Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1 Современные методы оценки элементного статуса организма человека. 16
1.2 Показатели нагрузки организма человека токсичными химическими элементами и ее влияния на заболеваемость населения, 22
1.3 Обеспеченность организма человека эссенциальными химическими элементами и ее влияние на заболеваемость населения 37
Глава 2. Объем и методы исследований. 68
Глава 3. Разработка системы мультиэлементного анализа волос, пищевых продуктов и питьевой воды с использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). 75
Глава 4. Изучение содержания химических элементов в образцах волос жителей г. Москвы . 88
Глава 5. Изучение содержания химических элементов в питьевой воде и пищевых продуктах и оценка их суточного поступления с рационами питания у жителей г.Москвы. 92
5.1 Содержание химических элементов в питьевой воде 92
5.2 Содержание химических элементов в пищевых продуктах 96
5.3 Суточное поступление химических элементов с фактическими рационами питания 102
5.4 Основные источники поступления химических элементов с рационами питания . . 107
5.5 Обеспеченность химическими элементами различных групп населения г. Москвы (на основе анализа данных потребительской корзины), 119
5.6 Сравнение уровня обеспеченности химическими элементами, полученных с помощью анализа фактического питания, и элементного состава волос женщин г. Москвы, 122
Глава 6. Изучение взаимосвязи между содержанием химических элементов в волосах и заболеваемостью населения. Установление границ биологически допустимых уровней содержания токсичных и пределов нормального содержания эссенциальных химических элементов в волосах. 124
6.1. Изучение заболеваемости обследованных жителей г. Москвы 124
6.2. Изучение связи между элементным составом волос и заболеваемостью жителей г. Москвы 126
Глава 7. Изучение распространенности избытков и дефицитов- химических элементов у жителей г.Москвы 198
7.1 Нагрузка населения мегаполиса свинцом, кадмием, мышьяком и никелем 199
7.2 Оценка обеспеченности населения мегаполиса химическими элементами 213
Глава 8. Обоснование комплексного подхода к решению проблемы повышения обеспеченности населения мегаполиса химическими элементами-микронутриентами и снижения нагрузки токсичными химическими элементами 233
8.1 Необходимость внедрения современных методов мультиэлементного количественного анализа в гигиенических исследованиях 233
8.2 Новый методический подход к установлению биологически допустимых и критических уровней содержания химических элементов в биосубстратах 234
8.3 Выявление клинико-эпидемиологических маркеров риска дефицита или избытка отдельных химических элементов в популяции 239
8.4. Определение суммарных показателей распространенности дефицитов и избытков химических элементов у населения 247
8.5 Оценка влияния алиментарной составляющей поступления химических элементов на микронутриентную обеспеченность и уровень нагрузки токсичными химическими элементами популяции мегаполиса 254
8.6 Оценка влияния экологической составляющей на уровень нагрузки свинцом, кадмием, мышьяком и никелем и обеспеченность эссенциальными элементами популяции мегаполиса 259
8.7 Мультиэлементный анализ волос как один из методических подходов в создании комплексной системы управления качеством здоровья индивидуума и популяции 260
Заключение 264
Выводы 265
Практические рекомендации 268
Использованная литература 269
Приложения 303
- Обеспеченность организма человека эссенциальными химическими элементами и ее влияние на заболеваемость населения
- Основные источники поступления химических элементов с рационами питания
- Изучение связи между элементным составом волос и заболеваемостью жителей г. Москвы
- Выявление клинико-эпидемиологических маркеров риска дефицита или избытка отдельных химических элементов в популяции
Введение к работе
Актуальность исследования
Среди пищевых факторов, имеющих особое значение для поддержания здоровья, качества и продолжительности жизни человека, важная роль принадлежит микронутриентам (Тутельян В.А. и др., 2002; Ег-naehrungsmedizin, 1999; Schmidt Е. et ah, 2004). Они относятся к незаменимым компонентам пищи, которые необходимы для нормального обмена веществ, роста и развития, защиты от вредных воздействий факторов окружающей среды, снижения риска заболеваемости, обеспечения жизненно важных функций, включая воспроизводство генома (ВОЗ, 2003; Доценко В.А., 2004; Лакшин A.M. и др., 2004; Burgerstein L. et а/., 2002). Постоянный контроль за микронутриентным статусом населения, разработка и выполнение масштабных программ, направленных на устранение и профилактику имеющегося дефицита, оптимизацию качественного и количественного состава пищевых продуктов массового потребления, — важнейшая задача современной медицины и науки о питании. Эта проблема в международной практике формулируется как повышение пищевой плотности рациона ("food density") (Тутельян В.А. и др., 2004; Хотимченко С.А. и др., 2004).
Определение на основе социально-гигиенического мониторинга здоровья и питания населения страны степени дефицита пищевых веществ, обоснование мер по его преодолению является одним из важнейших направлений "Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 г.".
Адекватная оценка обеспеченности микронутриентами и уровня нагрузки токсичными элементами требует применения современных эффективных аналитических методов, которые могут быть использованы для массовых обследований населения (Маймулов В.Г. и др., 2000). В последние годы в развитых странах в этих целях наряду с атомно-абсорбционной спектрометрией все чаще применяются методы масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, а также нейтронно-активационный анализ (Они-щенко Г.Г. и др., 1999; Отто В., 2004; Ward N.I., 1993). Эти методы позволяют проводить мультиэлементный анализ биообразцов с высокой чувствительностью и воспроизводимостью результатов. К сожалению, в нашей стране до настоящего времени высокоэффективные физико-химические методы инструментального анализа используются в отдельных лабораториях и в ограниченном объеме, что не позволяет получить объективную оценку элементного статуса населения. В Российской Федерации методы мультиэлементного анализа с использованием атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии для изучения
РОС. HAHV^n.'SMAfl
С iscxp5. рс
химического состава пищевых продуктов, питьевой воды как основных источников поступления химических элементов в организм человека практически не применялись. Это диктует необходимость внедрения указанных методов в практику гигиенических исследований.
При эколого-гигиеническом скрининге населения отдается предпочтение неинвазивным методам (анализ волос, мочи, слюны и др.) (Агад-жанян Н.А. и др., 2001; Krase-Jarres J., 2002; Zimmermann М., 2003). По сравнению с анализом крови или мочи элементный анализ волос имеет ряд преимуществ, среди которых относительно высокое содержание химических элементов в волосах, неинвазивность отбора проб, удобство хранения и транспортировки (Bertram Н.Р., 1992; Braetter P., 2002).
При проведении гигиенических исследований возникает необходимость устанавливать границы физиологического содержания химических элементов в изучаемом биосубстрате (Демидов В.А., 2001). Для социально-гигиенического мониторинга, который является одним из основных направлений деятельности Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, необходимы сведения о фоновом содержании химических элементов в биообразцах человека, пищевых продуктах и объектах среды обитания (Они-щенко Г.Г. и др., 2001; Тутельян В.А. и др., 2002).
В нашей стране (Любченко П.Н. и др., 1989; Критерии оценки.., 1992) в гигиенических исследованиях используются так называемые биологически допустимые уровни (БДУ) содержания ряда химических элементов в волосах. В настоящее время разработаны БДУ для ограниченного числа химических элементов в волосах — свинца, кадмия, ртути, мышьяка, никеля, марганца и фтора — причем только для лиц, контактирующих с этими токсикантами на производстве (Любченко П.Н. и др., 1989; Критерии оценки.., 1992). Цель определения БДУ у этого контингента — выявление группы риска интоксикации. Для детей, проживающих в промышленных регионах, был предложен БДУ содержания свинца в волосах, который равен 9 мкг/г волос (Критерии оценки.., 1992). Однако БДУ содержания токсичных химических элементов у лиц, занятых в непроизводственной сфере, а также пределы нормального содержания эссенциальных химических элементов в волосах детей и взрослых до настоящего времени не установлены. Это затрудняет оценку обеспеченности отдельных контингентов и населения в целом эссенциальны-ми химическими элементами, а также степени нагрузки токсичными химическими элементами.
Дисбаланс микроэлементов (Se, Zn, Fe, I, Mn, Hg, Pb, As, Ni) способствует росту частоты злокачественных новообразований кожи, мозга, желудочно-кишечного тракта, лимфопролиферативных заболеваний, инфекционных патологий, аутоиммунных и дегенеративных заболеваний (Авцын А.П. и др., 1991; Prasad A.S., 1995; Negretti de Braetter V., 1999).
Однако установление причинно-следственных связей затруднительно и требует новых методических подходов (Онищенко Г.Г. и др., 2001; Лимин Б.В. и др., 2003; Anke М., 2004). В качестве одного из них можно рассматривать установление связи между отдельными классами болезней человека и элементным составом волос — интегральным показателем, отражающим сумму разных эффектов на здоровье человека (влияние алиментарных факторов, нагрузка организма токсическими химическими элементами, наличие метаболических расстройств).
До настоящего времени как в отечественной, так и в зарубежной литературе в основном представлены данные о взаимосвязи отдельных нозологии и содержания одного или двух химических элементов в волосах (Голубкина Н.А. и др., 1996; Haaranalyze..., 1987; Momcilovic В., 1988; Pangborn J., 1994; Zimmermann M., 2003). Комплексные исследования, в которых рассматриваются связи между заболеваемостью отдельными болезнями и элементным статусом человека, встречаются значительно реже (Велданова М.В., 2002; Бакулин И.Г., 2004; Momcilovic В. et al, 2004). Вместе с тем с точки зрения широкого спектра действия химических элементов на состояние здоровья человека последнее направление представляется наиболее перспективным. Известно, что отдельные элементы одновременно влияют на течение многих биохимических процессов в организме (Ершов Ю.П. и др., 1986; Кист А.А., 1987; Панченко Л.Ф. и др., 2004), которые могут проявляться в виде синдромокомплексов и нарушений деятельности органов и систем, объединяемых в классы болезней.
В условиях мегаполиса на человека воздействуют многие социальные и экологические факторы, которые влияют на состояние здоровья, в том числе на обмен макро- и микроэлементов. Однако до настоящего времени внимание исследователей было сосредоточено на изучении элементного статуса отдельных групп населения и производственных коллективов и практически не проводились исследования, в которых бы изучалась обеспеченность эссенциальными химическими элементами и нагрузка токсическими элементами населения мегаполиса в целом. В результате влияние урбанизированной среды обитания на здоровье человека изучено недостаточно (Агаджанян В.А. и др., 2001; Капцов В.А. и др., 2001; Кучма В.Р., 2002; Иванов СИ. и др., 2004).
Важнейшими факторами, влияющими на элементный статус населения мегаполиса, является химический состав рациона питания и питьевой воды. Многочисленные работы, посвященные анализу фактического питания разных социально-демографических групп населения России (Батурин А.К., 1998; Тутельян В.А. и др., 2002; Мартинчик А.Н. и др., 2004), основываются на полученных ранее данных о химическом составе пищевых продуктов (Химический состав.., 1989, 2002). В них в неполной мере учтены изменения ассортимента потребляемых
пищевых продуктов, условий их переработки, производства и хранения, а также использование новых пищевых добавок и другие факторы, включая качество и химический состав питьевой воды. Поэтому, получение новых данных о содержании химических элементов в пищевых продуктах и рационах питания с помощью современных инструментальных методов мультиэлементного анализа является актуальной задачей отечественной гигиенической науки.
Цель исследования
Целью работы явилась разработка системы мультиэлементного анализа биосубстратов, пищевых продуктов и питьевой воды, а также установление пределов нормальных величин содержания эссенциаль-ных и биологически допустимых уровней токсичных химических элементов в волосах человека.
Задачи исследования:
-
Разработать систему мультиэлементного анализа биообразцов, пищевых продуктов и питьевой воды с помощью комбинации методов атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП и МС-ИСП соответственно).
-
Провести на репрезентативной выборке анализ содержания Pb, Cd, As, Ni, Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr в волосах детского и взрослого населения г. Москвы.
-
Определить содержание Pb, Cd, As, Ni, Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr в пищевых продуктах и питьевой воде, потребляемых жителями г. Москвы, и оценить их поступление в разных половозрастных группах населения.
-
Установить биологически допустимые уровни токсичных (Pb, Cd, As и Ni) и пределы нормального содержания эссенциальных (Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr) химических элементов в волосах детей и взрослых, занятых в непроизводственной сфере. Установить связи между уровнями содержания изученных химических элементов в волосах и заболеваемостью у обследованных детей и взрослых.
-
Оценить частоту избытка Pb, Cd, As и Ni и дефицита Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr у жителей г. Москвы на основании установленных биологически допустимых уровней и пределов нормального уровня их содержания в волосах.
Научная новизна работы
Впервые разработана и внедрена в практику система мультиэлементного анализа биосубстратов (волосы), пищевых продуктов и пить-
евой воды с помощью современных инструментальных методов АЭС-ИСП и МС-ИСП. Создана база данных по содержанию Pb, Cd, As, Ni, Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr в волосах населения, пищевых продуктах и питьевой воде в г. Москве.
Установлен уровень суточного поступления 12 химических элементов с рационом питания (включая питьевую воду) у населения г. Москвы и разработаны рекомендации по оптимизации элементного состава рациона питания.
Впервые проведено масштабное популяционное исследование взрослого и детского населения и установлены пределы нормального содержания в волосах эссенциальных химических элементов (Са, Mg, Fe, Zn, Си, Mn, Se и Cr) и уточнены существующие биологически допустимые уровни Pb, Cd, As и Ni для детей и взрослых, занятых в непроизводственной сфере.
Впервые на репрезентативной выборке населения установлена взаимосвязь между частотой заболеваемости отдельными классами болезней и уровнем содержания химических элементов в волосах.
Впервые на основании установленных пределов нормального содержания эссенциальных и БДУ токсичных химических элементов в волосах определена частота дефицита Са, Mg, Fe, Zn, Си, Mn, Se, Cr и избытка Pb, Cd, As и Ni.
Для социально-гигиенического мониторинга впервые применен метод ранжирования абсолютных и относительных величин элементного состава биосубстратов (волосы), а также коэффициентов соотношения токсичных/эссенциальных химических элементов, который позволяет оценивать риск гипер- и гипоэлементозов у населения на конкретных территориях.
Практическая значимость работы
Внедрены в практику здравоохранения высокочувствительные инструментальные методы мультиэлементного анализа биообразцов (Методические указания 4.1.1482-03,4.1.1483-03 "Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой". М., 2003; "Методика определения содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой". № ФЦ/3286. М., 2003; методические рекомендации "Методика определения микроэлементов в диагностируемых биосубстратах методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП- МС)". М., 2003; методические рекомендации "Методика определения микроэлементов в биосубстратах атомной спектрометрией с индуктивно связанной аргоновой плазмой". М., 2003).
Данные о химическом составе пищевых продуктов и обеспеченности микронутриентами населения, полученные в ходе работы, использованы при разработке Методических рекомендаций 2.3.1.1915-04 "Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ" (Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителя и благополучия человека, 2004).
Материалы работы использованы при подготовке пособий для врачей ("Микроэлементозы у детей (распространенность и пути коррекции)". Новосибирск, 1999; "Диагностика и коррекция нарушений обмена макро- и микроэлементов у детей первого года жизни". М., 2002; "Система выявления и оздоровления детей групп риска с повышенным содержанием солей тяжелых металлов в биосредах в условиях антропогенного воздействия". СПб., 2004).
Полученные данные включены в руководства для врачей и студентов медицинских ВУЗов ("Свинец и здоровье человека (диагностика и лечение сатурнизма)". М., 1997; "Микроэлементозы человека (диагностика и лечение)". М., 1997).
Созданы базы данных, включающие уровни содержания Pb, Cd, As, Ni, Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Se и Cr в волосах 14 255 взрослых и 2831 детей, проживающих в г. Москве, а также в пищевых продуктах (683 наименования) и питьевой воде (156 проб).
Результаты внедрены в практическое здравоохранение г. Москвы (Методические рекомендации № 41 "Выявление и коррекция нарушений макро- и микроэлементов", утверждены Комитетом Здравоохранения (КЗ) г. Москвы от 19.09.2000, а также информационные письма N8 15 "Нарушения минерального обмена у детей в г. Москве" и № 13 "Обеспеченность девочек-подростков ЮЗАО г. Москвы макро- и микроэлементами и пути ее оптимизации", утверждены КЗ г. Москвы 19.09.2000 г. и 02.09.2002 г., соответственно). Полученные в результате исследования данные используются для диагностики и профилактики заболеваний специалистами АНО "Центр биотической медицины", Московского научно-практического центра спортивной медицины КЗ г. Москвы, ГКБ № 29, а также ГУ НИИ питания РАМН, Центрального клинического санатория им. Ф.Э.Дзержинского (г. Сочи), НИИ биоэлементологии Оренбургского государственного университета, на кафедрах токсикологической химии Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова, профилактической медицины Оренбургского государственного университета, нормальной физиологии Российского университета дружбы народов.
Результаты исследований изложены в ряде монографий ("Микроэлементозы человека (диагностика и лечение)". Иваново, 1997; "Им-мунофармакология микроэлементов." М., 2000; "Медико-экологическая оценка риска гипермикроэлементозов у населения мегаполиса." Орен-
бург, 2003; "Химические элементы-микронутриенты как резерв восстановления здоровья жителей России." Оренбург, 2004; "Макро- и микроэлементы в питании современного человека: эколого-физиологические и социальные аспекты." Оренбург, 2005).
Результаты взаимосвязи между уровнями содержания химических элементов в волосах и частотой заболеваемости включены в изобретение "Способ медико-экологической оценки участия элементов в формировании заболеваний человека" (приоритет № 17 от 01.03.2005 г.).
Основные положения, выносимые на защиту
Разработана система мультиэлементного анализа, отличающаяся высокой информативностью, производительностью, чувствительностью, воспроизводимостью результатов и позволяющая одновременно определять 12 и более химических элементов в биообразцах (волосы) и объектах окружающей среды (питьевая вода, пищевые продукты).
Установлены биологически допустимые уровни содержания РЬ, Cd, As, Ni и пределы нормального содержания Са, Mg, Fe, Zn, Си, Mn, Se и Cr в волосах взрослого и детского населения г. Москвы. Выявлена определенная взаимосвязь между частотой заболеваемости жителей г. Москвы и уровнем содержания химических элементов в волосах.
Установлены средние величины и диапазоны среднего содержания 12 химических элементов в волосах жителей г. Москвы и достоверные половозрастные различия.
Рассчитано содержание 12 химических элементов в суточном рационе москвичей. Установлено, что суточное поступление токсичных химических элементов с питьевой водой (Pb, Cd, As и Ni) незначительно и составляет от 0.1 до 2.3% по сравнению с уровнем их поступления с пищей.
Апробация работы
Материалы и основные положения доложены и обсуждены на I, II, III и IV Международных симпозиумах "Trace elements in human: new perspectives" (Athens, 1997,1999, 2001, 2003), Международной конференции "Медико-экологические проблемы репродуктивного здоровья работающих" (Москва, 1998), 19-й, 21-й и 22-й Международных конференциях "Mengen und Spurenelemente" (Jena, 1999, 2002, 2004), конференции "Среда обитания и здоровье населения" (Оренбург, 2001), 1-м и 2-м Международных конгрессах Федерации европейских обществ по изучению микроэлементов и минералов (FESTEM) "Trace elements and minerals in medicine and biology" (Venice, 2001; Munich, 2004), Научно-практической конференции "Новые методы диагностики и лечения лиц, подвергшихся радиационному воздействию" (Москва, 2002), Научной
конференции "Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты" (Новосибирск, 2002), International symposium "Advances in trace elements, minerals and vitamins in humans: functional and clinical aspects" (Monastir, 2002), 7th International symposium on metal ions in biology and medicine (St. Petersburg, 2002), XI Международном симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 2003), XI Международной конференции "Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии" (Ялта-Гурзуф, 2003), VII Всероссийском конгрессе "Здоровое питание населения России" (Москва, 2003), Втором международном симпозиуме "Проблемы ритмов в естествознании" (Москва, 2004), I Международной научно-практической конференции "Биоэлементы" (Оренбург, 2004), 7th International conference "Trace element nutrition and human disease" (Bangkok, 2004), 1-м съезде Российского общества медицинской элементологии (Москва, 2004).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 70 работ, в том числе 5 монографий, 4 руководства и пособия для врачей, 5 нормативных документов и 30 статей в рецензируемых изданиях.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 302 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, обсуждения полученных результатов, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Работа иллюстрирована 7 рисунками, 102 таблицами. Библиографический указатель содержит 116 отечественных и 202 зарубежных источника.
Обеспеченность организма человека эссенциальными химическими элементами и ее влияние на заболеваемость населения
Для раннего выявления нарушений гомеостаза кальция в клинической лабораторной диагностике традиционно используют определение его концентрации в сыворотке крови. В сыворотке крови 45% кальция связано с белками, 5% находится в форме цитратов, фосфатов, бикарбонатов и 50% существует в ионизированном состоянии (Ruekgauer, Kruse-Jarres, 2002). Эта форма составляет физиологически активную часть в обмене кальция и часто является лучшим индикатором в клинических исследованиях.
Сниженное содержание ионизированного кальция в сыворотке крови указывает на отрицательный баланс кальция. Общее содержание кальция в сыворотке крови по мнению многих авторов (Burgerstein et al., 2002) является недостаточно информативным индикатором статуса кальция, так как уровень сывороточного кальция находится под строгим физиологическим контролем.
Помимо сыворотки крови для оценки содержания кальция в организме человека используют определение почечной экскреции кальция с мочой. Выведение кальция с мочой в количествах менее 150 мг в день может указывать на пищевой дефицит этого макроэлемента.
Одним из информативных лабораторных тестов, отражающих обеспеченность организма кальцием, многие авторы (Passwater, Cranton, 1993, Burgerstein et al., 2002, Скальный, 2002) считают определение кальция в волосах. В таблице 6 представлены лабораторные показатели, использующиеся для оценки обеспеченности кальцием.
Многочисленные эпидемиологические исследования указывают на связь содержания кальция в волосах с его алиментарным поступлением в организм, а также с питьевой водой (положительная корреляция с показателем жесткости питьевой воды) (Сусликов, 2002).
Некоторыми исследователями подчеркивается факт, что повышенное содержание кальция в волосах зачастую свидетельствует не о его избытке в организме, а отражает усиленный кругооборот этого макроэлемента (Haaranalyse in Medizin und Umwelt, 1987, Juckheim, 1991, Скальный, Рудаков, 2004).
Заболеваемость населения при хроническом дефиците или избытке кальция в организме.
В эпидемиологических исследованиях выявлены нарушения в обмене кальция, фосфора и серы у населения, постоянно проживающего на территориях с недостатком кальция при относительном избытке стронция в пищевой биогеохимической цепи (некоторые районы Читинской, Амурской областей и Тувы). Так, у людей нарушены рост и формирование костной ткани, что ведет к преобладанию низкорослости и даже карликовости (Сусликов, 2002). Известно, что недостаток кальция в рационах питания детей, находящихся на искусственном вскармливании вызывает возникновение рахита, которое сопровождается увеличением пористости костной ткани и искривлением трубчатых костей, утолщением и деформацией эпифизов (Сусликов," 2002). Результаты экспериментальных исследований указывают на возможность возникновения дисбактериозов кишечника у человека на фоне дефицита кальция (Шендеров, 2002).
По мнению немецких ученых, наиболее важным для предупреждения остеопороза возрастом является период от 15 до 25 лет, когда необходимо потреблять не менее 1000-1200 мг кальция в сутки, чтобы достичь оптимальной плотности костной ткани (Elmadta, Leitzmann, 1998). К сожалению, алиментарный дефицит кальция получил распространение в большинстве стран мира. Так, даже в таких благополучных странах, как Австрия и Германия, взрослое население получает с пищей кальция 753 мг/сутки и 683 мг/сутки (мужчины и женщины, соответственно) (Elmadta, Leitzmann, 1998). Это является причиной высокой частоты остеопороза, повышает риск болезней и переломов бедренной кости, суставов, позвоночника (Medic-Saric, Buhac, Bradamante, 2000).
У населения некоторых районов Англии, потребляющего повышенное количество-кальция с пищевыми продуктами и питьевой водой выявлена нефропатия с нарушением кальциевой реабсорбции. Эти изменения считаются причиной формирования почечно-каменной болезни и нефро-кальциноза (Воздействие..., 1997).
Избыточное ( 2500 мг/сутки) поступление кальция с пищей может приводить к дефициту фосфора. Потребление больших количеств молока (3-4 литра в день) и других богатых кальцием молочных продуктов (4-5 г кальция в день) может приводить к развитию так называемой «кальциевой подагры», обызвествлению легких и почек, подкожной клетчатки, гипохо-лестеринемии (Elmadta, Leitzmann, 1998).
Таким образом, исследователями отмечается участие кальция в возникновении болезней XIII и XIV классов.заболеваний.по МКБ-10.
1.3.2 Магний
Такой показатель, как концентрация магния в сыворотке крови, по мнению многих специалистов, имеет ограниченное клиническое значение, так как 95% этого макроэлемента в организме человека локализовано внутриклеточно (Oberleas, Harland, Bobilya, 1999). Около 25% сывороточного магния связано с альбумином. Чтобы исключить псевдогипомагние-мию, необходимо определять уровень магния с учетом концентрации альбумина (Ruekgauer, Kruse-Jarres 2002). При оценке результатов содержания магния в сыворотке всегда нужно помнить о «ложной» гипомагниемии при стрессе, остром респираторном заболевании, гиповолемии (Назаренко, Кишкун, 2000).
По мнению многих авторов, клеточные фракции (эритроциты, лейкоциты и мышечные клетки) можно использовать для оценки содержания магния в организме. По мнению Braetter (2002), Kruse-Jarres (2002) и других известных специалистов в области лабораторной диагностики лучшим индикатором дефицита магния является тест на ретенцию магния (при условии нормальной функции почек). Дефицит магния в организме проявляется при показателе экскреции его с суточной мочой менее 25 мг/день.
Определение магния в волосах отражает его содержание в организме человека и является показателем обеспеченности этим химическим элементом (Anke, Risch, 1979, Passwater, Cranton, 1983, Akerberg, Hoffmann, 1987, Juckheim, 1991, Zimmermann, 2003, Скальный, 2004). В обобщенном виде современные лабораторные критерии оценки обеспеченности магнием представлены в таблице 7.
Основные источники поступления химических элементов с рационами питания
В таблицах 35-45 рассмотрен вклад различных категорий пищевых продуктов в суточное поступление химических элементов с рекомендованными (потребительская корзина) и фактическими рационами питания. Основной вклад в среднесуточное поступление свинца с потребительской корзиной приходился на овощи и бахчевые (26,0%), хлеб и хлебобулочные изделия (18,4%), также мясопродукты - 16,2% от общего суточного поступления.
Напротив, основной вклад в суточное поступление свинца с фактическими рационами приходился на мясопродукты (27,8% и 24,8%, соответственно). Вклад других категорий продуктов в поступление этого элемента составил для фруктов 17,3% и 25,7%, соответственно, а для овощей и бахчевых - 16,9% и 21,6%, соответственно.
Таким образом, суточное поступление свинца с рационом потребительской корзины у женщин ниже по сравнению с фактическими диетами. Основной вклад в поступлении этого элемента (62,0% и 72,1%, соответственно) в фактическом рационе составили такие категории, как мясопродукты, свежие фрукты, овощи и бахчевые. В результате пониженного потребления хлеба и хлебопродуктов в фактических рационах по сравнению с потребительской корзиной, вклад этой категории пищевых продуктов в среднесуточное поступление свинца был заметно снижен.
Основными источниками поступления кадмия с рационами потребительской корзины являлись хлеб и хлебные продукты, картофель, овощи и бахчевые, на долю которых приходилось 35,8%, 30,3% и 19,7%, соответственно.
Основными источниками суточного поступления кадмия в фактических рационах также выступали перечисленные выше категории пищевых продуктов. На долю этих категорий приходилось 33,1% и 25,5% (хлеб и хлебобулочные изделия), 17,4% и 25,9% (овощи и бахчевые), а также 26,7% и 14,7% (картофель), соответственно.
Исходя из полученных данных о суточном поступлении кадмия у женщин с различными рационами, можно заключить, что его среднесуточное поступление было ниже в фактических рационах в сравнении с потребительской корзиной. Основными "вкладчиками" в поступление кадмия во всех изученных группах были одни и те же категории пищевых продуктов.
Основной источник в поступлении мышьяка у женщин с рационом потребительской корзиной приходился на рыбопродукты и хлеб и хлебопродукты - 67,2 и 14,4%, соответственно.
Доля этих категорий пищевых продуктов в фактических рационах составила 64,0 и 73,5% (рыбопродукты), 13,0 и 9,6% (хлеб и хлебопродукты), соответственно.
Полученные данные о потреблении мышьяка женщинами в рекомендованных и фактических рационах питания выявили одни и те же источники его максимального содержания.
Основной вклад в суточное поступление никеля с диетой, рекомендованной потребительской корзиной, приходился на хлебные продукты, овощи и бахчевые, а также молоко и молокопродукты. Он составлял 75,0%), 5,7% и 5,7%), соответственно.
В рационах фактического питания основными источниками также являлись хлебные продукты и овощи. Кроме этого, к перечисленным выше категориям пищевых продуктов как основным источникам суточного поступления никеля у женщин добавлялись свежие фрукты. Вклад хлебных продуктов в суточное поступление никеля с рационами фактического питания составил 70,1 и 70,0%, соответственно. На долю свежих фруктов приходилось (5,3 и 8,5, соответственно), а также овощей и бахчевых (5,1 и 7,0%, соответственно).
Таким образом, поступление никеля у женщин с фактическими рационами было ниже по сравнению с рекомендованным уровнем потребительской корзины. За счет относительно низкого фактического потребления молока и молокопродуктов женщинами эта категория пищевых продуктов не относилась к источникам этого химического элемента. Напротив, увеличение объема потребления свежих фруктов в исследованных группах женщин сопровождалось нарастанием массовой доли никеля в суточном поступлении с этой категорией пищевых продуктов.
Основная доля кальция у женщин поступала с молоком и молоко-продуктами - 63,2%) от общего суточного поступления. Другими возможными источниками поступления кальция в потребительской корзине являлись хлебные продукты (14,7% ), овощи и бахчевые (11,0%). Поступление этого химического элемента с фактическим питанием было ниже за счет их более низкого потребления по сравнению с минимальной корзиной потребления. Доля молока и молокопродуктов составила 51,4 и 45,3% от уровня потребительской корзины, соответственно. На другие источники поступления кальция с фактическими диетами приходилось 15,4 и 15,8% (хлебные продукты), а также 11,0 и 15,5% (овощи и бахчевые), соответственно. Новым источником поступления кальция с фактическими диетами являлись свежие фрукты, вклад которых составлял 6,6 и 10,8%, соответственно.
Согласно полученным данным можно предположить, что поступление кальция у женщин снижено в фактических рационах по сравнению с его потреблением с потребительской корзиной. Снижение величины поступления кальция с фактическими диетами происходило прежде всего за счет уменьшения потребления молока и молокопродуктов на фоне неизменяемого вклада в поступление этого элемента других источников.
Основной вклад в поступление магния у женщин с потребительской корзиной приходился на хлебные продукты, молоко и молокопродукты, а также картофель, что составило 55,3, 12,6 и 12,4%), соответственно.
За исключением хлебных продуктов, вклад которых составил 51,1 и 52,1%, соответственно, источники поступления магния с фактическими рационами были иными в сравнении с потребительской корзиной. Значительная доля потребления магния приходилась на овощи и бахчевые (8,3 и 11,6%, соответственно), а также свежие фрукты - 6,0 и 9,8%, соответственно.
Таким образом, можно заключить, что суточное потребление с фактическими диетами магния женщинами было несколько ниже по сравнению с рекомендованными рационами. Основным источником поступления магния во всех изученных диетах являлась категория "хлебные продукты".
Основной вклад в суточное поступление железа у женщин в составе потребительской корзине принадлежал таким категориям продуктов, как хлебные продукты, овощи и бахчевые и мясопродукты. На их долю приходилось 55,6, 12,1 и 8,3%, соответственно.
При оценке суточного поступления железа у женщин с фактическими рационами, помимо перечисленных выше источников поступления этого элемента, можно добавить свежие фрукты. Итак, на долю хлебных продуктов, приходилось 46,2 и 45,8%; мясопродуктов - 17,4 и 16,6%; овощей и бахчевых - 9,7 и 13,2%; а также свежих фруктов - 5,7 и 9,1%, соответственно.
Исходя из полученных данных, можно заключить, что поступление железа у женщин с различными рационами практически не отличалось друг от друга. Однако, отмечалось перераспределение вклада определенных категорий продуктов в его суточное поступление. Так, в результате снижения вклада хлебных продуктов в фактической диете у женщин, суточное поступление железа было несколько ниже по сравнению с рационом потребительской корзины.
Основной вклад в суточное поступление цинка с различными рационами у женщин вносили категории хлебных продуктов и мясопродуктов. Их массовая доля в рекомендованных и фактических рационах составила для хлебных продуктов 47,2, 37,6 и 38,2%, соответственно, а для мясопродуктов - 17,1, 34,3 и 33,6%, соответственно.
Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что различие рассматриваемых диет у женщин в отношении суточного поступления цинка было минимальным. При рассмотрении фактических диет отмечалось перераспределение массовой доли суточного поступления цинка за счет увеличения поступление его с мясопродуктами.
К категориям пищевых продуктов, вносящие основной вклад в поступление меди у женщин с рассматриваемыми диетами, относились хлебные продукты и мясопродукты. Их долевое участие в поступлении этого химического элемента во всех рационах было следующим: хлебные продукты - 60,7, 48,1 и 48,3%, соответственно; мясопродукты - 12,9, 25,7 и 25,0%), соответственно.
Изучение связи между элементным составом волос и заболеваемостью жителей г. Москвы
Известно, что природа многих заболеваний полиэтиологична и полипатогенетична. Поэтому задача выявления связи между воздействием одного из множества факторов, которые могут рассматриваться как причинные факторы (избыток тяжелых металлов, дефицит эссенциальных микроэлементов), и состояния здоровья на индивидуальном и популяционном уровнях является очень сложной.
В данной работе нами выдвинуто предположение, что уровень содержания химических элементов в волосах отражает нагрузку организма так называемыми токсическими элементами, а также уровень обеспеченности организма человека так называемыми эссенциальными элементами.
В настоящее время в гигиенических исследованиях широкое распространение получило применение центильных шкал для установления нормативных показателей содержания химических элементов в биообразцах. Этот подход позволяет проводить статистическую обработку данных вне зависимости от законов распределения содержания химических элементов и, тем самым, учитывать многофакторность воздействий на обменные процессы в организме. Например, специалисты Центра по контролю за заболеваемостью (CDC, США) (2003) избрали значения 95 центиля содержания многих химических элементов в сыворотке крови и моче в качестве верхнего уровня, характерного для популяции.
В нашей стране введены (Любченко с соавт., 1989, Критерии..., 1992) и используются в гигиенических исследованиях так называемые биологически допустимые (БДУ) уровни содержания ряда химических элементов в волосах. Понятие БДУ подразумевает доказательство связи конкретного показателя содержания химического элемента в биообразцах с возникновением болезни.
Для эссенциальных химических элементов нами определялись верхний и нижний пределы нормального содержания. Выход за пределы этих уровней следует рассматривать как показатель срыва адаптационно-приспособительных механизмов и риска повышенной заболеваемости (Скальный, 2000).
Следует подчеркнуть, что установление причинно-следственных взаимоотношений в паре «содержание химического элемента - болезнь» оставлены за рамками нашего исследования.
Учитывая вышесказанное, а также растущую потребность здравоохранения в установлении нормативных величин содержания химических элементов в диагностических биообразцах, нами предпринята попытка пересмотра существующих БДУ токсичных и пределов нормального содержания эссенциальных химических элементов в волосах. В основе методического подхода лежит установление БДУ и пределов содержания элементов по статистически достоверному росту заболеваемости (по МКБ-10) по сравнению со средними показателями для всей обследованной когорты населения.
Следует отметить, что БДУ и пределы нормального содержания отражают уровень содержания химического элемента в волосах (мкг/г), тогда как показатели центильного распределения определяют размеры группы риска.
Полученные в данном исследовании абсолютные значения содержания в волосах свинца, кадмия, мышьяка и никеля были ранжированы по центильным показателям распределения у взрослых и детей, начиная с 25 центиля, поскольку для этих элементов внимание было сосредоточено на поиске лишь верхнего БДУ (таблица 50).
Уровни кальция, магния, железа, цинка, меди, марганца, селена и хрома в волосах, соответствующие 3, 5, 10, 25, 75, 90, 95 и 98 центилям у взрослых и детей, представлены в таблице 51.
Проведенная предварительная работа по ранжированию уровней содержания химических элементов с использованием центильных шкал, а также установление БДУ и верхних и нижних пределов нормального содержания у детей различных возрастных групп показало, в целом, близкие значения этих показателей. Так, например, БДУ кадмия у детей 7-10 лет и 11-15 лет составил 0,15 мкг/г волос и 0,1 мкг/г, соответственно, тогда как у детей до 7 лет этот уровень соответствовал 0,2 мкг/г.
Аналогичные результаты были получены для эссенциальных химических элементов. Нижний предел нормального содержания кальция отмечался на уровне 200 мкг/г и 195 мкг/г у детей 7-10 лет и 11-15 лет, соответственно. НБДУ цинка составлял 85 мкг/г, 100 мкг/г и 105 мкг/г, а марганца -0,15 мкг/г, 0,15 мкг/г и 0,2 мкг/г у детей в группах 1-7 лет, 7-10 лет и ll lS лет, соответственно. Исходя из вышеизложенного, мы посчитали целесообразным не проводить деление по возрасту, а рассматривать детей как единую группу.
Выявление клинико-эпидемиологических маркеров риска дефицита или избытка отдельных химических элементов в популяции
В настоящее время для установления связи элементного статуса индивидуума и популяции с состоянием здоровья (так называемые "trace element related diseases", WHO, 1975) используются два основных подхода. Первый подход заключается в выявлении аномального содержания химических элементов в бйообразцах, полученных у человека, которые сопоставляются с клинической, картиной индивидуума или, заболеваемостью в популяции. Суть другого подхода - в поиске особенностей содержания химических элементов в биообразцах человека при наличии той или иной нозологии; которая доминирует в клинической картине пациента (основной диагноз) или группы лиц (популяции) (повышенная частота заболеваемости).
В настоящем исследовании нами использованы два вышеуказанных подхода для получения более достоверных данных, следуя требованиям доказательной медицины.
В настоящей работе нами впервые разработана методология определения специфического для того или иного элементоза клинико-эпидемиологического маркера(ов). Критерием отнесения того или иного класса заболеваний в разряд вероятного маркера элементоза нами предлагается использовать достоверное (Р 0,05) увеличение заболеваемости при определенном уровне химического элемента в биообразце (волосы).
Согласно таблице 94, наличие заболеваний органов дыхания (X класс болезней по МКБ-10), например, является вероятным клинико-диагностическим маркером избыточного накопления никеля и кадмия, и дефицитов меди и железа, марганца в взрослых и детей, соответственно.
Как следует из данных, представленных в таблице 94, избыточное накопление свинца в организме взрослых, например, проявляется в виде увеличения частоты болезней эндокринной системы и изменений лабораторных показателей, как индикаторов интоксикации. К начальным проявлениям риска интоксикации свинца у детей мы отнесли (на основании превышения БДУ свинца в волосах) повышенную частоту нарушений поведения и психики, болезней нервной системы, травм и отравлений, что полностью согласуется с литературными данными (Preventing..., 1991, Павловская, Кирьяков, Савельев, 2002, Лимин с соавт., 2003, Боев с соавт., 2004).
Полученные данные представляют научный интерес, так как указывают на существенную роль загрязнения окружающей среды свинцом в повышении риска, в первую очередь, заболеваний эндокринной системы у взрослых, нервной системы и расстройств поведения и психики у детей. Эти данные полностью подтверждают результаты многолетних наблюдений в США (Preventing..., 1991), а также исследования английских ученых (цит. по Goyer, 1993), установивших зависимость частоты задержек психического развития и олигофрении у детей с избыточным содержанием свинца в организме (биообразцах крови и волос), которое не было связано с экологическими факторами или питанием.
Хроническая избыточная нагрузка организма кадмием повышает риск возникновения болезней нервной системы, что может быть связано антагонизмом кадмия по отношению к кальцию, магния и цинку - элементам, играющим важную роль в созревании и функционировании нервной системы (Choudhuri et al., 1996). Известно, что гематоэнцефалический барьер существенно ограничивает поступление кадмия в ЦНС. Поэтому, обнаруженная нами связь между избыточным накоплением кадмия в волосах и повышенной частотой болезней нервной системы может быть в основном связана с повреждением периферических ганглиев и структур нервной системы, у которых отсутствует гематоэнцефалический барьер (гипофиз, эпифиз, мозговые оболочки, сосудистое сплетение мягкой мозговой оболочки) (Arvidson and Tjaelve, 1986) или с выраженным повреждением гематоэнцефалического барьера при внутриутробном развитии, когда способность ЦНС аккумулировать кадмий максимальна (Choudhuri et al., 1996).
Полученные нами достоверные данные (Глава 6) о повышении риска заболеваемости органов дыхания у взрослых при избыточном накоплении никеля соответствуют современным представлениям о механизмах его токсического действия (Rittman, 1982 - цит. по Любченко с соавт., 1989, Harbison, 1998). Важно отметить возрастание частоты пороков развития у детей при избыточном накоплении никеля в волосах, что также подтверждает результаты экспериментальных работ Mas с соавт. (1985), Schroeder и Mitch-ener (1971) и других, обнаруживших тератогенные эффекты этого элемента.
Как видно из представленных выше данных, уменьшение содержания эссенциальных элементов в волосах приводит к многообразию клинических проявлений дефицитов. Это вполне естественно, поскольку каждый из изученных элементов оказывает влияние одновременно на десятки и сотни ферментных систем, биохимических и физиологических процессов.
Однако, в зависимости от «биологической роли» отдельных элементов, возникающие синдромокомплексы отличаются друг от друга. В результате каждая из комбинаций дефицитного состояния имеет свой клинический портрет и наоборот. То есть, каждому заболеванию или классу заболеваний у человека соответствует свой так называемый «элементный портрет» (Агаджанян, Скальный, 2001).
Таким образом, нами получено подтверждение информативности анализа волос на содержание химических элементов в качестве диагностического теста, имеющего значение не только для профилактической, но и для клинической медицины. Нами впервые на репрезентативной выборке населения установлены клинико-эпидемиологические маркеры элементо-зов, диагностируемых с помощью анализа волос. О правомочности более широкого использования этого теста в медицинских исследованиях4,свидетельствует практическое соответствие установленных нами маркеров накопленным к настоящему времени многочисленным научным данным.
Как следует из таблицы 94, повышенная частота заболеваний у взрослых травм и отравлений корреспондируется со снижением содержания кальция в волосах, болезни нервной и эндокринных систем, расстройств поведения и психики, болезней органов пищеварения и кровообращения, опорно-двигательного аппарата - дефицитом магния. Нами также установлена связь болезней крови, мочеполовой системы, расстройств поведения и психики с дефицитом железа, болезней эндокринной и нервной систем, органов кровообращения и пищеварения, а также опорно-двигательного аппарата - с дефицитом цинка, новообразований, расстройств поведения и психики, болезней органов кровообращения, пороков развития и болезней опорно-двигательного аппарата - с дефицитом марганца. Реже рост заболеваемости сопровождался дефицитами других элементов: инфекционные болезни, заболевания органов дыхания и опорно-двигательного аппарата - с дефицитом меди, болезни органов пищеварения, травмы и отравления - с дефицитом селена, болезни крови - с дефицитом хрома.
Повышенный уровень токсикантов в волосах отмечается у лиц, страдающих болезнями эндокринной системы (свинец, кадмий), нервной системы (кадмий), органов дыхания (никель), а также при изменении лабораторных показателей (свинец).
Интересные данные получены при выявлении зависимости частоты заболеваний с избыточным содержанием отдельных эссенциальных химических элементов в волосах. Например, повышенный уровень селена в волосах выявлен при увеличении частоты инфекционных болезней и новообразований, что подтверждает его роль как важнейшего антиоксиданта и иммуномодулятора (Голубкина с соавт., 2002). Определение повышенного содержания селена в волосах можно рассматривать в качестве теста для раннего выявления групп риска иммунодефицитных состояний и новообразований, что подтверждает данные других авторов (Голубкина с соавт.. 2002, Руссель, 2003). Важно отметить, что помимо избыточного накопления в волосах селена при новообразованиях нами наблюдался избыток магния.
