Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1. Общие сведения о нахождении химических элементов в организме человека и их биологической классификации 16
1.2. Участие химических элементов в росте и развитии человеческого организма 24
1.3. Методы оценки обеспеченности организма человека эссенциальными макро- и микроэлементами и накопления тяжелых металлов. Анализ волос как адекватный метод оценки элементного статуса 30
1.4. Особенности элементного статуса детей и подростков в зависимости от пола, возраста, антропометрических особенностей, а также социальных и экономических условий 41
1.5. Факторы риска и распространенность элементозов у
детей и подростков; влияние окружающей среды 48
Глава 2. Объем и методы исследований 54
2.1. Объем и характеристика обследованных групп 54
2.2. Краткая эколого-гигиеническая характеристика обследованных территорий 58
2.3. Анализ элементного состава биологических образцов 65
2.4. Статистическая обработка данных 71
Глава 3. Сравнительный анализ особенностей элементного состава волос у детей 7-14 лет различного пола и возраста 72
3.1. Половые различия в элементном составе волос детей 7-14 лет и их изменение в ходе роста и развития организма 72
3.2. Связь элементного состава волос детей 7-14 лет с антропометрическими параметрами 93
3.2.1. Корреляционные отношения между содержанием химических элементов в волосах детей 7-14 лет, их ростом, весом и ИМТ 93
3.2.2. Особенности элементного состава волос у детей 7-14 лет с нормальным, сниженным и повышенным ИМТ 100
Глава 4. Эколого-географические особенности в элементном составе волос городских детей 7-14 лет 109
4.1. Региональные различия в элементном составе волос городских детей 7-14 лет 109
Выводы 122
Практические рекомендации 124
Список литературы 125
Приложение 147
- Участие химических элементов в росте и развитии человеческого организма
- Краткая эколого-гигиеническая характеристика обследованных территорий
- Связь элементного состава волос детей 7-14 лет с антропометрическими параметрами
- Региональные различия в элементном составе волос городских детей 7-14 лет
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Школьный возраст у детей представляет собой период жизни, сопряженный с интенсивными физическими и психоэмоциональными нагрузками, которые сопровождают учебный процесс. В сочетании с тем фактом, что он также является одним из ключевых этапов формирования организма, связанным с перестройками физиологических систем, этот возраст является критическим в отношении формирования целого ряда нарушений в состоянии здоровья, сопровождающих впоследствии человека в течение всей дальнейшей жизни (Онищенко Г.Г. с соавт., 2004). Это отклонения в развитии опорно-двигательного аппарата, сердечнососудистой системы, нервно-психические нарушения, патологии пищеварительной системы, прогрессирующие нарушения зрения и т.д. (Баранов А.А., Кучма В.Р., Сухарева Л.М., 2004).
В настоящее время в России отмечаются отчетливые неблагоприятные тенденции в состоянии здоровья школьников. Так, среди подростков фиксируется уменьшение доли здоровых лиц до 3-8%, существенное увеличение количества лиц с хронической патологией и функциональными нарушениями, преобладание множественности и системного характера патологических состояний (Баранов А.А., Кучма В.Р., Рапопорт И.К., 2004). Существенной проблемой является несбалансированность питания школьников по многим микронутриентам, в том числе макро- и микроэлементам (Кучма В.Р., 2007). Вместе с тем, дети и подростки представляют собой основные резервы общественного здоровья, трудовых ресурсов и воспроизводства населения (Скальный А.В. с соавт., 2002; Баранов А.А., Кучма В.Р., Рапопорт И.К., 2004).
Одной из важнейших причин трудноустранимых нарушений
здоровья и даже инвалидности с детства, может явиться недостаток необходимых питательных веществ, в том числе макро- и микроэлементов, необходимых для полноценного развития организма ребенка и подростка (Кучма В.Р., 2003; Баранов А.А., Кучма В.Р., Рапопорт И.К., 2004; Тутельян В.А., Конь И.Я., 2004, 2005).
Хорошо известно, что химические элементы являются неотъемлемыми компонентами многих ферментных систем, от работы которых зависит физиологическое состояние организма, процессы его роста и развития (Авцын А.П. с соавт., 1991; Тутельян В.А. с соавт., 2002; Скальная М.Г., Нотова СВ., 2004; Оберлис Д. с соавт., 2008). С другой стороны, существует целый ряд химических элементов, проявляющих по отношению к человеческому организму токсические свойства, и оказывая отрицательное влияние на физиологические процессы (Борисова Е.Я. с соавт., 2008). Особая чувствительность организма детей и подростков к дефициту или избытку макро- и микроэлементов показана в многочисленных исследованиях (Баранов А.А., 1998; Маймулов В.Г. с соавт., 2003; Кучма В.Р., 2007). В этой связи лабораторная диагностика содержания химических элементов в организме человека представляет собой задачу, решение которой существенно расширило бы возможности профилактики и коррекции нарушений здоровья, роста и развития организма на уровне непосредственных биохимических механизмов.
Важно отметить, что оценка состояния элементного обмена, позволяет с достаточно высокой точностью судить об эффективности работы его морфофизиологических систем, риске развития тех или иных патологических состояний и может применяться в качестве средства донозологической диагностики (Ревич Б.А., 2002; Маймулов В.Г. с соавт., 2003; Панченко Л.Ф. с соавт., 2004; Ушаков И.Б. с соавт., 2005; Скальный А.В. с соавт., 2009). Проведение скрининговых
донозологических исследований в настоящее время рассматривается как концептуальный элемент современного здравоохранения (Маймулов В.Г. с соавт., 2001; Eby G.A., 1996). При этом масштабность подобных мероприятий обусловливает определенные требования и ограничения в отношении методов проведения таких исследований. Одним из таких методов служит элементный анализ волос (Бацевич В.А., Ясина О.В., 1989; Ревич Б.А., 2002; Скальная М.Г., 2005; Бурцева Т.И., 2006; Чернякина Т.С., 2006; Лобанова, 2007; Шантырь И.И. с соавт., 2008 и др).
Несмотря на продолжающиеся дискуссии относительно правомерности использования анализа волос как показателя, адекватно отражающего состояние метаболизма химических элементов в организме человека (Klevay L.M., 1987; Kruse-Jarres J.D., 2000; Seidel S. et al., 2001; Shamberger R.J., 2002; Klevay L.M. et al., 2002, 2004), в настоящее время именно этот анализ остается наиболее привлекательным способом получения информации об элементном статусе. Тому существует целый ряд причин, основными из которых являются следующие. Во-первых, отбор образцов волос для анализа крайне прост и не сопряжен с травмированием пациента. Во-вторых, волосы не требуют специального оборудования для своего хранения и транспортировки. В-третьих, образцы волос могут храниться практически неограниченное время, не теряя своей информационной ценности. В-четвертых, концентрация большинства химических элементов в волосах выше, чем в физиологических жидкостях, традиционно используемых для клинических и биохимических анализов, что позволяет существенно расширить набор химических элементов, доступных для аналитического определения. В-пятых, данные анализа волос представляют собой информацию интегрального характера, отражающую усредненное состояние биохимических процессов за период формирования (роста) участка волоса, взятого для анализа, что позволяет в
значительной степени устранить влияние факторов, носящих сиюминутный характер.
Однако для правильной диагностической интерпретации анализа волос необходимо глубокое понимание зависимости состояния элементного обмена как от параметров окружающей среды, так и от целого ряда естественных факторов, определяющих тот уровень обмена, который является нормальным для соответствующей группы людей. Среди этих факторов основное положение занимают половая принадлежность и возраст индивидуума (Скальный А.В., 20006; Gordon G.F., 1985; Caroli S. et al., 1992). Половозрастное деление является безусловным при определении норм для большинства медицинских показателей, в том числе и для содержания химических элементов в биологических тканях и жидкостях. Тем не менее, следует констатировать, что в настоящее время принятая возрастная периодизация, зачастую, объединяет детей школьного возраста в единую группу, либо в две крупные группы (Подростковая медицина, 1999). Разделение же по полу часто проводится, лишь начиная с совершеннолетнего возраста. В то же время, интенсивные физиологические изменения, сопровождающие период подготовки организма к половому созреванию и непосредственно процесс полового созревания, предполагают наличие существенных половых и возрастных различий уже на этих этапах онтогенеза, что диктует необходимость дифференцированного подхода при оценке элементного статуса соответствующих пациентов.
Еще одним естественным фактором, потенциально связанным с различиями в элементном статусе, могут быть конституциональные параметры индивидуума, в значительной степени определяемые генетически обусловленными особенностями обмена веществ. Работы последних лет позволяют также предполагать наличие закономерных
связей между состоянием элементного обмена и антропометрическими параметрами организма внутри половозрастных групп (Демидов В.А., 2001; Грабеклис А.Р., Скальный А.В., 2003; МокееваЕ.Г. с соавт., 2008). Информация подобного плана может также являться значимой при обработке результатов донозологических исследований гигиенического и медико-экологического характера.
Вместе с тем, нельзя отрицать, что существенное значение для формирования элементного статуса организма имеет поступление химических элементов из окружающей среды и биогеохимические особенности территории проживания, на фоне которых происходит становление элементного обмена у подростков (Демидов В.А., 2001; Нотова СВ., 2005; Горбачев А.Л. с соавт., 2008; Caroli S. et al., 1992). Действие этих факторов может проявляться в региональных особенностях метаболизма (Егорова Г.А., 2007; Дубовой P.M., Скальная М.Г., 2008).
В связи с вышеизложенным, целью работы стало установление особенностей элементного состава волос у практически здоровых детей 7-14 лет в зависимости от пола, возраста и основных антропометрических параметров, а также территории проживания для последующей разработки нормативов содержания химических элементов в волосах в указанном возрастном диапазоне.
В соответствии с поставленной целью, в исследовании было предусмотрено решение следующих задач:
1. На репрезентативной выборке детей в возрасте 7-14 лет оценить аналитические характеристики многоэлементяого анализа волос с использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).
2. Изучить зависимость элементного состава волос практически здоровых школьников 7-14 лет от возраста и пола.
Исследовать взаимосвязь элементного состава волос обследованных детей и подростков с антропометрическими характеристиками.
Изучить роль эколого-географических факторов в формировании элементного статуса школьников; провести сравнительную оценку элементного состава волос школьников в городах различных регионов России.
Научная новизна
Впервые на репрезентативной выборке изучено содержание основных физиологически значимых химических элементов и их соотношений в волосах детей 7-14 лет, проживающих на территории Российской Федерации. Выявлены половые различия в элементном составе волос, характерные как для школьников в целом, так и для детей школьного возраста на отдельных этапах развития. Прослежены изменения в элементном составе волос, происходящие в ходе роста, развития и полового созревания детей. Показано, что элементный состав волос у детей 7-14 лет существенно меняется с возрастом и зависит, от пола ребенка во всем указанном возрастном диапазоне.
Для детей 7-14 лет проведено сопоставление антропометрических данных с особенностями элементного состава волос. На основе корреляционного анализа с применением непараметрических методов изучены особенности взаимосвязи между содержанием отдельных химических элементов и их соотношениями с одной стороны, и антропометрическими параметрами с другой. Выявлена положительная корреляция размеров тела с уровнем Са, Mg, Zn и отрицательная - с уровнем РЬ. Показано, что на элементный состав волос детей школьного
возраста в крупных городах основное влияние оказывают возрастно-половые и социально-экономические факторы, тогда как экологическая составляющая прослеживается только в дискомфортных с климатогеографической точки зрения условиях проживания.
Теоретическая значимость
Получены данные о существенных различиях в элементном составе волос детей и параметрах элементного гомеостаза в зависимости от ряда естественных факторов, которые могут быть использованы при разработке нормативов по уровню содержания химических элементов в волосах. На основании исследования установлены основные закономерности изменения элементного состава волос детей в ходе роста и развития.
Обоснована необходимость дифференцированного подхода к оценке элементного статуса детей школьного возраста с учетом половозрастных характеристик, в том числе при планировании мероприятий по профилактике и лечению заболеваний, связанных с нарушением элементного обмена.
Внедрение результатов в практику
Результаты исследования внедрены в работу АНО «Центр биотической медицины» и АНО «Сибирский центр биотической медицины», учебный процесс ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» по дисциплинам «Биоэлементы и другие нутриенты», «Физиологические основы здорового питания» и «Медицинская биохимия».
Составлено информационное письмо по профилактике и коррекции выявленных нарушений минерального статуса у детей школьного возраста в различных регионах России (Скальный А.В., Радзинский В.Е., Семятов СМ., Скальная М.Г., Цатурян С.Я., Грабеклис А.Р. Обеспеченность
девочек-подростков ЮЗАО г. Москвы макро- и микроэлементами и пути ее оптимизации. Информационное письмо №13. Утверждено КЗ г. Москвы 02.09.2002 - Москва, 2002. - 16 с).
Разработаны методические рекомендации и методические указания по элементному анализу биологических образцов (Подунова Л.Г., Скачков В.Б., Скальный А.В., Демидов В.А., Скальная М.Г., Серебрянский Е.П., Грабеклис А.Р., Кузнецов В.В., Маймулов В.Г., Лимин Б.В. Методика определения микроэлементов в диагностирующих биосубстратах атомной спектрометрией с индуктивно связанной аргоновой плазмой. Методические рекомендации. Утверждены ФЦГСЭН МЗ РФ 29.01.2003 -М.: ФЦГСЭН МЗ РФ, 2003. - 17 с; Подунова Л.Г., Скачков В.Б., Скальный А.В., Демидов В.А., Скальная М.Г., Серебрянский Е.П., Грабеклис А.Р., Кузнецов В.В., Тимофеев П.В. Методика определения микроэлементов в диагностируемых биосубстратах методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Методические рекомендации. Утверждены ФЦГСЭН МЗ РФ 26.03.2003 - М.: ФЦГСЭН МЗ РФ, 2003. -24 с; Иванов СИ., Подунова Л.Г., Скачков В.Б., Тутельян В.А., Скальный А.В., Демидов В.А., Скальная М.Г., Серебрянский Е.П., Грабеклис А.Р., Кузнецов В.В. Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрией: Методические указания (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03). - М.: ФЦГСЭН МЗ РФ, 2003.-56 с).
Результаты работы использованы при разработке медицинской технологии «Выявление и коррекция нарушений минерального обмена организма человека» (регистрационное удостоверение ФС-2007/128 от 09.07.2007).
Основные положения, выносимые на защиту
Применение многоэлементного анализа волос детей 7-14 лет с использованием методов ИСП-АЭС и ИСП-МС необходимо осуществлять с учетом половозрастных, антропометрических и эколого-географических факторов. Это позволяет повысить точность оценки элементного статуса, особенно в период активного физиологического развития, и рекомендовать определение элементного состава волос в качестве адекватного метода оценки элементного статуса в целях донозологической и клинической лабораторной диагностики. Методика характеризуется высокой информативностью, производительностью, чувствительностью, позволяет определять одновременно более 20 химических элементов.
Основными факторами, оказывающими влияние на элементный состав волос у практически здоровых детей 7-14 лет, являются возраст и пол; в меньшей степени состав волос связан с антропометрическими параметрами (рост, масса тела, индекс массы тела); экологические условия проживания оказывают влияние на состав волос только на территориях с дискомфортными природными условиями.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены на III Международном коллоквиуме «Advances in Trace Elements, Minerals and Vitamins in Humans: Functional and Clinical Aspects» (Monastir, Tunisia, апрель 2002), IX Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, январь 2003), IV Международном симпозиуме «Trace elements in human: new perspectives» (Athens, Greece, октябрь 2003), II Российском конгрессе «Современные технологии в педиатрии и детской хирургии» (Москва, октябрь 2003), VII Международной конференции «Trace element nutrition and human disease» (Bangkok, Thailand, ноябрь
2004), I Съезде Российского общества медицинской элементологии (Москва, декабрь 2004), Международном симпозиуме «Selenium in Health and Disease» (Ankara, Turkey, октябрь 2006), II Международном симпозиуме FESTEM «Trace Elements and Minerals in Medicine and Biology» (Santiago de Compostella, Spain, май 2007), XV Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Ялта-Гурзуф, Украина, июнь 2007), Международной конференции «Effects of Iodine Deficiency and Trace Elements in Human Health» (New Delhi, India, июнь 2008).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 работ в сборниках материалов конференций и симпозиумов, 4 статьи в журналах по перечню ВАК Министерства образования и науки РФ, подготовлено 1 информационное письмо, 2 методических рекомендаций, 1 методические указания ФЦГСЭН МЗ РФ.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения и обсуждения собственных данных, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа проиллюстрирована 9 рисунками и 27 таблицами. Список использованной литературы содержит 189 источников, в том числе 120 отечественных и 69 иностранных.
Участие химических элементов в росте и развитии человеческого организма
Развитие человеческого организма, или онтогенез - это непрерывный процесс, условно делимый на этапы созревания, зрелого возраста и старения. Начальный этап онтогенеза, в течение которого новорожденный превращается во взрослого человека, характеризуется интенсивно протекающими процессами роста и развития. Обмен веществ у детей отличается значительной интенсивностью по сравнению с взрослыми. Если основной обмен у взрослого составляет 23 ккал/кг массы тела в сутки, то у новорожденного - 38-42 ккал/кг, а к полутора годам он достигает 55-60 ккал/кг (Матвеева Н.А., 2000). С возрастом обмен веществ постепенно снижается и приближается к показателям взрослого человека.
В настоящее время накоплен ряд данных, говорящих о том, что в процессе онтогенеза в человеческом организме происходят существенные изменения элементного состава (Скальный А.В., 20006).
Как известно из многочисленных литературных источников (Бабенко Г.А., 1965; Lombeck I. et al., 1988; Kirchgessner M., 1993 и др.), в организме новорожденного содержится максимальное количество большинства химических элементов (так называемое явление сверхзапасания в связи с повышенной потребностью в них организма в период внутриутробного и постнатального развития), но уже в ближайшие 1-3 года жизни наблюдается резкое снижение концентрации этих макро- и микроэлементов в отдельных органах и тканях и в организме в целом. Установлено (Скальный А.В., 20006), что у годовалых детей выявляется максимальное содержание в волосах 13 из 22 проанализированных химических элементов, — К, Na, Fe, Zn, Mn, Se, Cr, Al, Sn, Ni, V, Cd, Pb, -которое затем в течение 1 - 2-х лет снижается, причем особенно существенно в случае К, Mn, Zn (на 30-40 %). Следует подчеркнуть, что содержание остальных элементов у годовалых детей также было повышенным по сравнению со средними показателями в течение жизни. В возрастной группе от 1 года до 3-х лет и у детей 4-6 лет наблюдаются минимальные для всего периода жизни концентрации в волосах Са, Mg, Р, Zn и Si наряду с максимальными показателями Со и Li, что также согласуется с известными представлениями об особенностях элементного обмена в этом возрасте. .Низкое содержание Zn, Mn, Са, Mg, Si и повышенное Со в волосах детей сохраняется до 10-летнего возраста включительно. В период от 1-го до 10-ти лет остаются на повышенном уровне показатели РЬ и Cd.
Судя по коэффициенту накопления как показателю потребности организма в элементе, главная роль в поддержании основных жизненных процессов у годовалых детей принадлежит К, Мп и Zn. В следующем возрастном периоде (от 1 до 6 лет) эти элементы, а также остеотропные Са, Mg, Р, Si, по-видимому, максимально удерживаются в организме, используются в формировании иммунной системы, ЦНС, опорно-двигательного аппарата, кожных и слизистых покровов, расходуются в адаптационно-приспособительных процессах.
У 7-10-летних детей максимально снижено содержание в волосах меди. В предпубертате и пубертате отмечается существенное снижение концентрации в волосах К, Na и повышение Са, Mg, Р, Zn - особенно у девочек и девушек. У них же, но не у мальчиков, прогрессирует падение уровня Fe, достигая своего максимума в 20-25 лет.
В период полового созревания имеет место так называемый пубертатный скачок. Девочки растут наиболее активно в 11-12 лет, мальчики — в 13-14 лет, причем увеличение роста идет в основном за счет конечностей (Са, Р). У девочек в среднем в 13 лет наступает менархе (Fe). У мальчиков в 13-17 лет идет формирование вторичных половых признаков при крайне высокой активности андрогенов (Zn) (Хрипкова, 1981,1982).
Биотические элементы, также как и витамины, необходимы для нормального роста и развития организма. В период пубертатного скачка организм ассимилирует вдвое больше Са, Fe, Zn и Mg, чем в остальное время. За этот период формируется около 45% скелетной массы (Spear В.А., 2000). В возрасте 9-18 лет потребность в кальции для поддержания процесса минерализации скелета в период усиленного роста оценивается в 1300 мг/день, в то время как в возрасте 4-8 лет она составляет 800 мг/день (Lucas В., 2000). Действительная потребность зависит от индивидуального уровня абсорбции и диетарных факторов, таких как богатство пищи белками, витамином D и фосфором.
Как мальчики, так и девочки в пубертатном возрасте испытывают усиленную потребность в железе. У мальчиков прирост мышечной массы сопровождается увеличением объема крови; у девочек повышенная потребность в железе связана с его потерями во время месячных. При этом вторичная железодефицитная анемия в этом возрасте отрицательно сказывается на иммунном статусе организма, а также может приводить к проблемам с кратковременной памятью (Spear В.А., 2000).
Цинк, как известно, необходим для процессов роста и полового развития. Хотя содержание этого микроэлемента в плазме крови в пубертатном возрасте падает, утилизация цинка организмом в этот период значительно интенсифицируется в результате более эффективного использования пищевых ресурсов (Spear В.А., 2000). Исследования В.А. Бацевича и О.В. Ясиной (1989) показывают, что в мужском организме имеет место более жесткий контроль за концентрацией цинка, нежели в женском. Динамика изменения концентраций с возрастом также указывает на существование половых различий. У мальчиков в возрасте 13 лет и более, в отличие от девочек, наблюдается уменьшение концентрации цинка в волосах, что по всей вероятности обусловлено большей потребностью в нем (Бацевич В.А., Ясина О.В., 1989).
Краткая эколого-гигиеническая характеристика обследованных территорий
Москва относится к супериндустриальному, суперурбанизированному региону со сложной эколого-гигиенической обстановкой, с комфортными природными условиями, с достаточно развитой социально-бытовой инфраструктурой. Промышленность Москвы является значительным источником загрязнения атмосферного воздуха и водоемов города более чем 200 вредными веществами. 99% загрязнения атмосферного воздуха специфическими веществами приходится на выбросы промышленных предприятий энергетики, химии и нефтехимии. Автомобильный транспорт и промышленность составляют 90,4% от общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. За период с 1996 по 2007 годы число автомобилей возросло с 600 тыс. до 4 млн., индекс загрязнения атмосферного воздуха в г. Москве увеличился более чем в 10 раз.
Анализ лабораторных данных позволил выявить значительное загрязнение почвы металлами, в том числе и тяжелыми (цинк в Юго-Восточном округе - до 20 ПДК, свинец в Центральном округе - до 11 ПДК, хром в Северо-Восточном округе- до 6 ПДК, никель в Западном округе - до 11 ПДК). Кроме того, по транслокационному показателю отмечается превышение ПДК по мышьяку от 5,5 раз (Северо-Восточный) до 8 раз (Центральный), по воздушно-миграционному показателю - превышение ПДК по сероводороду до 7,5 раз, при этом наиболее загрязненными являются Центральный и Западный округа, а по формальдегиду (превышения составили в 3,8 раза) - Юго-Восточный округ. Превышение ПДК по окиси углерода - 10 раз, углеводородам — 10-12 раз.
Из факторов риска, способствующих возникновению заболеваний, важнейшее место занимают экологические факторы среды обитания города. По результатам социально-гигиенического мониторинга наибольший ущерб здоровью наносит химическая нагрузка, связанная с загрязнением атмосферного воздуха.Санкт-Петербург
Санкт-Петербург относится к супериндустриальному, суперурбанизированному региону со сложной эколого-гигиенической обстановкой, с прекомфортными природными условиями и достаточно развитой социально-бытовой инфраструктурой.
Из 55 тыс. км территории Санкт-Петербурга на долю промышленных зон приходится более 13 тыс. км2. Мощная производственная база с низким техническим уровнем очистных сооружений, все более интенсивное движение автотранспорта, при компактной городской застройке и высокой плотности населения оказывают сильный экологический прессинг на жителей города. В 2000-2002гг. годовое количество техногенных выбросов в атмосферу составляло 467 тыс. тонн. По этому показателю город находится на 14 месте в РФ. Существующая роза ветров способствует перемещению вредных веществ из промышленных в селитебные зоны.
Экологическая ситуация в городе определяется выбросами более 1000 предприятий, крупного железнодорожного узла, самого большого в России морского порта и мощного автотранспортного парка. На многих предприятиях отсутствуют или неэффективно действуют очистные сооружения. Более 70% стационарных источников, выбрасывающих химические вещества в атмосферу, не оснащены газоочистительным оборудованием. Всего в городе насчитывается более 4,5 тыс. стационарных источников, из которых только 25,8% имеют системы очистки. 60% от общего загрязнения воздушного бассейна составляют выбросы автотранспорта.
Городские почвы содержат широкий набор химических элементов-примесей. Так содержание бария, стронция, хрома, никеля, кобальта, мышьяка, селена в 2-3 раза, а олова, свинца, ртути, цинка, меди, кадмия в 4-8 раз превышают местный фон. Нижний Новгород
Нижний Новгород относится к супериндустриальному, суперурбанизированному региону с комфортными природными условиями и удовлетворительно-развитой социально-бытовой инфраструктурой. Территория характеризуется сложной эколого-гигиенической обстановкой, имеет экологический резерв от низкого до среднего.
Город представляет собой крупный промышленный центр с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха и почвы за счет выбросов автотранспорта (83%) и объектов промышленности. Свойственно антропогенное загрязнение почв города железом, марганцем, свинцом, никелем, кадмием. Основные отрасли промышленности: машиностроение (главным образом автомобилестроение и судостроение) и металлообработка, металлургия, радиоэлектроника. С 1989 г. в городе отмечался отрицательный прирост населения с превышением уровня смертности над уровнем рождаемости в 1,8 раза.
Связь элементного состава волос детей 7-14 лет с антропометрическими параметрами
Физическое развитие - один из основных показателей здоровья ребенка. На показатели физического развития детей, по данным литературы, влияют экологическая ситуация на территории проживания, особенности-питания, проживания, этническая принадлежность. Степень отклонения физического развития зависит от силы неблагоприятного фактора, длительности его воздействия, а также от возраста и пола ребенка (Исаев Д.Н., 1996; Филиппова Г.П. с соавт., 2000).
Нами предпринята попытка сопоставить данные о содержании,, основных макро- и микроэлементов в пробах волос с такими показателями как рост и вес у детей различного возраста.
Результаты исследования корреляционных связей между содержанием химических элементов в волосах детей и их антропометрическими показателями показывают наличие целого ряда статистически значимых корреляций (табл. 3.2.1.1, 3.2.1.2). При этом следует отметить, что элементный состав волос в большей степени связан с ростом и весом пациентов, нежели с ИМТ, то есть существенными оказываются не- столько относительные, сколько абсолютные размеры тела.
Несколько более выраженные корреляционные связи наблюдаются для конституциональных параметров не с самим содержанием химических элементов в волосах детей, а с определенными их соотношениями (табл. 3.2.1.3, 3.2.1.4). Так, у мальчиков размеры тела оказываются положительно коррелированы с соотношениями Са/А1, Mg/Al, Ca/Pb, Mg/Pb и Zn/Pb, а также с соотношением Са/Р, и отрицательно — с соотношением K/Na. У девочек, кроме того, наблюдается также положительная корреляция конституциональных параметров с соотношением Zn/Cd.
Положительная связь между уровнями кальция и магния с одной стороны, и размерами тела, прежде всего ростом, с другой, отражает, по всей видимости, участие этих макроэлементов в формировании опорно-двигательной и сердечно-сосудистой систем. При этом, несмотря на то, что кальций и магний тесно связаны в обмене веществ, и их соотношение в организме достаточно стабильно, коэффициенты корреляции для этих элементов существенно различаются. По-видимому, более выраженная зависимость концентрации кальция от размеров тела в значительной степени обусловлена его участием в построении скелета, размеры которого весьма жестко связаны с ростом, в то время как функции, в которых кальций сопряжен с магнием (в том числе и деятельность мускулатуры, объем и активность работы которой широко варьируются) имеют в данном случае меньшее значение. Возможно, дополнительным тому свидетельством является более выраженная разница в коэффициентах корреляции для кальция и магния у девочек по сравнению с мальчиками, поскольку у последних в этом возрасте интенсивность формирования мышечной системы, доля мускулатуры в массе тела и уровень ее активности, как правило, выше.
Интересно отметить, что, несмотря на относительно высокие показатели корреляции размеров тела с содержанием кальция и магния, значение соотношения этих химических элементов в волосах с размерами тела никак не связано.
Связь концентрации натрия и калия с размерами тела, по-видимому, не является непосредственной, но может быть опосредована общими причинами. Известно, что уровень этих электролитов, в особенности калия, отрицательно связан с величиной артериального давления. Недостаточное поступление калия и низкое его содержание в организме обусловливает высокий уровень кровяного давления и повышенный риск развития гипертонии (Suter P.M., 1998). Вместе с тем, в период пубертатного скачка, приходящегося именно на школьный возраст, у детей нередки случаи нарушения регуляции артериального давления по гипертензивному типу, связанные с пубертатными перестройками в сердечно-сосудистой системе и резким увеличением линейных размеров тела (Подростковая медицина, 1999). Таким образом, связь между уровнем калия (и сопряженного с ним в обмене натрия) и размерами тела может объясняться особенностями работы гормональных систем в этом возрасте. В этом отношении показательна также наблюдаемая отрицательная корреляция с соотношением K/Na, отражающая ситуацию, когда у более высоких детей содержание натрия увеличивается относительно содержания калия и, соответственно, увеличивается вероятность развитиягипертензивных состояний.
Связь цинка с увеличением размеров тела может, без сомнения, рассматриваться как прямая, поскольку этот микроэлемент принимает непосредственное участие в процессах, связанных с ростом организма, таких как активация соматотропного гормона, синтез белка, формирование костной и хрящевой ткани и т.д. Таким образом, достаточное количество этого микроэлемента в организме способствует его полноценному росту, в то время как недостаток вызывает замедление ростовых процессов. По-видимому, с ролью цинка связана также тенденция к увеличению размеров тела с ростом соотношения Zn/Cu, поскольку медь является биохимическим антагонистом этого элемента (Spallholz J.E. et al., 1999).
Аналогично, антагонистическими отношениями соответствующих металлов, по-видимому, отчасти объясняется и выраженная положительная корреляция между размерами тела и соотношениями Ca/Pb, Са/А1, Zn/Cd и Zn/Pb. Кроме того, более высокое содержание условно токсичных химических элементов может само по себе оказывать угнетающее влияние на рост и развитие организма, обусловливая положительную связь размеров тела со значениями соотношений Mg/Al, Mg/Pb и вышеупомянутых Ca/Pb, Са/А1, Zn/Cd и Zn/Pb, а также отрицательную - с содержанием самих токсикантов, в частности, свинца.
Региональные различия в элементном составе волос городских детей 7-14 лет
В последние годы пристальное внимание уделяется исследованию элементного состава волос, отражающего как внутреннее состояние организма, так и различные внешние воздействия (Авцын А.П. с соавт., 1991; Скальный А.В., 2004). Волосы как дериват эпидермиса, эволюционно сформировались как один из вспомогательных экскреторных органов, химический состав которых зависит от многочисленных эндогенных и экзогенных факторов. Биохимический состав волос в гораздо меньшей степени в сравнении с биологическими жидкостями подвержен колебаниям.
Волосы являются идеальным объектом для изучения содержания макро- и микроэлементов: их легко собирать, транспортировать и хранить. Они имеют достаточно высокую скорость роста, сочетающуюся с отсутствием метаболической активности у выросшего волоса. Это приводит к накоплению микроэлементов и дает возможность проведения ретроспективных анализов за определенные промежутки времени. И, наконец, волосы отвечают важнейшим требованиям, предъявляемым им как к биопсийному материалу - отражать изменение содержания элементов в организме.
В связи с постоянно увеличивающимся количеством научных исследований по использованию элементного состава волос в качестве методики донозологической гигиенической диагностики, скрининговой медико-экологической оценки на индивидуальном, групповом и популяционном уровнях (Сает Ю.Е. с соавт., 1990; Скальный А.В., 2000а; Юдина Т.В. с соавт., 2003; Haaranalyze ..., 1987; Pangborn J., 1994 и т.д.), представляет несомненный научный интерес сопоставление данных многоэлементного анализа волос с влиянием на организм эколого-географических факторов.
С этой целью нами был проведен сравнительный анализ минерального состава волос детей, проживающих в различных экологических регионах, находящихся на территории России, а именно: гг. Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Тула, Иваново, Иркутск, Новосибирск и Магадан, а также в Московской области.
Результаты изучения минерального состава волос детей 7-14 лет из различных климатогеографических регионов представлены в табл. 4.1.1-4.1.3.
Элементный состав волос жителей г. Москвы и Московской области, в том числе детей и подростков, хорошо изучен многими исследователями (Сает Ю.Е. с соавт., 1990; Бацевич В.А., Ясина О.В., 1989; Скальный А.В. с соавт., 1987-2006; Демидов В.А., 2001; Велданова М.В., 2002; Скальная М.Г., Нотова СВ., 2004; Лобанова Ю.Н., 2007 и др.). В настоящей работе автор сравнивал данные, полученные при изучении МЭ состава волос детей из различных климатографических регионов с данными анализа волос, полученными у детей из Московской области.
Выбор Московской области в качестве региона сравнения сделан потому, что данный регион является комфортным для проживания урбанизированным территориальным образованием с развитой инфраструктурой, относительно высоким уровнем жизни и медицинского обслуживания, высокой долей благоустроенных населенных пунктов сельского типа и населением, хорошо изученным в аспекте элементного состава волос в разных половозрастных и группах (Демидов В.А., 2001).
По сравнению с Московской областью дети из г. Москвы отличаются сниженным содержанием в волосах большинства химических элементов, в том числе макроэлементов кальция (в 1,1 раза, р 0,01), магния (в 1,4 раза, р 0,001), эссенциальных микроэлементов железа (в 1,4 раза, р 0,001), кобальта (в 1,6 раза, р 0,001), марганца (в 1,3 раза, р 0,001), условно эссенциальных микроэлементов кремния (в 1,2 раза, р 0,05), лития (в 2,4 раза, р 0,001), никеля (в 1,3 раза, р 0,05) и таких токсичных химических элементов как свинец (в 1,4 раза, р 0,02) и кадмий (в 1,4 раза, р 0,05). На уровне тенденций сниженное содержание отмечается также для калия, натрия, фосфора, хрома, титана. Повышенное содержание у москвичей по сравнению с жителями области отмечено для меди (в 1,1 раза, р 0,01) и ртути (в 1,6 раза, р 0,05). Из сказанного следует, что в г. Москве относительно повышен риск дефицита жизненно важных элементов и избыточного накопления ртути. Причинами этого явления могут быть как физиологические факторы (гиподинамия, акселерация), отрицательно влияющие на уровень кальция и магния в волосах (Скальная М.Г., 2005), так и экологические, а именно деиндустриализация (более низкий уровень промышленности в целом), более высокое качество водопроводной воды (низкая частота превышения ПДК по Fe, Ni и Мп). Возможно, имеет значение и более низкое потребление жителями мегаполиса молока и молочных продуктов (Са, Mg), грубой растительной пищи (овощи, зелень - Мп, Si, Li), и более высокое — морепродуктов (Hg).
Кроме Москвы, в Европейской части страны нами исследованы образцы волос детей из мегаполисов Санкт-Петербурга и Нижнего Новгорода, а также городов Иваново и Тулы.
Дети из Санкт-Петербурга отличаются от группы сравнения пониженным содержанием в волосах кальция (в 1,4 раза, р 0,001), магния (в 1,6 раза, р 0,001), калия (в 1,7 раза, р 0,02), натрия (в 1,5 раза, р 0,01), а также кобальта (в 2 раза, р 0,001), лития (в 3,8 раза, р 0,001), свинца (в 1,6 раза, р 0,05) и кадмия (в 1,6 раза, р 0,01), на фоне повышенного содержания мышьяка (в 2,2 раза, р 0,01) и ртути (в 1,9 раза, р 0,05). На уровне тенденции в Санкт-Петербурге можно отметить также пониженное содержание хрома.
В Нижнем Новгороде дети отличаются еще более низким содержанием кальция, магния, хрома в волосах, относительно низким уровнем фосфора, цинка, марганца, селена, а также олова, лития, алюминия, мышьяка, кадмия; лишь содержание свинца достоверно превышает его уровень в Московской области. Показатели уровня кальция и магния в этом городе самые низкие для Европейской части России. В свою очередь, дети из г. Иваново отличаются минимальным для Европейской части уровнем калия, натрия, железа и кремния. У детей из этого города также отмечаются низкие показатели уровня кальция и магния в волосах, сниженный уровень алюминия, лития, никеля и титана. Таким образом, несмотря на высокую степень индустриализации в гг. Нижний Новгород и Иваново, в этих нечерноземных, с бедными микроэлементами малоурожайными почвами регионах отмечается крайне низкая степень накопления как эссенциальных, так и большинства токсичных химических элементов в волосах по сравнению с Московской областью.
