COMPARATIVE INDICATORS OF IRON AND MANGANESE CONTENT IN THE HAIR OF WOMEN LIVING IN THE NORTHERN REGION WITH DIFFERENT TREATMENT OF DRINKING WATER

Full Text

Одним из важных факторов формирования здоровья и качества жизни населения является питьевая вода. На современном этапе на долю Российской Федерации, где проживает, по разным оценкам, от 2,5 до 4,0 % жителей Земли, приходится примерно пятая часть ресурсов пресной воды, то есть на одного гражданина страны приходится в 10 раз большее количество воды, чем в среднем на одного жителя Земли. Несмотря на то, что Россия является водной державой, проблема обеспечения населения доброкачественной питьевой водой вызывает серьезную озабоченность [16]. 4 Экология человека 2018.04 Окружающая среда Обеспечение населения качественной питьевой водой является одной из важнейших проблем. Токсикологическая и микробиологическая безопасность потребления воды в питьевых целях, достаточное ее количество - одно из основных условий санитарно-эпидемиологического благополучия населения и устойчивого развития общества [3, 14, 22]. Сохранение здоровья населения в экстремальных условиях Севера является актуальной задачей нашего времени, особенно в связи с возрастанием социальной значимости этого региона, богатого сырьевыми ресурсами. Города и населенные пункты Ханты-Мансийского автономного округа - Югры (ХМАО), являясь северными территориями, отличаются специфическими климатическими, экологическими и гигиеническими условиями проживания населения. Многочисленными авторами установлено, что практическая значимость сведений об особенностях элементного портрета жителей отдельных регионов крайне важна для понимания причин распространения экозависимых заболеваний и демографической ситуации в регионе. Формирование элементного состава организма диктуется его текущей физиологической потребностью в макро- и микроэлементах, а также подвергается значительному влиянию биогеохими-ческих факторов и степени техногенной нагрузки окружающей среды [20]. Химические соединения, поступая в природную среду, включаются в естественные циклы круговорота веществ и способны накапливаться не только в объектах окружающей среды, но и в организме человека. За последние десятилетия в научной литературе накоплен значительный объем сведений о взаимосвязи содержания в окружающей среде химических элементов и их содержанием в биосредах человека [10, 18]. Одним из объективных показателей эколого-гигиенического благополучия территории является микроэлементный статус населения. Не вызывает сомнения тот факт, что централизованное снабжение городов и предприятий водой, соответствующей гигиеническим и санитарным нормам, имеет большое значение в современной экологической ситуации. В условиях интенсивного промышленного освоения особую актуальность приобретают вопросы обеспечения санитарного благополучия территорий, в числе которых промышленные города ХМАО: Сургут, Ханты-Мансийск, Нягань, Нефтеюганск и др. Известно, что пресные подземные воды используются в целях питьевого водоснабжения многие столетия. Они традиционно считаются наиболее надежным, защищенным от загрязнения с поверхности источником доброкачественной питьевой воды для населения, прежде всего по микробиологическим показателям. Не случайно в ряде регионов нашей страны, в том числе и ХМАО, централизованное водоснабжение осуществляется преимущественно за счет подземных вод. Однако и подземные воды по своему качеству не всегда соответствуют гигиеническим требованиям. В частности, нередко в подземных водоисточниках отмечаются превышения гигиенических предельно допустимых концентраций железа и марганца [6]. Основными источниками питьевой воды в ХМАО для таких городов, как Нягань, Нефтеюганск, Ханты-Мансийск и Сургут, являются подземные воды четвертичного, атлымского, новомихайловского и тавдинского водоносных горизонтов. В городах Сургуте и Ханты-Мансийске подземная вода из артезианских скважин поступает на водоочистные сооружения, обработка которой проводится без использования реагентов и заключается в обезже-лезивании методом «глубокой» аэрации: происходит снижение концентрации железа методом кислородного окисления и переводов растворимых форм железа в нерастворимые до требуемых норм. Обеззараживание воды осуществляется на установках ультрафиолетового излучения. Это позволяет обеспечить жителей этих городов качественной питьевой водой. В городах Нефтеюганске и Нягани вода из артезианских скважин подвергается лишь обеззараживанию с добавлением гипохлорита кальция и подается населению без улучшения ее физико-химических свойств. Кроме того, водопроводные сети этих городов изношены в большей мере, что не исключает вторичного загрязнения питьевой воды [4]. В связи с этим целью данного исследования стало изучение концентрации железа и марганца в волосах женщин, проживающих на территории городов ХМАО с различной очисткой питьевой воды. Методы Объектом исследования явились 106 женщин, не занятых в производственной сфере и проживающих в городах Нефтеюганске, Нягани, Сургуте и Ханты-Мансийске, средний возраст их (38,9 ± 11,3) года. В Нефтеюганске и Нягани проживали 50 обследованных лиц, а в Сургуте и Ханты-Мансийске - 56. Настоящее исследование проведено с соблюдением требований биомедицинской этики и сопровождалось добровольно полученным письменным информированным согласием обследуемых лиц. Методами атомной эмиссионной спектрометрии (АЭС-ИСП) и масс-спектрометрии (МС-ИСП) с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (ГеЛт Elmer Corp., США) в АНО «Центр биотической медицины» (Москва) в волосах определяли содержание железа (Fe) и марганца (Mn) в составе 25 химических элементов [5]. Согласно принятым методическим подходам забор волос производился с затылочной части головы. Правомерность и эффективность использования волос для оценки элементного статуса организма в целом доказана результатами нескольких международных координационных программ, выполненных под эгидой Международного агентства по атомной энергии. Вычисляли среднюю арифметическую (М), среднеквадратичное отклонение (с), в качестве мер рассеивания параметров с ненормальным распределением и 5 Окружающая среда Экология человека 2018.04 наличием ряда экстремальных значений использовали 25 и 75 перцентили. Статистическую значимость различий изучаемых параметров анализировали с применением критерия Манна - Уитни для непараметрических величин: за значимые принимали различия при р < 0,05. В качестве референтных величин концентраций элементов использованы среднероссийские показатели [18]. Для оценки тяжести отклонения содержания того или иного химического элемента использовали 4-балльную шкалу, где за отклонение 1-й степени принимали значения ниже 25 и выше 75 центилей, 2-й степени - ниже 10 и выше 90, 3-й степени - ниже 5 и выше 95, 4-й степени - ниже 3 и выше 97 центилей [19]. Полученный цифровой материал обрабатывали с использованием программы MS Ехсєі и STATISTICA 8.0. Результаты В табл. 1 представлено содержание Fe и Mn в волосах у женщин, постоянно проживающих в городах ХМАО с различной очисткой питьевой воды и не занятых в производственной сфере. Только средние величины содержания Fe в волосах у жительниц городов Сургут и Ханты-Мансийск находились в диапазоне физиологически оптимальных значений. В то же время содержание Fe в волосах женщин, проживающих в Нефтеюганске и Нягани, а также содержание Mn в волосах лиц обеих групп обследованных как по величине среднего арифметического (М), так и по значению медианы (Ме) превышали референтные значения [14]. Важно отметить, что концентрация Fe и Mn в волосах в группе женщин, употребляющих питьевую воду из артезианских скважин практически без дополнительной доочистки (Нефтеюганск и Нягань), оказалась значимо выше (р < 0,001), чем в группе женщин, проживающих в городах с качественной очисткой питьевой воды (Сургут и Ханты-Мансийск) (см. табл. 1). Распределение обследованных лиц, постоянно проживающих и работающих в непроизводственной сфере в условиях северного региона, по степени обеспеченности Fe и Mn представлено в табл. 2. Менее чем у половины жительниц Нефтеюганска и Нягани выявлена оптимальная концентрации Fe и Mn в волосах, и очень редко наблюдался незначительный их дефицит. В то же время избыток Fe 1 - 2-й степени обнаружен у пятой части, а Mn - у 28 % лиц данной группы; выраженное превышение 3-4-й степени Fe у 28 % и Mn у 24 % характеризовало элементный статус женщин данной группы обследования (см. табл. 2). Совсем другую картину мы наблюдали у женщин, проживающих в городах с качественной очисткой питьевой воды: более чем у % обследованных лиц была отмечена оптимальная концентрация Fe и Mn. По аналогии с предыдущей группой в данной группе редко наблюдался как дефицит, так и избыток вышеназванных химических элементов [19] (см. табл. 2). Обсуждение результатов Известно, что жизнедеятельность человека связана с химическим составом среды обитания и содержанием в ней различных макро- и микроэлементов, которые участвуют в формировании целого ряда важнейших адаптивных механизмов организма человека, включая функционирование таких жизненно важных систем, как сердечно-сосудистая, дыхательная, пищеварительная, иммунная, эндокринная и др. [1, 2]. Химический состав биологических объектов, в том числе человека, во многом зависит от биогеохимических особенностей региона. Поскольку перенос в водной среде является одной из основных форм миграции химических элементов, важным фактором здоровья населения является качество природных вод. Северные районы Западной Сибири отличаются низким качеством природных вод, по некоторым показателям хронически не удовлетворяющим санитарно-гигиеническим нормам [8, 11, 21]. Технологическая модернизация систем водоснабжения позволяет обеспечить население безвредной и безопасной водой. Однако в ХМАО только в Сургуте и Ханты-Мансийске производится качественная очистка питьевой воды без использования реагентов, а обеззараживание воды осуществляется Таблица 1 Концентрация железа и марганца в волосах женщин Ханты-Мансийского автономного округа, мкг/г Показатель Диапазон физиологических колебаний Жительницы Нефтеюганска и Нягани (n=50) Жительницы Сургута и Ханты-Мансийска (n=56) M + G Me 25^75 M±G Me 25^75 Fe 7 1 Ф* О 82,3±11,4 46,8 65,7^128 23,6±2,2 18,7 17,5^58,7 Mn 0,15-2 11,3±1,9 8,9 2,5^12,9 3,1±0,3 2,5 1,8~5,1 p <0,001 <0,001 Таблица 2 Распределение женщин Ханты-Мансийского автономного округа по степени содержания железа и марганца в волосах, абс./% Жительницы Нефтеюганска и Нягани (n=50) Жительницы Сургута и Ханты-Мансийска (n=56) Элемент Норма Избыток 1-2 ст. Избыток 3-4 ст. Дефицит 1-2 ст. Норма Избыток 1-2 ст. Избыток 3-4 ст. Дефицит 1-2 ст. Fe 24/48 10/20 14/28 2/4 43/76,8 5/8,9 6/10,7 2/3,6 Mn 22/44 14/28 12/24 1/2 42/75 8/14,3 5/8,9 1/1,8 6 Экология человека 2018.04 Окружающая среда на установках ультрафиолетового излучения. Во всех остальных городах и населенных пунктах округа для питьевого водоснабжения используется либо просто артезианская вода с добавлением гипохлорита кальция для обеззараживания, либо обеззараживание производится при помощи реагента и ультрафиолетового излучения [4]. Известно, что к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц, в том числе Fe и Mn. Одной из причин токсических эффектов тяжелых металлов является индуцированный ими окислительный стресс - процесс повреждения клеток организма в результате окислительных реакций. Они способны инициировать генерацию избыточного количества активных форм кислорода (АФК). Повышенный уровень АФК в клетке приводит к запуску цепных реакций окислительной деградации биомолекул, в частности, инициируют перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран, что способствует нарушению их структуры и повышению проницаемости [23]. Характер изменений активности антиоксидантной системы организма под воздействием экзогенных факторов может быть различным в зависимости от силы и длительности действия прооксидантного фактора и исходного состояния организма, в том числе наличия в достаточном количестве веществ, участвующих в антиоксидантной защите [13]. Железо - важнейший из жизненно необходимых химических элементов, главная роль которого - обеспечение организма кислородом (96 % Fe находится в крови) и участие во многих окислительно-восстановительных реакциях организма. Как дефицит, так и избыток Fe отрицательно влияет на состояние здоровья человека. Проявлениями избытка Fe могут быть отложение его в тканях и органах, сидероз, повышенная утомляемость, слабость, фиброз, повышение риска развития атеросклероза, болезней печени и сердца, артритов, диабета и т. д., угнетение клеточного и гуморального иммунитета, увеличение риска развития инфекционных и опухолевых заболеваний. Железо, поступающее в организм человека в комплексе с другими загрязнителями (избыток Fe, поступающего в хелированном состоянии, в котором находится в пище, не оказывает отрицательного действия) проявляет также свойства иммунодепрессанта. Повышенная насыщенность им организма может повлечь снижение иммунной резистентности и способствовать повышению общей заболеваемости у населения ХМАО [9, 12]. Марганец считается жизненно важным (кофактор более чем 30 ферментов, участвующих преимущественно в реакциях фосфорилирования) и одновременно токсичным элементом и обладает мощной склонностью к кумуляции. Он проникает в мозг и накапливается в подкорковых ядрах головного мозга. Марганец, по данным Агентства по регистрации токсичных веществ и заболеваний США (токсикологические профайлы ATSDR 2004, 2008), входит в перечень химических веществ, обладающих мутагенной активностью. Его относят к группе металлов, формирующих неудовлетворительное качество питьевой воды, характерное для большинства субъектов Российской Федерации. Марганец входит в список основных показателей качества воды по требованиям санитарных норм РФ, ВОЗ, США, ЕС. Основными источниками поступления Mn в подземные воды являются природно обусловленные процессы (гидрологические особенности водоносных горизонтов, выщелачивание минералов почвогрун-тов, разложение водных животных и растительных организмов), а также некондиционные сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, металлообрабатывающей промышленности. Мутагенные свойства данного элемента реализуются при избыточном поступлении в организм в форме соединений с высокой степенью окисления. Это может приводить к индукции свободнорадикального процесса, образования активных форм кислорода, подавляющих стабильность синтеза, активирующих оксидативное повреждение ДНК клетки, апоптоз. Следствием может являться развитие генетической нестабильности соматических клеток, обусловленной дисбалансом гомеостаза на молекулярном уровне: происходят разрывы ДНК, изменение химических свойств РНК и нуклеопротеидов, активизация апоп-тоза [7]. Итак, качество питьевой воды, ее загрязнение химическими соединениями может вызвать развитие неблагоприятных эффектов со стороны практически всех органов и систем организма взрослых и детей и является проблемой, вызывающей обеспокоенность в отношении здоровья человека, как во всем мире, так и в нашей стране [17]. Медико-демографические потери формируют и существенные экономические ущербы, наносимые государству. Однако значительное число случаев заболеваний можно предотвратить, используя адекватные санитарно-технические средства и лучшую гигиеническую практику [15] На основании полученных данных можно предполагать лучшую устойчивость к негативному воздействию окислительного стресса у женщин-жительниц городов ХМАО с оптимальной очисткой питьевой воды (Сургут, Ханты-Мансийск) по сравнению с обследованными лицами, проживающими в городах с недостаточно качественными параметрами питьевого водоснабжения (Нягань, Нефтеюганск). Таким образом, для коррекции микроэлементного статуса населения северного региона необходимо проводить дополнительные исследования объектов среды обитания (в частности, воды) на содержание тяжелых металлов, уделять особое внимание контролю качества питьевого водоснабжения, использовать метод определения микроэлементного статуса по химическому составу волос как дополнительный метод диагностики внутренней среды организма.

About the authors

T Ya Korchina

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: t.korchina@mail.ru
Khanty-Mansiysk, Russian

L A Minyailo

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Khanty-Mansiysk, Russian

O A Safarova

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Khanty-Mansiysk, Russian

V I Korchin

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Khanty-Mansiysk, Russian

References

Supplementary files