Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика микроэлементозов человека и их диагностика (обзор лтературы)... 12
1.1. Химические элементы в окружающей среде 12
1.2. Микроэлементозы: влияние на функциональное состояние человека.. 22
1.2.1. Особенности кумуляции Cd и РЬ в организме и ее отдаленные последствия 23
1.2.2. Роль эссенциальных микроэлементов (Fe, Zn, Си) в жизнедеятельности организма 35
1.3. Микроэлементный состав производных эпидермиса как маркер различных микроэлементозов 40
Глава 2. Организация и методы исследования 46
2.1. Организация исследования 46
2.2. Методы исследования 48
2.2.1. Определение концентрации металлов в волосах и ногтях 48
2.2.2. Определение показателей физического развития 50
2.2.3. Методика исследования системы кровообращения и ее регуляторных механизмов 50
2.2.4. Метод определения функционального состояния гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы 52
2.2.5. Методы определения функционального состояния гииоталамо-гипофизарно-гонадной системы 53
2.2.6. Методы исследования функционального состояния центральной нервной системы 54
2.2.7. Психологические методики экспериментального исследования... 55
22.7. /. Методика определения уровня невротизации и психопатизации
(УНП) 55
2.2.7.2. Определение уровня тревожности 56
2.2.7.3. Определение уровня школьной мотивации 57
2.2.8. Определение познавательных способностей 58
2.3. Методы статистической обработки результатов 58
Глава 3. Психофизиологическая характеристика подростков, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды 59
3.1. Содержание металлов в волосах и ногтях подростков, проживающих в условиях различного экологического окружения 59
3.2. Физическое развитие школьников, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды 63
3.3. Состояние кардиореспираторной системы у подростков, проживающих в химически загрязненной районе 66
3.4. Гормональный статус подростков, проживающих в условиях химического заі рязнения окружающей среды 74
3.5. Особенности функционального состояния центральной нервной системы подростков, проживающих в химически загрязненном районе 78
3.6. Особенности психического статуса и школьной мотивации у подростков, проживающих в химически загрязненных районах 82
3.7. Особенности развития познавательных способностей у подростков, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды... 93
3.8. Корреляционные отношения между уровнем микроэлементов в волосах и ногтях, показателями психического статуса, функциональным состоянием ЦНС и ведущих адаптационных систем организма 104
3.9. Дисперсионный и факторный анализ 111
Обсуждение результатов исследования 116
Заключение 132
Выводы 133
Список литературы
- Химические элементы в окружающей среде
- Роль эссенциальных микроэлементов (Fe, Zn, Си) в жизнедеятельности организма
- Определение концентрации металлов в волосах и ногтях
- Содержание металлов в волосах и ногтях подростков, проживающих в условиях различного экологического окружения
Введение к работе
Актуальное і ь исследования. В Российской Федерации 109 млн. человек проживают в условиях экологического неблагополучия, что составляет 73% всего населения (Утенина В.В. с соавт., 2002). Отходы и побочные продукты производств, ядохимикаты, сбросные воды, шлаки, зола и газы, отходы транспорта, предприятий тяжелой промышленности, содержат большое количество тяжелых металлов, среди которых наиболее токсичными являются свинец и кадмий (Ван Мансвельт Я.Д., Мюллер Дж., 1994; Кочуров Б.И., 1995; Candelaria L.M., Chand А.С., Amrhein С, 1995; Sevaljeic М. et al., 2000).
Тяжелые металлы, благодаря высокой миграционной способности, склонности к высокой биоаккумуляции, низкой степени выведения и длительному периоду полураспада, попав в продукты, ухудшают их санитарные качества, а при содержании выше допустимых уровней они представляют опасность для здоровья человека (Воронов СИ., 1999; Litminezuk A. et al., 1999).
Проживание на территории, характеризующейся определенным уровнем содержания микроэлементов (МЭ) в объектах окружающей среды, обусловливает определенный микроэлементный состав биосред организма. Химический гомеостаз является необходимым компонентом сохранения здоровья, а избыточный или недостаточный уровень содержания микроэлементов в организме может являться показателем, как состояния здоровья, так и характеристикой экологического неблагополучия окружающей среды (Чеснокова Л.А., 2004). В качестве маркера экологического неблагополучия и нарушения химического гомеостаза могут выступать волосы и ногти, поскольку они наряду с другими биосубстратами (кровь, моча и др.) аккумулируют МЭ, поступающие в организм с питьевой водой, пищей, воздухом (Юдина Т.В. и соавт., 1988; Ревич Б.А., 1990; Скальный А.В., Есенин А.В., 1997; Сидоренко Г.И. и соавт., 1998).
Однако рабо г, в которых была бы дана комплексная оценка нарушений микроэлементного состава волос и ногтей, включающая ряд тяжелых (Pb, Cd) и эссенциальных элементов (Zn, Си, Fe) мы не обнаружили. В то же время известно, что в целостном организме отдельные элементы могут вступать в антагонистические и синергические отношения, уменьшая или потенцируя эффекты друг друга (Агаджанян Н.А. и соавт., 2001). С учетом вышеизложенного особую актуальность приобретают комплексные исследования влияния нарушений микроэлементного состава биосред на организм человека.
Особенно актуальна проблема гипо- и гипермикроэлементозов детского организма, отличающегося от взрослого незавершенностью процессов биологического и психического развития (Цыганкова М.П., 1998; Студеникин М.Я., Ефимова А.А., 1998; Безруких М.М., Фарбер Д.А., 2000; Губарева Л.И., 2001), поскольку как недостаток, так и избыток микроэлементов являются факторами риска развития патологических изменений в организме, в том числе психических заболеваний (Положий Б.С. и соавт., 1997; Платонов Г.Г., 1994; Агаджанян Н.А., 1999; Голдовская Л.Ф. и соавт., 2000; Ахвердова О.А., Гюлушанян К.С., Боев И.В., 2003; Goldsmith Е., 1980; Castilia Е. et al., 2000 и др.). Важное значение имеет поиск маркеров, позволяющих проводить своевременную диагностику микроэлеменюзов.
Цель работ: выявить особенности функционирования ведущих адаптационных систем и психофизиологический статус подростков 13 лет при дисбалансе микроэлементов, детерминированном химическим загрязнением окружающей среды.
Задачи исследования.
1. Определить содержание микроэлементов (Cd, Pb, Zn, Fe, Си) путем биохимическою анализа производных эпидермиса (волосы, ногги) у подростков 13 лет, проживающих в разных экологических условиях, с целью выявления микроэлементозов.
Провести комплексное исследование функционального состояния ведущих адаптационных систем: кардиореспираторной, гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной (ГТАКС), гипоталамо-гипофизарно-гонадной (ГГГС), центральной нервной у подростков, проживающих в разных экологических условиях. Дать оценку уровня тревожности, невротизации и исихопатизации.
Изучить степень развития познавательной сферы и школьной мотивации у подростков 13 лет, проживающих в разных экологических условиях.
Провести корреляционный и факторный анализ для выявления взаимосвязей между нарушением микроэлементного состава и особенностями психосоматического развития подростков 13 лет, проживающих в химически загрязненном районе.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное исследование содержания микроэлементов, функционального сосюяния основных физиологических систем организма и психического статуса у подростков 13 лет, проживающих в условиях антропогенного химического загрязнения окружающей среды. Впервые установлено, что хроническое экзогенное поступление подпороговых доз Cd и РЬ приводит к повышенному накоплению тяжелых металлов в волосах и ногтях человека и, как следствие, к снижению содержания эссенциальных элементов (Zn, Fe) в производных эпидермиса, что обусловливает одновременно наличие іипер- и гипомикроэлементозов. Более информативным биосубстратом выявления микроэлементозов являются волосы.
Впервые в условиях естественного эксперимента проведена многопараметрическая оценка сочетанного влияния Cd и РЬ на физическое развитие и состояние ведущих адаптационных систем в критический период онтогенеза - пубертатный. Подростки 13 лет, проживающие в условиях химического загрязнения окружающей среды, по сравнению со сверстниками, проживающими в экологически благополучных районах,
характеризуются меньшими величинами росто-весовых показателей, жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и более высокими величинами артериального давления и частоты сердечных сокращений (ЧСС). У подростков, проживающих в неблагоприятных экологических условиях, выявлено большее напряжение центральных механизмов регуляции хронотропной функции сердца, стойкое повышение функциональной активности ГГАКС и ГГГС, андрогенизация женского организма, а также снижение лабильности ЦІ 1С; торможение когнитивных процессов и процессов сенсорной дифференцировки; повышение уровня невротизации, психопатизации, общей, школьной, самооценочной и межличностной тревожности, снижение уровня школьной мотивации.
По снижению величины коэффициентов корреляции построен ряд убывания степени негативного влияния гипо- и гинермикроэлементозов на функционирование адаптационных систем организма. Наиболее опасным для организма человека в пубертатный период является свинцовый гипермикроэлементоз, а также дефицит цинка и железа.
Теоретическая значимое і ь исследования. Химическое загрязнение среды постоянного проживания, в том числе подпороговыми дозами тяжелых металлов, вызывает комплекс неблагоприятных изменений организма подростков 13 лет, характеризующийся гипермикроэлементозом (Cd, Pb) и гипомикроэлементозом (Fe, Zn), напряжением функционирования кардиореспираторной, центральной нервной систем, ГГАКС, ГГГС, а также снижением внимания, памяти, мышления и восприятия, школьной мотивации и повышением уровня невротизации, психопатизации и тревожности.
Полученные новые данные, указывающие на неспецифический характер реакции организма на нарушение микроэлементного состава (сочетанное повышение концентрации РЬ и Cd и понижение концентрации Zn и Fe), углубляют и расширяют представления о микроэлементозах.
Практическая значимость исследования. Проведенное исследование демонстрирует высокую прогностическую и диагностическую ценность
определения микроэлементного состава волос и ногтей для выявления характера и степени нарушений функционирования ведущих адаптационных систем - сердечно-сосудистой системы (ССС), ГГАКС, ГГГС, ЦІ 1С, определяющих физическое, психическое, интеллектуальное развитие и демографическую ситуацию в обществе.
Выявленные в ходе исследования микроэлемент озы, отклонения функции ССС, ГГАКС, ГГГС и ЦНС доказывают необходимость мониторинга микроэлементного состава питания как одной из причин дисбаланса МЭ, и своевременной коррекции различных алиментарных дефицитов организма, находящегося под влиянием длительного воздействия химических факторов среды.
Полученные данные представляют интерес с позиции охраны здоровья населения, разработки гигиенических оздоровительных мероприятий, направленных на снижение негативного эффекта химических факторов внешней среды на формирующийся организм. Результаты исследований представляют интерес для психофизиологов, экологов, психологов, физиологов, эндокринологов, медицинских и научных работников, изучающих влияние различных по генезу, но сходных по воздействию факторов среды на состояние здоровья детей и подростков, занимающихся поисками новых путей повышения адаптационных возможностей организма. Они позволяют рекомендовать определение микроэлементного состава волос и ногтей для скрининговых исследований, мониторинга окружающей среды как один из наиболее информативных, удобных и безболезненных для исследования показатель дисбаланса микроэлементов в организме, являющийся причиной возникновения нарушений психосоматического здоровья.
Материалы могут быть использованы специалистами, работающими в области возрастной и экологической физиологии, психофизиолоіии, эндокринологии, практическими психологами, врачами для выявления групп
риска формирования невротических, психосоматических и неврозоподобных расстройств, групп психопрофилактики и психокоррекции. Основные положения, выносимые на защиту.
У 13-летних подростков, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды, выявлено нарушение баланса микроэлементов в организме, о чем свидетельствует повышение концентрации тяжелых металлов (Cd, Pb), снижение содержания эссенциальных элементов (Fe, Zn) и незначительное увеличение уровня Си в волосах и ногтях. Более информативным биосубстратом выявления микроэлементозов являются волосы.
Выявлены негативные изменения показателей физического развития, функционирования ведущих адаптационных систем - кардиореспираторной, ГГАКС, ГГГС, центральной нервной системы (ЦЫС), психических и личностных особенностей, развития когнитивной функции у подростков 13 лет, проживающих на территории с техногенной нагрузкой, включающей подпороговые дозы РЬ и Cd.
Установлены взаимосвязи повышенного содержания РЬ и Cd и пониженного содержания Fe и Zn в волосах и ногтях с показателями физического развития, а также с параметрами, характеризующими функциональное состояние кардиореспираторной, вегетативной, эндокринной и центральной нервной систем, психический статус и познавательную сферу подростков 13 лет, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды.
Внедрение результатов исследования. Результаты научных исследований внедрены в МОУ СОШ № 8 г.Невинномысска, в курсы лекций, лабораторные и практические занятия по дисциплинам «Психофизиология», «Физиология центральной нервной системы», «Антропология», «Возрастная анатомия, физиология и гигиена», «Физиология ВИД и сенсорных систем», спецкурсов «Экология человека», «Психонейроэндокринология»,
«Прикладная и коррекционная психофизиология» в Ставропольском государственном университете.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях различного ранга: I Съезде физиологов СНГ (Дагомыс, 2005), XIX съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), научных конференциях с международным участием Российской Академии Естествознания «Экологический мониторинг» (Турция, 2006; Москва, 2006), III международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и сохранение природно-ресурсного потенциала» (Ставрополь, 2006), VII Всероссийской конференции «І Іейрозндокринология - 2005» (Санкт-Петербург, 2005), Всероссийской научной конференции «Психология перед вызовом будущего» (Москва, 2006), Всероссийской научной Интернет-конференции «Пути становления субъекта в информационном обществе» (Ставрополь, 2004), межрегиональной конференции «Физиологические проблемы адаптации» (Ставрополь, 2003), XXXI научной конференции студентов и молодых ученых вузов южного федерального округа (Краснодар, 2004), 49-51 региональных научно-практических конференциях «Университетская наука-региону» (Ставрополь, 2004-2006).
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и струкгура диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах, иллюстрирована 22 таблицами, 14 рисунками. Работа включает введение, обзор литературы, главы организация и методы исследования, результаты собственных исследований, заключение, выводы, библиографический указатель, включающий 292 источника, в том числе 222 отечественных и 70 зарубежных, и 5 приложений.
Работа выполнена по заказу Главного Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Ставропольскому краю. Научные исследования поддержаны также грантом РГНФ №06-06-18005с.
Химические элементы в окружающей среде
Все живые существа на 99% состоят из 12 наиболее распространенных элементов, входящих в число первых 20 элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Это основные или «структурные» элементы, присутствие которых в живом организме связано в первую очередь с их огромным содержанием в биосфере. Кроме того, во всех организмах находится небольшое количество более тяжелых элементов. Из 92 встречающихся в природе элементов, 81 обнаружен в организме человека (Авцын А.П. и соавт., 1991). Все минеральные элементы делят на три группы в соответствии с их содержанием в организме: макроэлементы, микроэлементы (МЭ) и ультрамикроэлементы. Микроэлементы - группа химических элеменюв, которые содержатся в тканях человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10 3-10"12%. МЭ - это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической сисіемьі, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития.
В настоящее время выделены две группы микроэлементов. Во-первых, это эссенциальные МЭ, являющиеся незаменимыми нутриентами - железо (Fe), цинк (Zn), медь (Си), хром (Сг), селен (Se), молибден (Мо), йод (I), кобальт (Со), никель (Ni), ванадий (V), мышьяк (As), литий (Li), кремний (Si), фтор (F), марганец (Мп), а также условно эссенциальные: бром (Вг), бор (В) (Авцын А.П. и соавт., 1991; Агаджанян II.А., Велданова М.В., Скальный А.В., 2001).
Вторую значительную группу элементов составляют токсичные элементы, (Аіаджанян Н.А., Велданова М.В., Скальный А.В., 2001), к которым относятся кадмий (Cd) и свинец (РЬ). Тем не менее, в учении о микроэлементах особенно видна справедливость слов Парацельса о том, что нет токсичных веществ, а есть токсичные дозы.
Микроэлементы обладают широким спектром синергических и антагонистических взаимоотношений. Синергистами считают элементы, которые: а) взаимно способствуют усвоению друг друга в желудочно-кишечном тракте; б) взаимодействуют в осуществлении какой-либо обменной функции на тканевом и клеточном уровне (Mertz W., 1985, Momcilovic В., 1988; Kirchgessner М., 1993). Антагонистами можно считать элементы, которые: а) тормозят абсорбцию друг друга в желудочно-кишечном тракте; б) оказывают противоположное влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме. В отличие от синергизма, который чаще всего бывает взаимным, антагонизм может быть либо обоюдным, либо односторонним. Так, фосфор и магний, цинк и медь взаимно тормозят абсорбцию друг друга в кишечнике, а кальций ингибирует абсорбцию цинка и марганца (но не наоборот) (Passwater R.A., Cranton Е.М., 1983; Kaim W., Schwederski В., 1995).
Антагонистами среди металлов также являются Zn и Cd, Zn и РЬ, V и Cr, As и Se, Zn и Си, Са и Fe (Momcilovic В., 1988; Ревич Б.А., 1990; Kaim W., Schwederski В., 1995; Скальный А.В., 1999; Агаджанян Н.А., Велданова М.В., Скальный А.В., 2001). Имеются также данные, что Fe може г заметно изменить аккумуляцию Cd: достаточное количество Fe в крови, по-видимому, тормозит накопление Cd (Окружающая среда..., 1993; Дончснко Л.В., Падыкта В.Д., 2001). Иногда антагонизм выполняет защитную роль в отношении биохимических функций и лишь при резком нарушении соотношения ионов наблюдаются отклонения в уровне обменных процессов (Kirchgessner М., 1993). В основе этих взаимодействий лежит физико-химическая аналогия элементов, их способность к комплексообразованию, большее или меньшее сродство к соответствующим активным группировкам биополимеров (Москалев Ю.И., 1985; Ершов Ю.А., Плетнева Т.В., 1989), причем, чем выше комплексообразующая способность элемента, тем бысгрее металл-токсикант будет включаться в процессы метаболизма в клетке.
Известно, что некоторые витамины оказывают существенное влияние на обмен микроэлементов в организме (Ребров В.Г., Громова О.А., 2003). Например, большие дозы витамина D действуют как противоядие при отравлении Cd (Дончснко Л.В., Надыкта В.Д., 2001). Аскорбиновая кислота способствует восстановлению трехвалентного железа в двухвалентное. Она образует комплекс Fe, растворимый в кислой среде желудка, и поддерживает растворимость этого биотика в щелочной среде тонкой кишки (Иавосолодин В.В., Русин В.Я., 1996). Этот витамин способствует также поддержанию нормального уровня Си, Mn, Zn во внутренних органах животных. Имеются сведения о взаимосвязи витамина Е с Си, Mn, Fe и Со. Его недостаток указывает на обеднение большинства тканей организма Си (Смолинская В.А., 1968). Исследования, проведенные на животных, показали наличие взаимосвязи между витаминами А, Д, С и В\ и Си, Мп и Zn.
Роль эссенциальных микроэлементов (Fe, Zn, Си) в жизнедеятельности организма
Как уже отмечалось, Fe, Zn, Си относятся к эссенциальным микроэлементам, то есть являются незаменимыми нутриентами (Скальный А.В., 2001).
Сложность проблемы состоит в том, что сами эссенциальные микроэлементы при определенных условиях могут вызывать токсические реакции, а отдельные токсические микроэлементы при определенной дозировке и экспозиции могут обнаруживать свойства эссенциальных (Агаджанян П.А., Велданова М.В., Скальный А.В., 2001).
Наиболее часто подвергаются нарушениям обмена, связанным с химическим содержанием элементов в организме дети и подростки.
В настоящее время, немало внимания уделяется изучению обмена Fe в организме человека, его дефициту и избытку. Установлено, что около 65% Fe, находящеюся в организме, входит в состав гемоглобина, 4% - в состав миоглобина и 29% связано с ферритином. Определенное количество железа участвует также в реакциях биологического окисления в составе активных групп специфических энзимов - железопротеидов. Кроме того, Fe является составной частью многочисленных комплексов, которые делают возможным формирование электронно-транспортных цепей, необходимых для осуществления физиологических функций организма.
Обмен Fe отличается своеобразием. Сущность его заключается в том, что Fe, получаемое при распаде гемоглобина, связывается, сохраняется организмом и снова используется для синтеза гемоглобина. Усвоение железа из пищи бывает необходимым только при потере, и оно происходит с помощью ферритина (Чевари С, Аноял Т., 1987).
Известно, что в клетках имеется большое количество слабосвязанного, леїкодиализуемого двухвалентною Fe, названного «свободным железом», локализованною в основном в растворимой фазе клетки - цитозоле. Эта форма Fe необходима для функционирования ряда ферментов, для синтеза ДНК, для клеточного деления. Fe, попадая в организм, поступает в цитозоль, затем переходи і в мембранные структуры и далее частично переходит в железодепонирующие системы или выводится из ткани. Установлено, что не происходит обмена между вновь поступившим и собственным свободным железом (Тарасова Н.И., Ванин А.Ф., 1981).
Недостаточное поглощение Fe из рациона, обусловленное либо недостаточным поступлением его с пищей, либо присутствием его в потребляемых продуктах в трудноусвояемой форме, неизбежно приводит к его дефициту и как следствие развивается анемия (Зиглер Э.Е., 1999). По данным того же автора, на первом месте по низкому содержанию Fe стоит грудное молоко. В коровьем молоке также мало Fe. К тому же оно препятствует поглощению Fe из других источников и может спровоцировать скрытое кишечное кровотечение у некоторых детей. Обогащенные Fe детские смеси и мясо позволяют предотвратить развитие дефицита Fe.
Увеличение концентрации Fe в моче у детей и взрослых является индикатором анемии (Суханов Ю.С., 1982).
Обмен Fe у беременных и детей раннего возраста отличается рядом особенностей (Ходжаян А.Б., 1999). Автор отмечает наличие прямой зависимости между истощением запасов Fe в организме женщин и беременностью. Известно, что транспорт Fe от матери к плоду осуществляется против градиента концентрации. В результате этого в пуповинной крови у здоровых новорожденных уровень Fe выше, чем у матерей. Накопление Fe у плода происходит с 18 недели внутриутробной жизни. Основными депо являются печень, костный мозг и селезенка. Общее его содержание в организме недоношенных новорожденных и у детей женщин с осложненным течением беременности значительно ниже, чем у доношенных здоровых новорожденных детей и их матерей.
Существенное влияние на обмен МЭ в организме оказывают витамины. У больных железодефицитной анемией весьма часто проявляется ярко выраженный дефицит фолиевой кислоты, рибофлавина и витаминов групп В и С, в результате которого ухудшается абсорбция Fe (Смирнов М.И., 1974; Насолодин В.В., Русин В.Я. с соавт., 1996; Powers H.J. и соавт., 1987).
Дефицит Fe в раннем возрасте оказывает необратимое воздействие на биохимические процессы, протекающие в головном мозге, его функцию, а также на поведение. Железодефицит проявляется на поздних стадиях гипохромной анемией. Тяжелый дефицит Fe во внутриутробном периоде и раннем детском возрасте ведет к изменениям черепа: многоугольная форма с выступающим лбом и скуловыми костями (Алексеева О.Г., Дуева Л.А., 1978; Авцын А.П., Жаворонков А.Л., Риш М.А., 1991).
Не исключается, что Fe участвует в синтезе тиреоидных гормонов или ею дефицит снижает абсорбцию йода (Report of..., 1999; Zimmermann М. et al., 2000).
Определение концентрации металлов в волосах и ногтях
В 1955 юду работы А. Уолша положили начало развитию метода атомной абсорбциометрии, основанного на изменении степени поглощения атомами определяемого элемента излучения стандартною источника света. Поглощать излучение, обладающее дискретными значениями энергии, моїуг атомы, находящиеся в основном состоянии. Поэтому для наблюдения атомной абсорбции достаточно перевести определяемый элемент в атомный пар.
Нами был использован атомно-абсорбционный спектрофоюмегр Perkin-Elmer 2280 (США). Прибор снабжен микрокомпьютером. Эю позволяет получить показания непосредственно в единицах концентраций элементов на встроенном четырехзначном индикаторе. Градуировка и калибровка заложены в программу работы микрокомпьютера, по окончании анализа прибор позволяет получить среднее значение концентрации элемента в анализируемой пробе.
Атомно-абсорбционный анализ является традиционным методом определения следов металлов в биологических объектах. Он обеспечивает высокую чувствительность и точность определения как распространенных, так и редких элементов (в том числе и опасных для здоровья) в широком диапазоне концентраций (Васильева Л.А., Гринштейн И.Л., Полякова Л.П., 2000).
Исследование проб проводили на базе научно-образовательного цен фа «Технологии живых систем» Ставропольского государственного университета в соответствие с требованиями ГОСТ.
Подготовку проб и сухое озоление волос и ногтей проводили в соответствие с требованиями ГОСТа 26929-86.
Определение концентрации микроэлементов проводили атомно-абсорбционным методом: кадмия - в соответствие с ГОСТом 26933-86; свинца - в сооїветствие с ГОСТом 26932-86; железа - в соответсівие с ГОСТом 26928-86; цинка - в соответствие с ГОСТом 26934-86; меди - в соответствие с ГОСТом 26931-86.
В качестве контрольного раствора при анализе берем точный раствор (ГСО - государственный стандартный образец) солей Cd, Pb, Fe, Zn, Си.
В результате анализа на приборе Perkin-Elmer 2280 мы получаем значение концентрации элемента в мкг/мл. Для определения содержания элемента в сухом веществе (мкг/мг или мг/кг) вели расчет по формуле: ОДУ , m где С - единицы концентрации вещества; Д - степень разбавления образца; V - объем пробы (25мл); m - масса навески.
Определение показателей физического развития - длины тела, массы тела, жизненной емкости легких (ЖЕЛ) проводили по стандартным методикам (Губарева Л.И., Мизирева О.М., Чурилова Т.М., 2003).
Индикатором адаптационных возможностей целостного организма является система кровообращения (Баевский P.M., 1979, 1984). Это обусловлено ведущей ролью системы кровообращения в приспособительных реакциях органи ша, которые сводятся к обеспечению необходимого уровня энергетических и метаболических процессов. Сказанное, в свою очередь, определяет необходимость использовать анализ наиболее доступною показателя системы кровообращения - ритма сердца. Именно изучение вариабельности кардиоинтервалов позволяет выяснить степень активности различных звеньев регуляторного механизма и составить представление о выраженности общей адаптационной реакции организма на то или иное воздействие.
Принцип метода состоит в изучении закона распределения кардиоинтервалов как случайных величин в исследуемом ряду их значений. При этом строится вариационная кривая (вариационный ряд).
Запись и анализ кардиоинтервалов проводили с помощью автоматизированного компьютерного прибора «Мир-05». Статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов включали: математическое ожидание (М), частоту сердечных сокращений (ЧСС) и среднее квадратичное отклонение (а).
Содержание металлов в волосах и ногтях подростков, проживающих в условиях различного экологического окружения
Как уже говорилось, микроэлементный состав производных эпидермиса отражает суммарное поступление ксенобиотиков в организм человека, а также является маркером микроэлементозов, то есть элементного дисбаланса.
Результаты биохимического исследования волос и ноггей представлены в таблице 6. Согласно данным таблицы 6, химическое загрязнение окружающей среды приводит к достоверному (Р 0,05-0,001) повышению накопления тяжелых металлов (Cd, Pb) в волосах и менее выраженному в ногтях у подростков, проживающих данной среде. Так, концентрация Cd в волосах школьников 13 лет из химически загрязненного района в 1,9 раз превышала таковой показатель в контрольной группе; в ногтях - в 1,1 раза. Причем, содержание Cd у мальчиков, проживающих в эконеблагополучном районе, выше, чем у девочек как в волосах, так и в ногтях, что указывает на более высокую степень кумуляции Cd в мужском организме.
Уровень Pb и в волосах, и в ногтях подростков 13 лет, проживающих в условиях химического загрязнения окружающей среды достоверно (Р 0,05-0,001) выше (в 1,5 раза), чем у учащихся из экологически благополучного района. Достоверных половых различий концентраций Pb в производных эпидермиса не выявили.
Избыточное накопление Cd и Pb, выявленное нами в организме подростков, проживающих в условиях химического заірязнения окружающей среды привело к нарушению концентрации эссенциальных МЭ в производных эпидермиса.
У подростков, проживающих в химически загрязненном районе наблюдается досюверное (Р 0,01) снижение (в 3,4 раза) уровня Fe в волосах, по сравнению с контролем. При этом у девочек из экологически неблагоприятною района концентрация Fe в волосах была в 4,9 раза ниже, чем у девочек, живущих в экологически благоприятных условиях, у мальчиков - в 2,1 раза. Можно предположить, что данный факт обусловлен гормональными изменениями, связанными с половым созреванием и появлением первой менструации у девочек 13 лет, сіановлением менструальної о цикла, что приводит к большим потерям Fe. Уровень Fe в ноггях подростков, проживающих ниже, чем в экологически благополучном, однако различия менее выражены. Следует отмети іь, что в ноітях содержание Fe у девочек значимо меньше, чем у мальчиков (Р 0,05).
Таким образом, снижение уровня Fe в волосах и ногтях школьников 13 лет из химически загрязненного района может свидетельствовать о дефиците этого эссенциального МЭ в организме детей, что может в дальнейшем явиться причиной развития железодефицитной анемии и других функциональных нарушений.
Анализ содержания Zn в волосах и ногтях школьников 13 лет, проживающих в условиях различного экологического окружения, выявил достоверное (Р 0,001) его снижение у подростков экспериментальной группы, по сравнению с контролем, причем в волосах содержание Zn было снижено в 2,3 раз у мальчиков и в 3,1 раз у девочек, в ногтях -соответственно в 2,6 и в 2,4 раз. По абсолютным величинам содержание Zn в производных эпидермиса у девочек, проживающих в химически загрязненном районе ниже, чем у мальчиков из тою же района (Р 0,05).
Снижение уровня Zn в производных эпидермиса школьников указывает на уменьшение количества данного МЭ в организме, и, в совокупности с вышеизложенными изменениями МЭ состава, вполне может быть причиной выявленных нами нарушений физического и психического развития, задержки полового развития, нарушений функционирования ведущих адаптационных систем и развития целого ряда заболеваний (заболевания желудочно-кишечного тракта, пищевая и кожная аллергии, снижение иммунитета и др.), процент встречаемости которых в химически загрязненных районах выше, чем в экологически благополучных. У подростков при дефиците Zn повышается предрасположенность к алкоголизму, іак как названный МЭ входит в состав фермента алкоїольдегидроїеназы.
Уровень Си в волосах и ногтях подростков, проживающих в различных экологических условиях, значительно не отличается: уровень Си в производных эпидермиса подростков опытной группы в 1,1 раз выше, чем в контрольной группе. У девочек концентрация Си в волосах была выше, чем у мальчиков, причем таковые различия в контрольной группе составили 2,2 раза (Р 0,01), а в опытной группе - 1,2 раза. Напротив, уровень Си в ногтях подростков 13 лет оказался выше у мальчиков по сравнению с девочками - в 1,4 и 1,3 раза соответственно.
Таким образом, на фоне повышенного поступления в организм из окружающей среды соединений Cd и РЬ наблюдается снижение процесса усвоения эссенциальных элементов - Zn, Fe, а также нарушение обмена Си. Особого внимания заслуживает факт высокой информативной значимости показателя содержания токсичных и эссенциальных МЭ в волосах.
Известно, что, функциональными антагонистами Zn являются Си, Cd, РЬ; усвоению Fe, поступающего с пищей в организм, препятствуют соли Cd, накапливающиеся в избытке. В научной литературе имеются данные о роли рассматриваемых МЭ в жизнедеятельности организма, их позитивном и негативном влиянии, однако работ, в которых проводилось комплексное исследование влияния изменения микроэлементного состава в такой совокупности (Cd, Pb, Fe, Zn, Си) мы не обнаружили, поэтому был проведен корреляционный и факторный анализ с целью выявления взаимосвязей и взаимозависимостей между нарушением микроэлементного состава и отклонениями психосоматического развития.
