из организма спортсменов, по сравнению с контрольной группой, через кишечник и, частично, почки.
Расширение рационов питания спортсменов Cu (2 мг) и Mn (5 мг) в сочетании с Fe в дозе 240 мг в сутки, способствовало выраженному росту уровня гемоглобина (на 9%), повышение активности пероксидазы (на 34%), физической выносливости на фоне заметного удержания Fe (134 мг) и Cu (1 мг), что убедительно доказывает вероятность существования в организме спортсменов скрытого дефицита микроэлементов (МЭ).
Учитывая вышесказанное, рекомендуется в качестве пищевых добавок использовать меньшие дозы Fe (до 87,5 мг), которые можно сочетать с витамином С (150 мг), глютаминовой кислотой (150 мг), Mn (10 мг) и Cu (2 мг). При таком приеме фармакологических препаратов на протяжении двух недель наблюдалась значительная задержка (накопление) в организме Cu (3,4 мг), Mn (3 мг) и Fe (50 мг). Наряду с положительным балансом микроэлементов отмечался отчетливый рост концентрации металлов в плазме крови (на 60–80%), а также ее форменных элементов (на 8–20%).
Кроме того, отчетливо наблюдалось повышение уровня гемоглобина на (8%), активности пероксидазы (на 7%) и церулоплазмина (на 10%), увеличилось количество эритроцитов (на 11%), повышался титр лизоцима сыворотки крови (на 17%), С-витаминная обеспеченность (на 32%) и, и как следствие этого, возрастала физическая выносливость спортсменов.
Цинк относится к так называемым МЭ, содержание которых в тканях организма в норме варьирует в диапазоне 16-3–10-12 весовых процентов. Подчеркивая жизненную необходимость для организма Zn, некоторые авторы даже определяют его как "металл жизни".
Спектр биологического действия Zn по сравнению с другими МЭ очень широк и связан с активностью более 200 ферментов, в том числе ДНК-и РНК-полимераз, тимидинкиназы, лактат- и алкогольдегидрогеназы, щелочной фосфатазы, карбоангидразы. Содержание Zn в отдельных тканях, органах и структурах – косвенный показатель его значимости для их функционирования – наиболее высоко оно в гипофизе, коре и гиппокаме головного мозга, сетчатке глаза, предстательной, поджелудочной и вилочковой железах, в семенниках и печени; очень высокое содержание Zn отмечено в сперме (Prasad A.S., 2011). Очевидно преобладающее значение этого биометалла для репродуктивной системы и ЦНС.
Почти весь Zn в организме находится в связанном состоянии с белками, медиаторами, гормонами, аминокислотами и другими биоактивными веществами в виде металлолигандных комплексов.
С пищей в организм взрослого человека ежедневно поступает около 15–20 мг Zn, из которого в желудочно-кишечном тракте всасывается около 20%. У крыс этот показатель равен 3–10% (Ершов Ю.А., 1989). Абсорбция Zn происходит, главным образом, в дистальной части тонкой кишки. Усвояемость Zn повышена у детей, особенно в периоды интенсивного развития, у беременных, у лиц с заболеваниями печени, при синдроме дефицита Zn, у больных в период реконвалесценции и т.д. (Prasad A.S., 2011). На абсорбцию элемента оказывают влияние характер и состав пищи, прием медикаментов. Так, усвоение Zn ухудшается при преобладании в пище белков растительного происхождения, содержащих многочисленные фосфаты группы анионов инозитолгексафосфатов которые могут прочно связывать ионы Zn2+, образующие с Zn стойкие нерастворимые комплексы. На клеточном уровне происходит угнетение абсорбции Znа в случае повышенного содержания в пище кальция, железа, меди, свинца, кадмия. Усвоение Znа повышается при преобладании белков животного происхождения, достаточном и повышенном содержании витаминов Д, А, С, B1, B6, большинства аминокислот, андрогенов и др. (Ершов Ю.А., 1989).
Многие медикаменты, в частности нейролептики фенотиазинового ряда, тетурам, применяемые при лечении алкоголизма, образуют с Zn, как и с другими двухвалентными катионами, прочные комплексы. Эти комплексы выводятся из организма, что может приводить к недостаточности Zn и вызывать такие отрицательные последствия, как нейропатии, снижение остроты зрения, поражение сердечной мышцы, гонад, печени. В то же время аминокислоты метионин, гистидин, глутамин, препараты, содержащие лимонную, мефенаминовую, альфа-пиколиновую кислоты и др., улучшают абсорбцию цинка и его транспорт во внутренние органы и ЦНС.
Алкогольдегидрогеназа (АДГ) катализирует реакцию окисления этанола до уксусного альдегида. Молекулярная масса АДГ печени человека 85–87 кДа. В четыре атома цинка, которые участвуют в каталитическом акте и стабилизируют четвертичную активном центре АДГ печени человека находятся два, а в печени лошади и крысы – структуру фермента. Удаление цинка лишает фермент его специфичности, а дополнительное введение цинка ускоряет метаболизм этанола в печени за счет повышения активности АДГ. Это имеет большое значение, так как АДГ метаболизирует большую часть (до 90%) этилового спирта, поступающего в органы. АДГ, в основном локализуется в печени, в меньшей степени в почках; незначительную активность обнаруживают в мышцах и мозге.
В состав молекулы карбонат-дегидратазы (карбоангидразы), катализирующей процесс гидратации двуокиси углерода, входит 1 атом Zn (0,22% массы), при удалении которого фермент теряет свою активность. Наибольшее количество карбонат-дегидратазы находится в эритроцитах. Полагают, что этот фермент играет в газообмене организма не меньшую роль, чем гемоглобин, так как он связывает углекислый газ в карбонаты и участвует в выделении СО2 легкими. Снижение активности карбоангидразы крови отмечено при многих заболеваниях, связанных с развитием недостаточности цинка в организме, в том числе при алиментарной анемии, детских церебральных параличах, сепсисе и некоторых инфекционных заболеваниях, гепатитах. Введение цинка в физиологических дозах приводит к активации карбоангидразы и выраженному антигипоксическому эффекту.
Элементный статус и медико-демографические показатели детского населения Северо-Западного федерального округа
Для оценки возможного влияния отдельных показателей элементного статуса детского населения СЗФО на демографические показатели были использованы данные о распространенности отклонений в содержании макро- и микроэлементов в волосах от БДУ/УБДУ и условной нормы.
Изучение корреляций абсолютных значений элементного состава волос с медико-демографическими данными по отдельным территориям менее корректно из-за относительно больших зависимостей элементного состава волос от возраста и пола обследованных лиц. Изменение пропорций обследуемых половозрастных групп населения может исказить результаты статистической обработки по целому ряду химических элементов: Ca, Mg, K, Na, Fe и некоторым тяжелым металлам (Скальный А.В., 2000; Скальная М.Г., 2005; Грабеклис А.Р., 2009, 2010).
Как следует из полученных данных, элементный статус детского населения региона может оказывать существенное влияние на состояние общественного здоровья (табл. 14).
К факторам, отрицательно влияющим на общую заболеваемость населения, могут быть отнесены избыточное накопление в организме Hg (r=0,76; р 0,001), Mn (r=0,53; р 0,05) и Al (r=0,52; р 0,05) и снижение доли лиц с повышенными показателями содержания в волосах K (r= –0,49; р 0,05), Ca (r= –0,53; р 0,05), P (r=0,59; р 0,02). С ростом общей заболеваемости ассоциируется увеличение частоты дефицитов (судя по анализу волос) Ca (r=0,56; р 0,02), P (r=0,60; р 0,01), Na (r=0,50; р 0,05), кремния (r=0,63; р 0,01). Кроме того, уровень заболеваемости тем выше, чем меньшее число детей имеет нормальные показатели содержания в волосах P (r= –0,51; р 0,05), Cu (r= –0,63; р 0,01) и Al (r= –0,71; р 0,01).
Для детей, вероятно, критичным фактором является обеспеченность физиологических потребностей в Ca, P, а также Cu при условии снижения уровня накопления Al.
Далее рассмотрим выявленные корреляционные связи элементного статуса детского населения с заболеваемостью в изученных регионах отдельными классами болезней по МКБ-10 (Женева, 1995). Статистическая обработка результатов, полученных при сравнении показателей содержания химических элементов в волосах жителей отдельных субъектов федерации за 2004–2010 гг. с официальными статистическими данными по заболеваемости за 2005–2006 гг. показывает, что заболеваемость отдельными классами болезней в регионах по-разному коррелирует с элементным статусом населения и существенно различается у детей (табл. 15).
У детей частота новообразований растет с увеличением числа случаев, связанных с избытком Hg (r=0,49; р 0,05) и дефицитом Na (r=0,47; р 0,05), K (r=0,54; р 0,05), Ca (r=0,59; р 0,02), P (r=0,51; р 0,05), Si (r=0,55; р 0,02). Накопление в организме ртути как нефротоксического элемента может приводить к нарушению обмена калия и натрия (Борисова Е.Я., 2007; Ершов Ю.А., 1989) и таким образом оказывать влияние на рост онкологической заболеваемости.
У детей (табл. 16) заболеваемость болезнями органов дыхания растет на фоне увеличения доли лиц с низкими показателями Ca (r=0,68; р 0,01), Na (r=0,69; р 0,01), P (r=0,63; р 0,01) и Si (r=0,72; р 0,01). Чем реже у детей отмечаются нормальные уровни в волосах Ca, P, Cu и Al, тем выше заболеваемость этим классом болезней (соответственно, r= –0,47, r= –0,63, r= –0,65, r= –0,63; р 0,05). Таким образом, у детей ведущее значение может принадлежать нарушениям обмена Ca, P, Na, Сu и Si.
В этой связи следует отметить роль перечисленных микроэлементов, а также Al в формировании соединительной ткани и влиянии на показатели неспецифической резистентности организма (Авцын А.П., 1991; Обрелис Д., 2008).
У детей (табл. 17) картина заболеваемости пневмониями оказалась не столь однозначной, однако и здесь на рост заболеваемости, вероятно, влияет обеспеченность Ca, Mg, Na, Cu, Si (р 0,1). Важно отметить негативную связь между повышенным уровнем в волосах Mn и частотой пневмоний (r=0,54; р 0,05), рост заболеваемости этой патологией на фоне нормального содержания As в волосах детей. Возможно, какое-то значение в патогенезе пневмоний имеет дефицит Cu, особенно на фоне избыточного накопления ее антагониста Mn.
Фактором положительно коррелирующим с ростом бронхиальной астмы у детей является распространенность дефицита Ca (r=0,69; р 0,01), кроме того, этот показатель тем ниже, чем больше детей имеют содержание Cu и Al в пределах референтных значений (r= –0,56 и r= –0,63; р 0,02), таблица 18.
Ассоциаций между нарушениями элементного статуса детей и болезнями опорно-двигательного аппарата значительно меньше, чем у взрослых: у них заболеваемость возрастает в случае повышения частоты дефицитов Ca (r=0,61; р 0,01), P (r=0,49; р 0,05), Si (r=0,63; р 0,01) и снижается при увеличении доли результатов в пределах нормы (табл. 19).
Для детей характерна положительная корреляционная связь только с высокой частотой дефицита Ca (r=0,48; р 0,05) и избыточного накопления Hg (r=0,49; р 0,05). Так же, как и у взрослых, отмечено, что чем больше в популяции детей с нормальными показателями содержания Cu в волосах, тем ниже уровень болезней указанного класса (r= –0,50; р 0,05), таблица 20.
Подобную ситуацию наблюдали и при проведении корреляционного анализа между распространенностью болезней с повышением артериального давления и элементным статусом населения изученных регионов (табл. 21).
У детей с увеличением болезней этого класса коррелирует только повышение частоты дефицита Zn (r=0,59; р 0,02) и избыточного накопления Si (r=0,51; р 0,05) в волосах.
На рост числа больных с психическими расстройствами (табл. 22) может оказывать влияние дефицит P (r=0,74; р 0,01, вероятно, ведущий из химических элементов фактор), а также повышенная нагрузка Hg (r=0,74; р 0,001) и аномальное содержание Al (r=0,55; р 0,05). Важно отметить, что P и его соединения оказывают выраженное влияние на энергетический обмен, а Hg, Al являются известными нейротоксикантами.
С ростом болезней нервной системы (табл. 23) коррелирует снижение доли детей с нормальными уровнями Hg (r= –0,67; р 0,05) и Al (r= –0,70; р 0,01) и увеличение числа лиц с избыточным накоплением Cu (r=0,63; р 0,05), Al (r=0,60; р 0,02) и Hg (r=0,67; р 0,01) среди детского населения. То есть, прослеживается прямая связь между нагрузкой элементами-экотоксикантами Al, Hg и нарушением метаболизма Cu с частотой поражения нервной системы у детей, что согласуется с данными литературы (Fischer V., 1987; Дурнев А.Д., 2005; De Souza A.S., 2011; Grabeklis A.R., 2011). Обращает внимание только положительная зависимость между заболеваемостью всего населения и уровнем накопления As в организме (r=0,51; р 0,05).
Оценка мультиэлементного статуса как способ анализа функциональных особенностей организма
Оценка функциональных особенностей и адаптационных возможностей организма является принципиальной задачей практической и теоретической медицины. Безусловно, эффективное решение данной задачи требует поиска биомаркеров, позволяющих отразить как функциональное состояние отдельных органов и систем, так и интегральное состояние организма в целом. В настоящее время не вызывает сомнений, что макро- и микроэлементы играют существенную роль в поддержании здоровья человека (Оберлис Д., 2008), обеспечении его оптимальной физической и умственной работоспособности. Реализуя пластическую, регуляторную, экосубстратную и коферментную функцию химические элементы обеспечивают эффективность функционирования метаболических путей в соответствии с адаптационными изменениями функционирования различных систем организма. Следовательно, справедливо предположить, что элементный статус организма может стать интегральным показателем функциональной активности как отдельных органов и систем, так и организма в целом. В связи с этим, был проведен сравнительный анализ содержания ряда химических элементов в волосах и сыворотке крови детей обоего пола c выявлением ассоциативной связи между показателями элементного статуса и биохимическими показателями сыворотки крови.
В обследовании приняли участие 26 подростков женского пола и 25 подростков мужского пола в возрасте от 15 до 17 лет. Забор волос у обследуемых производился с затылочной части головы, для исследования использовали проксимальные части прядей, длиной до 1 см. Забор крови осуществлялся натощак из локтевой вены с использованием систем S Monovette. Определение содержания химических элементов в образцах сыворотки крови и волос осуществлялось методом ИСП-МС по стандартной методике в клинико-диагностической лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (Москва). Определение биохимических параметров сыворотки осуществляли с использованием биохимического анализатора «Sapphire 400» фирмы «Hirose Electronic System» (Япония) и соответствующих коммерческих наборов реагентов фирмы «Randox» (Великобритания), таблица 40. Результаты исследования показали отсутствие достоверных различий в сывороточной концентрации химических элементов у юношей и девушек. При этом значения сывороточной концентрации химических элементов у лиц обоего пола были практически идентичны и не характеризовались сколько-нибудь значимыми различиями.
В частности, установлено, что у подростков мужского пола достоверно более чем двукратно преобладает содержание Cr, I и K в волосах по сравнению с соответствующими показателями у подростков женского пола. При этом у подростков женского пола имело место увеличение содержания Zn в волосах, превышая соответствующий показатель у подростков мужского пола примерно на 24%.
Несмотря на отсутствие достоверных различий, у подростков мужского пола отмечалась тенденция к увеличению содержания в волосах Al, Co и Fe на 41, 33 и 15% относительно соответствующих показателей в группе подростков женского пола. В то же время, содержание Ca и Mg в волосах подростков женского пола превышало соответствующие показатели подростков мужского пола на 17 и 50%.
Результаты биохимического анализа сыворотки крови обследуемых также выявили гендерные различия в ряде показателей. В частности, в группе подростков мужского пола отмечали достоверное превышение активности ЩФ, ГГТ, КК, ХЭ и содержания мочевой кислоты на 105, 28, 47, 19 и 18% относительно соответствующих показателей у подростков женского пола (табл. 42).
Анализ взаимосвязей между показателями элементного гомеостаза и биохимических параметров выявил ряд зависимостей. В частности, в группе мальчиков значения активности щелочной фосфатазы достоверно обратно коррелировали с сывороточной концентрацией As (r= –0,68; p=0,003) и Mn (r= –0,52; p=0,034). При этом у подростков женского пола активность данного фермента была достоверно взаимосвязана с уровнем Se сыворотки крови (r= –0,51; p=0,041). Активность холинэстеразы у подростки мужского пола была также достоверно взаимосвязана с концентрацией As (r= –0,63; p=0,007) и Mn (r = –0,52; p=0,032) в сыворотке. В свою очередь в группе подростки женского пола данный параметр достоверно коррелировал с содержанием As в волосах (r= –0,58; p=0,010). Уровень As в волосах (r=0,47; p=0,040), равно как и Mn в сыворотке крови (r= –0,63; p=0,013) у подростков женского пола также коррелировали с активностью КК.
Активность ГГТ в сыворотке обследуемых подростков мужского пола достоверно обратно коррелировала с сывороточным уровнем Co (r= –0,62; p=0,008), а также содержанием Mn (r= –0,52; p=0,034) и V (r=0,46; p=0,035) в волосах. Стоит отметить, что уровень Mn (r=0,45; p=0,038) и V (r=0,4; p=0,029) в волосах подростков мужского пола также был достоверно взаимосвязан с активностью КК в крови. Стоит отметить, что при обследовании подростков женского пола достоверной корреляции между активностью ГГТ и КК, а также показателями элементной обеспеченности организма выявлено не было.
Уровень мочевой кислоты у подростков мужского пола достоверно коррелировал с сывороточной концентрацией Fe (r=0,50; p=0,036), в то время как у подростков женского пола – с уровнем меди в сыворотке (r=0,54; p=0,018).
Содержание в волосах элементов, характеризующихся половыми различиями, также коррелировало с рядом биохимических показателей. В частности, уровень Cr в волосах достоверно взаимосвязан с содержанием альбуминов (r= –0,48; p=0,029) и креатинина (r= –0,56; p=0,009) в сыворотке. Содержание I в волосах коррелировало с активностью АсАТ (r=0,51; p=0,018), ЛДГ (r=0,48; p=0,027) и концентрацией прямого билирубина (r= –0,52; p=0,020) в крови. Концентрация Zn в волосах подростков мужского пола характеризовалась достоверной взаимосвязью с активностью ЛДГ (r= –0,44; p=0,047).
Ряд других химических элементов в волосах и сыворотке обследуемых также характеризовался достоверной корреляцией с биохимическими параметрами (табл. 43).
Обнаруженные корреляционные взаимосвязи между содержанием Mn и As в организме и активностью ЩФ, согласуются с ранее полученными экспериментальными данными in vitro о влиянии данных металлов на активность фермента. Наблюдаемая корреляция между содержанием марганца и Asа в биоматериале, а также активностью холинэстеразы и КК также согласуется с результатами экспериментальных работ.
Несмотря на тот факт, что активность данных ферментов была ассоциирована преимущественно с содержанием Mn и As в организме, у подростков женского пола была выявлена корреляция активности щелочной фосфатазы с уровнем Se в сыворотке. Данное обстоятельство также подтверждает ранее выявленную в эксперименте взаимосвязь.
Результаты исследования также продемонстрировали достоверную корреляцию между сывороточной концентрацией мочевой кислоты и Fe. Данное обстоятельство согласуется с ранее высказанным предположением об использовании мочевой кислоты как одного из маркеров избытка железа в организме. В то же время, литературные данные, подтверждающие или опровергающие взаимосвязь между уровнем мочевой кислоты и меди, отмечающуюся в организме подростков женского пола, отсутствуют.
Уровень Cr в волосах, характеризующийся наиболее высокими показателями в группе подростков мужского пола, достоверно обратно ассоциирован с уровнем креатинина, что подтверждает способность диникоцистеината Cr снижать значения данного показателя.
Уровень I в волосах является одним из адекватных показателей обеспеченности организма данным МЭ и нарушения функции щитовидной железы. В этой связи становится очевидной взаимосвязь активности ряда сывороточных ферментов и содержания I в волосах обследуемых.
Взаимосвязь уровня Zn и активности лактатдегидрогеназы в организме обследуемых также характеризуется достоверностью. При этом данное наблюдение согласуется с результатами in vitro исследования о влиянии ионов Zn на кинетические параметры фермента.
Взаимосвязи макро- и микроэлементов, определяемых в волосах подростков
Данные, представленные в таблицах 49 и 50 показывают, что микро- и макроэлементы в организме человека находятся в сложных и многообразных взаимосвязях, что и отражается в проявлении многочисленных прямых и обратных зависимостей.
Кальций (Са). Взаимосвязи выявлены между Ca - и Mg, Mn, Zn (подростки мужского пола), между Ca – и K, Co, Cr, Cu, Ni, Al, Sn и Ti (подростки женского пола). Однако, наблюдаются обратные зависимости между Ca – и K, As (подростки мужского пола), между Ca – и As (подростки женского пола).
Калий (К). Выявлены достоверные положительные корреляции между K – и Na, As, Cr, Fe, Li, V, Al, Pb, Ti (подростки мужского пола), между K – и Na, P, I, Li, V, Be (подростки женского пола). Однако, наблюдаются обратные зависимости между K – и Ca, Mg, Zn (подростки мужского пола), между K – и Zn (подростки женского пола).
Магний (Mg). Выявлены достоверные положительные корреляции между Mg – и Ca, Co, Mn, Zn (подростки мужского пола), между Mg – и Ca, Co, Cr, Cu, Ni, Al, Sn (подростки женского пола). В то же время отмечены обратные зависимости между Mg – и K (подростки мужского пола), между Mg – и As (подростки женского пола).
Натрий (Na). Выявлены достоверные положительные корреляции между Na – и K, As, Cr, Li, V, Al (подростки мужского пола), между Na – и K, I, Li, Ni, V, Pb. В то же время отмечены обратные зависимости между Na – Zn (подростки мужского и женского пола).
Фосфор (Р). Выявлены достоверные положительные корреляции между P – и Zn (подростки мужского пола), между P – и K, I, Li, Zn (подростки женского пола).
Мышьяк (As). Выявлены достоверные положительные корреляции между As – и K, Na, Cr, Fe, I, Li, V, Al (подростки мужского пола), между As – и V (подростки женского пола). В то же время отмечены обратные зависимости между As – и Ca (подрости мужского пола), между As – и Ca, Mg (подростки женского пола). Кобальт (Со). Выявлены достоверные положительные корреляции между Co – и Mg, Cr, Fe, Li, Mn, Ni, V, Al, Cd, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Co – и кальцием, Mg, Cr, Cu, Fe, Li, Ni, Zn Al, Pb (подростки женского пола).
Хром (Сr). Выявлены достоверные положительные корреляции между Cr – и K, Na, As, Co, Fe, Ni, Mn, V, Al, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Cr – и Ca, Mg, Co, Ni, Zn (подростки женского пола).
Медь (Cu). Выявлены достоверные положительные корреляции между Cu – и I (подростки мужского пола), между Cu – и Ca, Mg, Co, Fe, Ni, Zn, Pb (подростки женского пола).
Железо (Fe). Выявлены достоверные положительные корреляции между Fe – и As, Co, Cr, Mn, Si, V, Al, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Fe – и Cr, Cu, никелем, V, Zn, Al, Pb, Ti.
Йод (I). Выявлены достоверные положительные корреляции между I – и As, Cu, Mn, V, Al (подростки мужского пола), между I – и K, Na, P, Li, Be, кадмием (подростки женского пола).
Литий (Li). Выявлены достоверные положительные корреляции между Li – и K, Na, As, Cr, Cu, Fe, Mn, Si, V, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Li – и K, Na, P, Co, I (подростки женского пола).
Марганец (Mn). Выявлены достоверные положительные корреляции между Mn – и Ca, Mg, Co, Cr, Fe, I, Li, Si, V, Al, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Mn – и V (подростки женского пола).
Никель (Ni). Не выявлено достоверных корреляций по содержанию в волосах никеля – и других элементов (подростки мужского пола). Выявлены достоверные положительные корреляции между Ni – и Ca, Mg, Na, Co, Cr, Cu, Fe, V, Al, Be, Pb, Ti (подростки женского пола).
Cелен (Se). Не выявлено достоверных корреляций по содержанию в волосах селена – и других элементов (подростки мужского и женского пола).
Кремний (Si). Выявлены достоверные положительные корреляции между Si – Co, Fe, Li, Mn, V, Zn, Al, Be (подростки мужского пола). Не выявлено достоверных корреляций по содержанию в волосах кремния – и других элементов (подростки женского пола).
Ванадий (V). Выявлены достоверные положительные корреляции между V – и K, Na, As, Co, Cr, Fe, I, Li, Mn, Si, Al, Pb, Sn, Ti (подростки мужского пола), между V – и K, Na, As, Co, Fe, Li, Ni, Al, Pb (подростки женского пола).
Цинк (Zn). Выявлены достоверные положительные корреляции между Zn – и Ca, Mg, P, Si (подростки мужского пола), Zn – и P, Co, Cr, Cu, Fe, Al (подростки женского пола). В то же время отмечены обратные зависимости между Zn – и K, Na (подростки мужского пола), между Zn – и Ca, Mg (подростки женского пола).
Алюминий (Al). Выявлены достоверные положительные корреляции между Al – и K, Na, As, Co, Cr, Fe, I, Li, Mn, Si, V, Pb, Sn (подростки мужского пола), между Al – иCa, Mg, Co, Fe, Ni, V, Zn, Pb, Ti (подростки женского пола).
Бериллий (Be). Выявлены достоверные положительные корреляции между Be – и Si (подростки мужского пола), между Be – и K, I (подростки женского пола).
Кадмий (Cd). Выявлены достоверные положительные корреляции между кадмием – и Co (подростки мужского пола), между кадмием – и I, Ni, Pb (подростки женского пола).
Ртуть (Hg). Не выявлено достоверных корреляций по содержанию в волосах ртути – и других элементов (подростки мужского и женского пола).
Свинец (Pb). Выявлены достоверные положительные корреляции между Pb – K, Co, Cr, Fe, Li, Mn, V, Al, Cd, Sn, Ti (подростки мужского пола), между Pb – и Na, Cr, Cu, Fe, Ni, V, Al, Cd, Sn (подростки женского пола).
Олово (Sn). Выявлены достоверные положительные корреляции между Sn – Co, Cr, Fe, Li, Mn, V (подростки мужского пола), между Sn – и Ca, Mg, Pb (подростки женского пола).
Титан (Ti). Выявлены достоверные положительные корреляции между Ti – и K, Cr, Fe, Li, Mn, V, Al, кадмием, Pb, Sn (подростки мужского пола), между Ti – и Ca, Fe, Ni, Al (подростки женского пола).
При анализе результатов, представленных в таблицах 49 и 50, отмечено большое число достоверных положительных взаимосвязей между отдельными элементами, что может отражать их одновременное участие в биохимических (физиологических) процессах в организме.
Совокупность проведенных исследований (изучение содержания макро- и микроэлементов в рационах питания обследованных, количественное определение уровня биоэлементов в волосах и оценка их взаимосвязей по степени корреляционных связей (содержание в волосах) позволяют сделать более полноценной нутриентную характеристику обследованных, а также лучше оценить возможности многоэлементного анализа волос как метода исследования биоэлементного статуса организма человека.
Вместе с тем, при оценке выраженности и значения корреляционных взаимосвязей между содержанием элементов в питании и в волосах необходимо иметь в виду, что количество того или иного биоэлемента в рационе питания определялось не прямым, а анкетно-расчетным способом.
Кроме того, все биоэлементы в питании поступали в организм не в изолированном виде, а в составе различных продуктов питания, каждый из которых содержал множество биоэлементов, витаминов и других биологически активных веществ. Все это требует определенной осторожности как при трактовке полученных результатов, так и при формировании заключений и выводов.
Изучение корреляционных связей между содержанием макро- и микроэлементов в рационах питания и содержанием этих же элементов в волосах не выявило каких-либо определенных зависимостей. Исключение составили два МЭ (Mn, Cr), для которых такая зависимость (прямая корреляционная связь) была установлена.