Содержание некоторых микроэлементов в биосубстратах детей дошкольного возраста в условиях Европейского Севера России

Полный текст

К районам Крайнего Севера и приравненным к ним территориям относится около 70 % площади Российской Федерации. Данные области представляют собой своеобразную климатогеографическую зону, где на организм человека оказывает влияние комплекс природных и антропогенных факторов [1, 3, 19, 20]. С медико-биологической точки зрения, среди условий Севера имеется ряд факторов, которые способны оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека [4, 6]. При воздействии холода показано нарушение баланса микроэлементов (для железа, кальция, магния, натрия, цинка, фтора), что может привести к развитию дефицита микроэлементов в организме [1, 4]. Согласно литературным данным, биогеохимическая среда Севера России характеризуется низким содержанием ряда биогенных элементов (йод, селен, кобальт, медь, цинк и ряд других), в результате чего возможно развитие экологически обусловленных заболеваний населения [1]. Кроме того, на физиологические и биохимические процессы в организме человека на Севере оказывает влияние своеобразие рациона питания. В связи с ограниченным количеством местных видов продуктов питания и из-за трудностей, связанных с их транспортировкой, часть продуктов характеризуется незначительным содержанием ряда макро- и микроэлементов [1, 3]. Для северных территорий характерно наличие разнообразных этнических групп, которые находятся на различных стадиях адаптации к условиям Севера, что также может влиять на содержание микроэлементов в организме [3, 8, 9, 13]. Несмотря на большое количество работ, посвященных изучению биогеохимических особенностей Севера России, ряд территорий его до сих пор остается не обследованными. Особое место занимает изучение связи микроэлементного статуса населения северных территорий с геохимическими 26 Экология человека 2016.4 Экология детства факторами и состоянием окружающей среды. В связи с вышесказанным представляет большой научно-практический интерес изучение микроэлементного статуса жителей северных территорий для профилактики экологозависимых заболеваний. Целью настоящей работы было изучение особенностей микроэлементного статуса детей от 1 до 6 лет различных территорий Европейского Севера России, а также установление верхней и нижней границы физиологической нормы содержания микроэлементов в волосах детей исследуемых территорий. Методы Поперечное популяционное исследование проводилось в период с 2011 по 2015 год. Пробы отбирались в следующих населенных пунктах: городской округ Инта, включающий обследованные нами г. Инта и п.г.т. Верхняя Инта (район исследования 1), и п.г.т. Троицко-Печорск (район 2) Республики Коми, п.г.т. Плесецк Архангельской области (район 3). Инта находится на северо-востоке Республики Коми, в зоне лесотундры, в районе континентального климата. Основным видом промышленности Интинского района является добыча и обогащение угля, в последнее время развивается добыча природного газа. В отраслевой структуре промышленности Троицко-Печорска и Плесецка преобладают лесозаготовительная и лесоперерабатывающая отрасли. Для изучения особенностей микроэлементного статуса детей методом инверсионной вольтамперометрии определено содержание цинка, меди, свинца, кадмия и селена в волосах 236 постоянно проживающих в изучаемых населенных пунктах и посещающих дошкольные образовательные учреждения детей-уроженцев Севера (коми и потомки мигрантов-европеоидов), из них 115 в возрасте от 1 до 3 лет и 121 - от 4 до 6 лет (средний возраст обследованных детей 3 года 9 месяцев). Всего обследовано 114 мальчиков и 122 девочки. Рядом авторов [18] указывается на возможность использования волос в качестве биосубстратов для анализа при выявлении особенностей минерального обмена в связи с тем, что элементный состав волос во многом отражает состояние обмена химических элементов в организме. В ходе работы производилось изучение медицинских карт формы № 026/у обследуемых детей, из которых были взяты данные о группе здоровья, частоте острых респираторных заболеваний, имеющихся заболеваниях детей. Статистическая обработка данных проводилась с использованием методов параметрической и непараметрической статистики в пакете программ Microsoft Office Excel 2007, Statistica 5.5 и AtteStat 12.0.5. Рассчитывались средние значения (М) и ошибки измерения (m), медиана (Me). Значимость различий между средними значениями при сравнении двух групп оценивали с использованием t-критерия Стьюдента и U-критерия Манна - Уитни (в за висимости от распределения в выборке. Различия считались статистически значимыми при р < 0,05. При статистической обработке данных были построены центильные шкалы. Результаты Для определения диапазонов содержания изучаемых в данном исследовании микроэлементов в волосах нами были рассчитаны границы стандартных центильных интервалов для детей 1-6 лет исследуемых районов (табл. 1). Таблица 1 Содержание микроэлементов в волосах детей, мкг/г Рай он Воз раст детей, лет Мик роэлементы, M±m, Me, Q25-Q75 Цинк Медь Свинец Кадмий Селен 1 1-3 (n=39) 79,88± 5,33 57,202'3 31,10 103,29 27,54± 1,97 17,072 9,11 40,26 6,72± 0,62 3,522’3 1,97 8,28 0,25± 0,03 0,143 0,001 0,389 0,67± 0,05 0,573 0,33 0,90 4-6 (n=58) 92,94± 4,42 79,922’3 43,97 140,58 23,32± 1,11 19,932 11,28 31,87 4,41± 0,29 2,752 1,70 5,45 0,25± 0,02 0,14 0,001 0,378 0,60± 0,05 0,492'3 0,20 0,77 2 1-3 (n=67) 129,84± 5,16 111,541 52,12 199,92 15,98± 0,63 14,041 6,79 21,19 6,72± 0,30 5,611'3 2,868,93 0,27± 0,02 0,093 0,001 0,437 0,88± 0,10 0,823 0,77 1,16 4-6 (n=44) 136,08± 6,84 110,201 65,45 184,45 16,08± 0,83 12,70u 7,62 20,84 5,37± 0,35 3,65u 1,87 7,15 0,26± 0,02 0,10 0,001 0,462 0,67± 0,06 0,691 0,34 0,92 3 1-3 (n=9) 99,77± 8,20 106,201 58,17 129,54 21,13± 2,69 22,28 7,23 29,77 3,14± 0,50 1,77й 1,06 3,88 0,09± 0,03 0,0011-2 0,001 0,106 0,45± 0,04 0,431’2 0,24 0,62 4-6 (n = 19) 134,69± 8,66 112,131 76,92 171,14 27,49± 2,01 22,952 13,56 39,24 3,29± 0,25 3,022 1,61 4,75 0,29± 0,04 0,26 0,001 0,458 0,79± 0,03 0,771 0,63 0,94 a 1-3 51,00 143,00 7,80 11,40 0,68 3,05 0,07 0,38 0,65 2,43 4-6 71,00 153,00 7,68 11,30 0,56 2,80 0,05 0,31 0,64 2,04 ь 1-15 132-192 9,31 3,30 0,37 2,41 Примечания: индексами 1’2’3 отмечены статистически значимые (р < 0,05) различия между исследуемыми районами (1, 2, 3 соответственно) для детей в определенной возрастной группе (1-3 и 4-6 лет соответственно); M - среднее арифметическое; m - стандартная ошибка; Me - медиана, Q25-Q75 - диапазон концентраций между 25 и 75 квартилями; индексами а, b отмечены референтные данные - аСкальный А.В. [17]; ьРешетник Л.А. [16] Установлено, что наименьший уровень цинка (р < 0,001) отмечается у детей обеих возрастных групп в Инте. В среднем для 43 % детей города характерно недостаточное содержание цинка в волосах. Во всех 27 Экология детства Экология человека 2016.4 исследуемых районах в обеих возрастных группах уровень меди в волосах детей выше данных отечественных исследователей для средней полосы России [17]. В частности, в Троицко-Печорске избыточное содержание меди отмечается у 53 % детей, в Инте - у 71 %, в. Плесецке - у 74 %. По сравнению с остальными районами уровень свинца в волосах детей 1-3 лет (р = 0,007) и 4 6 лет (р = 0,034) в Троицко-Печорске выше. В данном районе исследования избыточное содержание свинца выявлено у 67 % детей. Необходимо подчеркнуть, что содержание свинца в биосубстратах детей обеих возрастных групп района 2 и детей 1-3 лет района 1 превышает литературные данные [17]. Содержание кадмия в волосах детей 1-6 лет исследуемых районов не превышает литературных данных. Наиболее низкий уровень этого элемента для детей 1 3 лет установлен в районе 3 (р < 0,001). В табл. 1 приведены интервалы концентраций микроэлементов от 25 до 75 квартиля. При сопоставлении полученных нами данных с референтными значениями для детей дошкольного возраста средней полосы России [17] выявлено смещение интервальных показателей содержания цинка в волосах детей обеих возрастных групп Инты в меньшую сторону. Для исследуемых населенных пунктов характерны более высокие интервалы уровня меди и свинца в волосах детей. Так, в Инте избыток свинца встречается у 53 % обследованных детей, в Троицко-Печорске - у 67 %, Плесецке - у 44 %. При сравнении диапазонов крайних нормальных значений с референтными величинами в аналогичной группе детей [17] выявлено более низкое содержание селена в волосах детей всех районов. Наибольшее количество детей с дефицитом селена выявлено в Инте (71 %). В данной работе было изучено накопление микроэлементов у различных групп уроженцев Севера (коренное население): коми и потомков мигрантов-европеоидов, родившихся и проживающих на Севере (табл. 2). Для сравнения в таблице приведены также данные для средней полосы России на примере г. Ярославля, полученные в проведенном нами ранее исследовании. Из данных таблицы видно статистически значимо более низкое содержание цинка у детей коми (р = 0,046) и потомков мигрантов на Севере (р < 0,001) по сравнению с таковым у детей г. Ярославля. Дефицит цинка встречается примерно у трети обеих групп уроженцев Севера (34 % у коми и 36 % у потомков мигрантов). Необходимо также подчеркнуть, что уровень селена в волосах детей Ярославля выше, чем у обеих групп уроженцев Севера - коми (р = 0,031) и потомков мигрантов (р = 0,003). В процессе работы был изучен уровень микроэлементов в волосах детей при различных заболеваниях. В качестве контроля выбраны практически здоровые дети. В результате анализа данных установлено (табл. 3), что уровень кадмия (р = 0,014) и свинца (р < 0,001) в организме часто болеющих детей превышает Таблица 2 Содержание микроэлементов у различных групп уроженцев Севера M±m, Me, Q25-Q75, мкг/г № Группа населения Цинк Медь Свинец Кадмий Селен 1 Коми (n=38) 116,73± 6,61 97,143 50,81 170,13 19,29± 1,20 14,01 6,93 60,68 5,99± 0,43 3,93 1,92 7,89 0,25± 0,02 0,10 0,001 0,410 0,60± 0,08 0,563 0,25 0,82 2 Потомки мигрантов (n=131) 108,65± 3,58 78,753 45,71 153,00 20,24± 0,72 15,49 8,10 25,81 5,55± 0,22 3,70 2,19 7,12 0,24± 0,01 0,103 0,001 0,416 0,61± 0,03 0,543 0,26 0,87 3 г. Ярославль (n=201) 133,79± 3,61 102,451,2 18,22± 0,52 14,65 5,05± 0,17 3,63 0,28± 0,01 0,142 0,74± 0,05 0,661,2 Примечание. Индексами 1,2,3 отмечены статистически значимые (р < 0,05) различия между исследуемыми группами населения. контрольный. Нами также выявлена статистически значимо более высокая концентрация кадмия (р = 0,034), свинца (р < 0,001) и меди (р = 0,033) у детей с анемией по сравнению с практически здоровыми детьми. Таблица 3 Сравнительная характеристика содержания микроэлементов в волосах детей-уроженцев Севера при различной форме патологии M±m, Me, Q25-Q75 мкг/г Форма патологии Zn Cu Pb Cd Se Частые простудные заболевания, n=64 112,25± 4.61 92.61 49,25169,24 19,50± 1,04 13,13 8,09 23,75 5,24± 0,28 3,41* 1,77 6,69 0,29± 0,02 0,14* 0,001 0,482 0,63± 0,03 0,59 0,31 0,85 Анемия, n=16 108,07± 5,49 119,76 63,02 135,37 22,22± 2,04 19,60* 7,78 34,12 5,97± 0,42 5,20* 2,75 8,93 0,37± 0,05 0,16* 0,001 0,683 0,80± 0,15 0,73 0,26 1,11 Практически здоровые дети (контроль), n=48 104,68± 3,39 101,01 62,81 141,39 16,25± 0,71 13,32 8,67 22,03 2,42± 0,12 2,19 1,15 3,18 0,22± 0,02 0,13 0,001 0,376 0,70± 0,04 0,68 0,44 0,87 Примечание. Индексом * отмечены статистически значимые (р < 0,05) различия между исследуемыми группами заболеваний и контролем. Обсуждение результатов В результате проведенного нами исследования выявлено более низкое по сравнению с литературными данными [17] содержание цинка в биосубстратах детей Инты (табл. 1). Концентрация меди в волосах обследованных детей выше данных отечественных исследователей. Накопление этого элемента может быть связано с пониженным содержанием в организме детей цинка, который является антагонистом меди [14, 18]. В литературе имеются сведения о физиологическом соотношении содержания цинка к меди в волосах детей на уровне 10:1 [17, 18]. В настоящем исследовании для детей Инты было обнаружено соотношение 4:1, для детей Троицко-Печорска - 8:1, 28 Экология человека 2016.4 Экология детства Плесецка - 5:1 что ниже литературных данных. Установленное повышенное содержание меди у обследованных детей подтверждается данными о балансе цинк/медь в волосах. В настоящем исследовании получены результаты о распространенности избыточного содержания свинца в волосах детей, что может быть связано со значительной долей детей с дефицитом элемента-антагониста свинца - цинка. Кроме того, накопление свинца и меди в волосах дошкольников Инты возможно в связи с функционированием в окрестностях города предприятий по добыче угля, в результате чего происходит выброс в окружающую среду соединений свинца, меди и кадмия [15], что особенно опасно при пониженном уровне цинка в организме [14]. Во всех исследованных населенных пунктах отмечается недостаточное по сравнению с референтными интервалами содержание селена в волосах детей, что позволяет отнести данные территории к селенодефицитным. При недостаточном поступлении селена в организм возможно нарушение нормального функционирования щитовидной железы, т. к. селен входит в состав фермента дейодиназа, участвующего в активировании гормонов щитовидной железы [21]. Дефицит йода, характерный для северных регионов, может осложняться дефицитом селена. Распространенность патологии щитовидной железы (в первую очередь эндемичного зоба) занимает одно из ведущих мест в структуре общей заболеваемости Архангельской области и Республики Коми [5, 7]. Согласно литературным данным [1, 3, 20], морфофункциональные характеристики коренного населения Севера являются адекватными местным условиям. Несмотря на это, многие климатогеографические и биогеохимические факторы северных регионов могут оказать негативное влияние на содержание микроэлементов в организме. В данном исследовании было изучено накопление микроэлементов у различных групп коренного населения Севера. Установлена статистически значимо более низкая концентрация цинка и селена у уроженцев севера (коми и потомки мигрантов) по сравнению с жителями Ярославля, расположенного в средней полосе России. Предполагаем, что это может быть связано с некоторыми особенностями питания и недостаточным потреблением эссенциальных элементов жителями северных регионов. Из литературных данных [3] известно, что в условиях холодового воздействия возможно развитие дефицита цинка в организме [1, 3, 4]. В связи с ограниченным количеством местных видов продуктов питания и из-за трудностей, связанных с их транспортировкой, часть продуктов характеризуется незначительным содержанием ряда химических элементов [1, 3]. Кроме того, низкое содержание в почвах и питьевой воде северных территорий цинка и селена создает предпосылки для нарушений обмена цинка в организме [4]. Большой интерес представляют данные других ис следователей о содержании микроэлементов в волосах жителей Крайнего Севера и приравненных к ним территорий (табл. 4). Необходимо подчеркнуть, что возраст обследованных в представленных в таблице работах и настоящей статье отличается. В проведенном на территории Ханты-Мансийского автономного округа исследовании выявлено сходное содержание свинца и кадмия в волосах детей-ханты 6-16 лет [9]. По данным [8], в волосах коренного взрослого населения Ямало-Ненецкого автономного округа (ненцы, коми, ханты) отмечается пониженное содержание меди по сравнению с литературными данными [17], а уровень свинца ниже полученного в проведенном нами исследовании. В упомянутой работе получены концентрации кадмия в волосах, которые соотносятся с полученными нами данными. Согласно проведенному в г. Анадырь (Чукотка) микроэлементному анализу волос девочек-аборигенов (чукчи, эскимосы) 10 14 лет [13], для обследованной группы характерен дефицит селена. Авторами также изучены особенности микроэлементного состава волос детей Магаданской области [11, 13]. У девочек-аборигенов 10-14 лет Северо-Эвенского района Магаданской области (эвены, коряки) выявлен дефицит селена и меди, а концентрации свинца и кадмия ниже полученных в нашей работе значений. В противоположность этому низкий уровень цинка в волосах детей данной территории сходен с полученными нами результатами в Инте. У детей 15-18 лет Магадана авторами получены близкие с полученными нами концентрации селена и меди в волосах, более низкие концентрации свинца и кадмия и более высокая - для цинка [13]. Для детей 3-15 лет северных районов Томской области [2] также характерно недостаточное по сравнению с литературными данными [15] содержание селена в волосах, а уровень цинка превышает полученный в нашем исследовании. Особо интересны данные о микроэлементном статусе жителей Европейского Севера России. В осуществленном в Приморском районе Архангельской области исследовании [10] авторами выявлено недостаточное содержание селена в волосах у детей 7-11 лет. Концентрация цинка превышает полученные нами данные, что может быть связано с потреблением большого числа морепродуктов, богатых цинком, в приморских территориях. Уровень эле-ментов-антагонистов цинка - свинца, меди, кадмия - находится ниже установленных нами данных. Для южных территорий Архангельской области, удаленных от морского побережья, характерен низкий уровень селена в волосах школьников, а концентрация меди ниже полученных нами данных и близка к референтным интервалам [12]. В результате изучения содержания микроэлементов в волосах обследованных нами детей с различными заболеваниями установлено, что уровень кадмия и свинца в организме часто болеющих детей и детей с анемией превышает контрольный. В литературе имеются указания на снижение устойчивости к 29 Экология детства Экология человека 2016.4 Таблица 4 Содержание микроэлементов в волосах жителей различных территорий Крайнего Севера России и приравненных к ним территорий (литературные данные), мкг/г Возраст, лет Микроэлемент Район Цинк Медь Сви нец Кад мий Селен п. Лямино, Тюменская обл.[9] Детиханты 6-16 196,34± 7,59 10,06± 1,41 2,54± 0,21 0,06± 0,01 0,73± 0,28 Ямало-Ненецкий автономный округ[7] 20-59 q25q75 79,3 135,0 q25q75 2,7 7,0 q25q75 0,02 0,1 q25q75 0,03 0,13 г. Анадырь. Чукотка [13] Девочки 10-14 144,82± 11,45 9,01± 0,41 1,18± 0,34 0,02± 0,002 0,32± 0,05 п. Эвенск, Магаданская обл. [13] Девочки 10-14 67,86± 6,87 3,40± 0,36 0,35± 0,1 0,01± 0,002 0,37± 0,04 г. Магадан [11] 4-7 Ме 111,31 Ме 10,37 Ме 0,72 Ме 0,03 Ме 0,60 п. Рикасиха Приморского района, Архангельская обл. [10] 7-11 Ме 170,2 Ме 9,0 - Ме 0,03 Ме 0,4 п. Ротковец Коношского района, Архангельская обл. [12] Маль чики Девочки 8-15 157,50± 8,63 168,01± 10,84 11,60± 1,50 9,43± 0,72 3,32± 0,49 0,62± 0,13 0,12± 0,01 0,034± 0,004 0,21± 0,02 0,23± 0,02 инфекциям, особенно у детей, при увеличении количества свинца в организме [18]. Кадмий обладает способностью снижать клеточный иммунитет [14]. В соответствии с литературными данными [14, 18], свинец нарушает синтез гемоглобина, в результате чего возможно развитие микроцитарной анемии, морфологически схожей с железодефицитной анемией. В литературе имеются данные о том, что избыток кадмия может привести к развитию гипохромной анемии [14]. Согласно [14, 18], медь участвует в обмене железа и созревании эритроцитов. В ряде случаев при анемии отмечается избыток меди, также установленный в настоящем исследовании. Таким образом, у детей дошкольного возраста исследованных территорий Европейского Севера России выявлены значительные нарушения микро-элементного статуса и дефицит эссенциального микроэлемента селена, а у детей Инты Республики Коми - и сниженный уровень цинка. На фоне недостатка этих элементов в организме происходит накопление меди и свинца. В условиях Севера данные изменения в микроэлементном статусе могут привести к снижению адаптационных резервов организма, что создает основу для формирования экологозависимых заболеваний.

Об авторах

Е А Бакаева

Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова

Email: evgeniya-bakaeva@yandex.ru
младший научный сотрудник факультета биологии и экологии 150000, г. Ярославль, ул. Советская, 14

А В Еремейшвили

Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова

г. Ярославль

Список литературы

Дополнительные файлы