ENVIRONMENTAL HEAVY METALS POLLUTION EFFECT ON PRESCHOOL CHILDREN’S HEALTH

Full Text

Биомониторинговые исследования человека чрезвычайно важны для оценки воздействия химических элементов из окружающей среды на организм [3, 12]. Токсичные металлы из выбросов промышленных, энергетических предприятий и автотранспорта загрязняют атмосферный воздух, почву и водоисточники и попадают в организм человека в основном в процессе дыхания или через желудочно-кишечный тракт. Загрязнение внутренней среды организма приводит к напряжению защитно-приспособительных механизмов и развитию патологических состояний. Химические элементы, и в частности тяжелые металлы, накапливаясь в организме даже в небольших дозах, оказывают негативное влияние на многие органы, но наиболее значительные изменения вызывают в нервной, репродуктивной, эндокринной системах, крови, почках, костной ткани [5, 10, 15]. Детский организм в силу особенностей развития более восприимчив к воздействию различных физических и химических факторов внешней среды [2, 16 Экология человека 2018.03 Окружающая среда 10, 17], и его реакция на воздействие негативных факторов окружающей среды значительно отличается от реакций организма взрослых. Вот почему именно в детском возрасте важно выявить отклонения микро-элементного статуса и оценить влияние избыточных количеств элементов на организм. Цель работы состояла в изучении содержания свинца (Pb), кадмия (Cd) и стронция (Sr) в моче и волосах городских детей дошкольного возраста и оценке влияния избыточных количеств элементов на организм. Методы На проведение данного исследования было получено разрешение этического комитета ГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Владивосток. Были проанкетированы 73 родителя детей в возрасте 5-7 лет, 50 детей обоих полов согласились принять участие в исследовании (табл. 1). Родители и их дети подписали письменное согласие на участие в нем. Все дети проживали в г. Владивостоке, и на момент обследования инфекционные и иные заболевания в острой форме у них отсутствовали. Дети с хроническими заболеваниями были исключены из исследования. Таблица 1 Характеристика (M ± SD) участвующих в исследовании детей дошкольного возраста Показатель Мальчики Девочки Экспериментальная группа Кон трольная группа Число детей 22 28 32 18 Возраст, года 6,05 ± 0,78 6,21 ± 0,68 6,07 ± 0,83 6,22 ± 0,59 Масса тела, кг 20,40 ± 2,05 21,58 ± 1,74 20,97 ± 1,95 21,18 ± 1,99 Длина тела, см 116,05 ± 4,74 118,28 ± 4,21 117,00 ± 5,09 117,65 ± 3,89 Продолжительность проживания в городе, года 5,63 ± 1,13 5,92 ± 0,89 5,81 ± 1,04 5,78 ± 0,99 На первом этапе исследования у детей был определен уровень Pb, Cd и Sr в моче и волосах. В дальнейшем дети в зависимости от уровня тяжелых металлов в моче были разделены на две группы: с повышенным содержанием тяжелых металлов (экспериментальная группа 1) и с содержанием тяжелых металлов в пределах нормы (контрольная группа). Для оценки влияния избыточного количества элементов на организм был проведен анализ заболеваемости у обследованных детей методом ретроспективной оценки, а также изучены анализы мочи и клинические анализы крови. Образцы волос 0,5-1 см в длину были вырезаны из затылка как можно ближе к коже с помощью ножниц из нержавеющей стали, многократно промыты ацетоном, затем последовательно деионизованной водой и 0,5 % Тритоном Х-100 с помощью лабораторного шейкера. После этого образцы волос были вновь промыты деионизованной водой, высушены в сушильном шкафу при температуре 60 °C и хранились при стандартной комнатной температуре в индивидуальных промаркированных пластиковых конвертах до проведения анализа. Образцы мочи объемом, по меньшей мере, 30 мл были собраны в 100 мл индивидуальные маркированные пластиковые емкости и хранились при температуре 2-4 °C до анализа. Пробоподготовку образцов волос проводили методом кислотного разложения с помощью микроволновой печи Mars (CEM Corporation, США), программируемой по времени и мощности от 100 до 1 400 W, используя стандартные лабораторные процедуры [20]. Образцы мочи были разведены 2 % HNO3 в десять раз. Уровень металлов определяли на атомно-абсорбционном спектрометре ААА 6800 Shimadzu (Япония). Исследование обсервационное, описательное. Все выборки независимые. Обрабатывались данные с помощью программы Statistica 10. Распределение проверялось графически и с использованием критерия Шапиро - Уилка. Полученные данные не подчинялись закону нормального распределения, поэтому значения представлены как медиана (Me) и 25 % (Q1) и 75 % (Q3) перцентили. Анализ для независимых выборок проводился с применением непараметрического критерия Манна - Уитни. Различия при P < 0,05 считались статистически значимыми. Наличие взаимосвязи между признаками вычисляли с помощью коэффициента Пирсона х2 (Pearson Chi-square). Сила связи между анализируемыми признаками оценивалась с помощью коэффициента D-Зомера (Somers’ D). Результаты Среди обследованных детей только у 36 % оказалось нормальное содержание в моче исследуемых тяжелых металлов. Так, было обнаружено, что у детей экспериментальной группы (с повышенным содержанием тяжелых металлов) уровень Cd в моче был в 2,14 раза и Pb в 3,76 раза значимо выше, чем в контрольной (с содержанием тяжелых металлов в пределах нормы) (табл. 2, 3). Таблица 2 Содержание тяжелых металлов у детей в моче и волосах в группах с разным уровнем тяжелых металлов Материал для исследования, мкг/л Ме талл Норма тивные зна чения [22] Уровень микроэлементов Экспериментальная группа Контрольная группа Me Q1 Q3 Me Q1 Q3 Cd 0,057 0,15 0,10 0,17 0,07 0,06 0,13 Моча Pb 0,443 1,28 1,04 1,67 0,34 0,10 1,28 Sr - 120,08 94,01 129,10 83,86 75,98 127,95 Cd - 0,16 0,03 0,25 0,17 0,02 0,32 Волосы Pb - 4,75 3,20 7,10 4,50 3,10 5,80 Sr - 2,10 1,40 3,40 2,80 1,50 3,90 Примечание. - нет данных. 17 Окружающая среда Экология человека 2018.03 Таблица 3 Сравнение полученных данных у детей экспериментальной и контрольной групп с помощью теста Манна - Уитни Образец для ис-следования Металл Группа Значения U Z p Моча Cd Экспериментальная - контрольная 67,5 2,75 0,005* Pb Экспериментальная - контрольная 60,0 3,13 0,001* Sr Экспериментальная - контрольная 108,0 1,009 0,312 Волосы Cd Экспериментальная - контрольная 109,0 -0,32 0,748 Pb Экспериментальная - контрольная 102,0 0,60 0,548 Sr Экспериментальная - контрольная 107,0 -0,721 0,470 Примечания: U и Z - значения критерия; * - различия статистически значимы при сравнении с контрольной группой при р < 0,05. Изучение ретроспективной заболеваемости показало, что дети экспериментальной группы болели в среднем 3,19 раза в год, а дети контрольной - 1,88 раза. Острые заболевания в основном были представлены патологией верхних дыхательных путей (табл. 4). Исследование уровня гемоглобина в анализах крови обнаружило, что у детей экспериментальной группы чаще, чем у детей контрольной, развивалась анемия легкой и средней степени тяжести, соответственно в 1,31 и 3,66 раза. Анемия тяжелой степени была только у детей экспериментальной группы (см. табл. 4). Изучение данных общего анализа мочи показало, что у детей экспериментальной группы кристаллурия и лейкоцитурия наблюдались в среднем в 2,39 раза чаще, чем у детей контрольной. Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, проявляющиеся снижением аппетита, тошнотой, болями в эпигастральной и околопупочной областях без развития острой желудочно-кишечной инфекции, встречались в 2,67 раза чаще у детей экспериментальной группы (см. табл. 4). Проведенный статистический анализ данных показал, что существует статистически значимая связь между уровнем тяжелых металлов в организме детей и частотой возникновения нарушений функций организма (анемия, изменения в моче, количество инфекционных заболеваний верхних дыхательных путей и нарушения функционирования желудочно-кишечного тракта) (см. табл. 4). Количество выявленных нарушений зависело от концентрации тяжелых металлов в организме (см. табл. 4). Обсуждение результатов Исследования показали, что среди относительно здоровых детей высока доля тех, в организме которых содержание тяжелых металлов превышает допустимые уровни. Накапливаясь в организме в повышенных концентрациях, тяжелые металлы могут вызывать напряжение адаптационных процессов и серьезные нарушения здоровья. Одной из особенностей экологически обусловленных заболеваний является длительный латентный период, в течение которого происходит накопление в организме токсичных элементов без выраженного «специфического ответа» [4, 12]. В дальнейшем реакции экологической дезадаптации трансформируются в выраженные клинические синдромы, усугубляющие течение заболеваний. Настоящее исследование охватывает небольшую группу детей и может носить только предварительный характер. Мы понимаем, что на организм действует множество негативных факторов и повышенный уровень тяжелых металлов может и не быть непосредственной и единственной причиной, вызывающей повышенную заболеваемость. Исследуемые Pb, Cd и Sr относятся к токсичным элементам. В основном тяжелые металлы попадают в организм через желудочно-кишечный тракт с загрязненной пищей и водой. Небольшие количества могут попадать в организм через легкие и кожу, особенно в городской местности из загрязненной почвы и пыли [18]. В настоящее время Pb является одним из наиболее важных экологических загрязнителей, представляющих серьезную угрозу для здоровья людей из-за высокой токсичности, способности к кумуляции в пищевой цепи и в экосистеме [24, 25]. Накапливаясь в организме, Pb оказывает различные токсические Таблица 4 Характеристика исследуемых показателей Показатель Признак Экспери-рименталь-ная группа n Относительное содержание, % Контрольная группа n Относительное содержание, % X2 Пир сона p D-Зомер P Легкая 7 21,88 3 16,67 Анемия Средняя 13 40,63 2 11,11 8,83 0,032 0,47 <0,001 Тяжелая 2 6,25 - - Анализ мочи Кристаллурия и лейкоцитурия 17 53,13 4 22,22 4,52 0,034 0,31 0,021 Количество заболеваний в год на одного ребенка - 3,19 - 1,88 - 22,79 <0,001 0,41 0,003 Жалобы на дисфункцию ЖКТ (n) - 19 59,38 4 22,22 6,40 0,011 0,37 0,006 Примечания: ЖКТ - желудочно-кишечный тракт; - нет данных. 18 Экология человека 2018.03 Окружающая среда эффекты, в том числе на нервную систему, особенно у детей [1, 13, 15], кровь [1, 11, 14] и почки [1, 19]. Дети более уязвимы к воздействию этого металла, чем взрослые [8, 13]. Данные, представленные в этом исследовании, показали высокий уровень Pb в моче, а также более частое развитие анемии в группе детей с повышенным содержанием тяжелых металлов. Кадмий накапливается в организме в течение всей жизни. Хроническое воздействие даже низких доз Cd может привести к поражению почек [1, 7, 9, 15, 16]. Металл также может привести к деминерализации костей и остеомаляции, которые могут сопровождаться их переломами и деформацией [1, 6, 7, 15]. В ряде работ исследователи отмечают, что Cd может вызвать развитие кардиопатии и гипертонии [1, 21]. При производственном воздействии чрезмерное присутствие Cd в воздухе может привести к нарушению функции легких и увеличить риск развития рака легких [7]. В этом исследовании высокое содержание Cd и патологические изменения в анализах мочи были обнаружены в группе детей с повышенным содержанием тяжелых металлов. Соединения Sr, будучи близкими по химическим свойствам к соединениям Ca, входят в состав скелета и содержатся во всех органах и тканях человека. Избыток Sr может влиять на процессы кальцификации скелета, рост, поражать и вызывать деформацию суставов, накапливаться в зубах [23]. В нашем исследовании не обнаружено разницы в содержании Sr в моче детей экспериментальной и контрольной групп. Необходимо изучать комплексное влияние экологических факторов на здоровье человека и развитие болезней, проводить мероприятия по коррекции этих факторов для того, чтобы свести к минимуму риск неблагоприятных последствий для здоровья людей, и особенно детей.

About the authors

O V Savchenko

National Research Center of Marine Biology, Far Eastern Branch Russian Academy of Sciences; Far Eastern Federal University; School of Biomedicine

Email: lamanit@mail.ru

References

Supplementary files