REGIONAL FEATURES OF THE ELEMENTAL HOMEOSTASIS AS AN INDICATOR OF ECOLOGICAL AND PHYSIOLOGICAL ADAPTATION

Full Text

Химические элементы являются неотъемлемыми компонентами многих ферментных систем, от работы которых зависит физиологическое состояние организма, процессы его роста и развития. Существует ряд химических веществ, проявляющих по отношению к человеческому организму токсические свойства, отрицательно влияя на физиологические процессы. В этой связи определение 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. Учение об элементозах человека в последние годы прошло путь от разработки аналитических методов исследования и первичного формирования баз данных до определения способов нахождения референтных и центильных значений элементного состава биосубстратов человека, отражающих содержание жизненно необходимых и токсичных элементов [1-3, 10, 11]. Результатом дальнейших работ в этом направлении стала разработка гипотез, предсказывающих по динамике элементного состава биосубстратов человека развитие патологии и коррекции элементного статуса человека [7, 12]. В соответствии с одной, наиболее широко используемой гипотезой, апробированной на практике в амбулаторнополиклинических условиях, элементный состав биосубстратов человека сопоставляется с «нормой», если его значение соответствует интервалу 25-75 центиля как соответствующее среднему значению содержания данного химического элемента в популяции. Значения, лежащие в интервале от 10 до 25 и от 75 до 90 центиля, предложено рассматривать как отклонения, соответствующие состоянию «предболезни». Показатели содержания химических элементов в интервале от 0 до 10 и от 90 до 100 центиля максимально отражают состояние болезни и ассоциируются с четкой клинической манифестацией специфических для элементозов синдромов и симптомов [12]. Вышеописанная гипотеза вполне обоснована и в целом подтверждается опытом работы АНО «Центр биотической медицины». Однако дальнейшее развитие учения невозможно без изучения особенностей статуса населения различных биогеохимических провинций и оценки региональных особенностей элементного гомеостаза, что определяет содержание данной работы. Методы В ходе исследований проанализирован элементный состав биосубстратов (волосы) жителей Оренбургской области (n = 1 748) в возрасте от 8 до 65 лет. Отбор проб биосубстратов человека (волосы) и пищевых продуктов проводился в соответствии с методическими указаниями 4.1.1482-03 и 4.1.1483-03. Анализ исследуемых образцов осуществлялся по 23 химическим элементам в лаборатории АНО «Центра 14 Экология человека 2014.09 Экологическая физиология биотической медицины» г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭНДи.ЦОА.311, регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU.0001.513118 от 29 мая 2003 г.). Определение элементного состава оцениваемых проб производили методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (PerkinElmer, США). В качестве стандартного образца использовался сертифицированный стандартный образец волос человека GBW 09101 “Human Hair” (Shanghai Instituteof Nucleaz Research Academia Sinica, ChinaP.O.Box 8204, Shanghai 201849). Про-боподготовка осуществлялась методом микроволнового разложения на приборе Multiwave3000, A.Paar. Результаты собственных исследований по содержанию химических элементов в волосах сравнивали с цен-тильными интервалами (25-75), полученными при проведении популяционных исследований в различных регионах России [10]. Центильный метод является способом оценки здоровья, который позволяет выявить и оценить изменения в организме здоровья на стадии предболезни. Центильный метод анализа относится к непараметрическим методам статистики и не смещает оценку показателя в сторону увеличения или снижения, так как учитывает все реальности вариационного ряда. Обработка полученного материала проводилась с помощью общепринятых статистических методов с применением программы «Excel» из пакета «Microsoft Office XP». Статистический анализ включал определение средних значений, стандартного отклонения и оценку значимости различий по Стьюденту с учетом величины выборки [5]. Результаты Оценка границ центильных интервалов элементного состава волос обследованных жителей Оренбургской области позволила выявить ряд элементов, содержание которых у большинства оренбуржцев отличается от среднероссийских данных, то есть ниже 25 и выше 75 центиля (рисунок). Наиболее показательные данные получены по селену и кобальту, содержание которых в волосах соответственно у 97,0 и 81,0 % обследованных жителей Оренбургской области было ниже 25 центиля. У большого количества обследованных наблюдался избыток магния (45,5 %), кремния (47,0 %) и лития (60,0 %). Статистическая обработка всей совокупности данных о содержании элементного состава волос обследованных лиц позволила выявить значительные отличия по величине центильных интервалов целого ряда элементов [8]. Причем наибольшие расхождения по значениям 25 и 75 центилей наблюдались для кобальта (3,3 и 5,3 раза), йода (28,6 % и 3,4 раза), лития (0 и 3,9 раза), селена (3,5 и 5,2 раза) соответственно (табл. 1). Таблица 1 Сравнение среднероссийских и региональных значений оптимальных центильных интервалов содержания химических элементов в волосах, мг/кг Эле мент Среднероссийское значение Региональное значение 25 цен-тиль 75 цен-тиль min max 25 цен-тиль 75 цен-тиль Ca 494 1619 167 8464 479 2156 Mg 39 137 18 1208 65 248 P 135 181 8,76 375 122 160 Na 73 331 3,75 10820 81 403 K 29 159 2,32 10140 25 193 Co 0,04 0,16 0,0002 0,45 0,012 0,03 Cr 0,32 0,96 0,003 2,56 0,25 0,57 Cu 9 14 4,64 96,9 9,98 14,4 Fe 11 24 4,92 764 12,8 29,6 As 0,00 0,56 0,0012 0,37 0,02 0,07 I 0,27 4,2 0,0001 155 0,21 1,24 Li 0,00 0,02 0,003 0,89 0,016 0,077 Mn 0,32 1,13 0,004 57,7 0,38 1,3 Ni 0,14 0,53 0,02 15,6 0,25 0,65 Se 0,69 2,2 0,002 3,06 0,2 0,42 Si 11 37 0,6 447 19,5 58 V 0,005 0,5 0,002 0,54 0,057 0,11 Zn 155 206 71,9 440 155 199 Cd 0,02 0,12 0,0001 7,02 0,019 0,12 Hg 0,05 2,0 0,01 4,92 0,17 0,64 Al 1 18 0,01 228 4,37 14,2 Pb 0,38 1,4 0,06 50,6 0,32 1,38 Sn 0,05 1,5х 0,007 9,56 0,04 0,15 У жителей Оренбургской области менее значительными оказались изменения в значениях 25 и 75 центилей для макроэлементов: фосфора на 10,7 и 13,1 %, натрия на 11,0 и 21,8 %, калия на 16,0 и 21,4 % и т. д. Закономерно, что условия, сложившиеся в регионе, оказали заметное влияние на элементный состав «метаболически не активных» тканей человека. Распространённость отклонений содержания химических элементов в волосах жителей Оренбургской области по сравнению со среднероссийским оптимальным центильным интервалом 15 Экологическая физиология Экология человека 2014.09 При этом в исследованиях не выявлено выраженного влияния региона проживания на центильные значения токсичных элементов - кадмия, свинца, олова, что определяет темы дальнейших исследований. Фактически среднероссийские и региональные значения при достаточно близких значениях стандартного отклонения отличаются по свинцу на 3,9 %, никелю на 2,6 %, кадмию на 1,0 % (табл. 2). Таблица 2 Сравнение среднероссийских и региональных средних значений содержания химических элементов в волосах с учетом различий в стандартных отклонениях, мг/кг Элемент Среднероссийское значение Региональное значение σ рф σ Среднее значение m * рф Стандартное отклонение σ , рф Среднее значение шрег Стандартное отклонение σ Mg 88 49 156,5 91,58 0,54 Ca 1056,5 562,5 1317,5 838,5 0,67 Si 24 13 38,75 19,25 0,68 Fe 17,5 6,5 21,2 8,4 0,77 K 94 65 109 84 0,77 Na 202 129 242 161 0,8 Mn 0,725 0,405 0,84 0,46 0,88 Pb 0,89 0,21 0,85 0,53 0,96 Ni 0,335 0,195 0,45 0,2 0,98 Cd 0,07 0,05 0,07 0,05 1 Cu 11,5 2,5 12,19 2,21 1,13 Zn 180,5 25,5 177 22 1,15 P 158 23 141 19 1,21 Cr 0,64 0,32 0,41 0,16 2 Co 0,1 0,06 0,021 0,009 6,67 Se 1,445 0,755 0,31 0,11 6,86 Обсуждение результатов Анализируя полученные результаты, можно констатировать, что все вышеописанные изменения вполне закономерны и определяются влиянием региональных особенностей. Например, выявленные особенности среднего содержания селена, кобальта и хрома в волосах обследованных жителей Оренбургской области можно объяснить дефицитом этих элементов в рационах питания [6]. В частности, фактическое содержание селена в суточном рационе школьников (n = 84) составило (4,6 ± 0,30) мкг; кобальта (2,8 ± 0,2) мкг; хрома (8,01 ± 0,40) мкг, йода (0,08 ± 0,007) мг, это в 6,5; 3,6; 1,9 и 0,5 раза соответственно было ниже рекомендованных уровней потребления (МР 2.3.1.1915-04; МР 2.3.1.2432-08). Аналогичная разница выявлена при оценке рационов питания взрослого населения области. Дефицит поступления микроэлементов сопровождался общим снижением интенсивности обмена организма с внешней средой, что выражалось значительным снижением уровня элементов в моче обследованных. Так, содержание кобальта в моче школьников составляло около 0,0012-0,0016 мг/л, селена 0,058-0,076 мг/л, что ниже нормативов, определенных для этого биосубстрата ранее [4]. Приведенные данные в совокупности с результатами исследований свидетельствуют о том, что региональные особенности во многом определяют состав биосубстратов человека. Однако оценка элементного состава волос сама по себе не способна в полной мере охарактеризовать специфические особенности обмена отдельных веществ. Ввиду перераспределения элементов внутри организма химический анализ «метаболически не активных» тканей (волосы, ногти) является только первым этапом в выявлении и коррекции элементозов. Этот вывод можно подтвердить материалами, полученными в ранее проведенных исследованиях на моделях животных. В эксперименте на фоне одного и того же рациона питания (полноценный комбикорм) оценивалось содержание меди в тканях тела лабораторных животных при дополнительном введении в рацион целлюлозолитического препарата, депрес-сирующего всасывание меди [9]. Медьдефицитное состояние сопровождалось снижением «пула» этого элемента в тканях крыс на 34,8 % (р < 0,001) после 9 недель опыта, что подтверждалось снижением концентрации меди в шерсти на 23,4 % (р < 0,001). На модели цыплят после двух недель скармливания препарата содержание меди в тканях тела снизилось на 6,5 %, после четырех - на 9,1 % (р = 0,003). Это сопровождалось снижением содержания элемента в пере на 34,0 % (р = 0,004) и 42,4 % (р < 0,001) соответственно. Происходило закономерное перераспределение элемента из метаболически менее «активных» тканей в кровь и внутренние органы. При этом в последних содержание меди было неизменным на протяжении всего эксперимента. Таким образом, в работе изучен и систематизирован материал по элементному статусу жителей Оренбургской области. Выявлено значительное отклонение региональных оптимальных центильных интервалов от среднероссийских показателей для селена, кобальта и хрома. Полученные результаты рекомендуются для оценки элементного состава волос жителей Оренбургской области.

About the authors

A V Skalny

Orenburg State University

S A Miroshnikov

Russian Agricultural Academy’s All-Russian Research Institute of of Beef Breeding

S V Notova

Orenburg State University

S V Miroshnikov

Orenburg State University

I P Bolodurina

Orenburg State University

I E Alidzhanova

Orenburg State Medical Academy

Email: inhip@mail.ru

References

Supplementary files