Elemental composition of children's hair as an indicator of technogenically altered areas in eastern Transbaikalia

Full Text

Обоснование

Изучение закономерностей распределения химических элементов в биосфере, условий и особенностей формирования биогеохимических провинций природного или техногенного происхождения и их влияния на состояние здоровья является актуальной и фундаментальной задачей, решение которой позволит разработать эффективные медико-профилактические мероприятия по минимизации рисков здоровью населения. Оптимальное сбалансированное содержание химических элементов в живом организме обусловливает нормальное его функционирование, при этом отклонение концентраций химических веществ от физиологических норм приводит к формированию патологических состояний у человека [1, 2].

В пределах Забайкальского края сосредоточено большое количество месторождений полезных ископаемых, интенсивная добыча которых на протяжении более чем трехсот лет привела к образованию значительных объемов токсичных твердых отходов, образованных отвалами бедных и некондиционных руд, хвостами флотационного и гравитационного обогащения, продуктами химической переработки руд цветных металлов. В настоящее время на территории региона располагается более 80 хвостохранилищ обогатительных фабрик, большая часть которых находится вблизи населенных пунктов. Хвосты обогащения представляют собой мелкоизмельченный и тонкодисперсный материал, который содержит в значительных количествах химические элементы 1 и 2 классов опасности (мышьяк, кадмий, свинец, цинк, никель, молибден, медь и другие), что определяет высокий техногенный прессинг на окружающую среду, характеризующийся загрязнением поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха и почвы [3, 4].

В юго-восточных районах Забайкальского края, расположенных на сравнительно небольшой по площади территории уран-золотополиметаллического рудного пояса в междуречье Газимура и Аргуни, являющегося одним из самых старых горнорудных районов России, было разведано около 500 полиметаллических месторождений, отработка которых проводилась подземным способом на протяжении более трехсот лет.

В Приаргунском районе добыча свинцово-цинковых руд была начата в 18–19 веках, за данный период было добыто 66416 тыс. т руды. Промышленная добыча возобновилась в 1955 году и продолжалась до 1994 года, что привело к формированию хвостохранилища отходов переработки руд общей площадью около 50 га и массой 4,4 млн т, расположенного на расстоянии  3 км к юго-западу от п. Кличка. В Нерчинско-Заводском районе на протяжении длительного времени велась разработка месторождений свинцово-цинковых руд, в 1953-1994 гг. функционировала Благодатская обогатительная фабрика по переработке и обогащению руд Старо-Зерентуйского серебросвинцового, Средне-Зерентуйского и Октябрьского полиметаллических месторождений, отходы производства которого общей массой 2,02 млн т складированы в хвостохранилище площадью 37 га, расположенного вблизи пгт Нерчинский Завод. В Калганском районе к освоению полиметаллических месторождений приступили в 1757 г., промышленная разработка началась в послевоенные годы, Кадаинский рудник функционировал на протяжении более сорока лет (1951–1993 гг.). Хвостохранилище Кадаинской обогатительной фабрики расположено на расстоянии более 3 км от населенного пункта, его площадь составляет 61,0 га, общая масса загрязнений 2,27 млн т. На территории Борзинского района находится Шерловогорский горнопромышленный узел, который включает олово-вольфрам-висмут-бериллиевое месторождение и оловополиметаллическое месторождение. Производственная деятельность привела к формированию хвостохранилища объемом 24,3 млн т отходов флотационного процесса обогащения руд, отвалов бедных руд и вскрышных пород — 10,2 млн т и 191,7 млн т соответственно, площадь хвостохранилища составляет 80,0 га, отвалов вскрышных пород и бедных руд - 210,0 и 53,0 га соответственно. Горнорудные предприятия были закрыты в связи с отработкой запасов месторождений. Таким образом, выбранные территории сходны по геологическим особенностям, обусловленным наличием месторождений полиметаллических руд и объектов накопленного экологического вреда окружающей среде. Высвобождение и миграция химических элементов из хвостохранилищ приводит к их широкому распространению и последующему накоплению в объектах окружающей среды, при этом они могут быстро изменять свою химическую форму при переходе из одной среды в другую, вмешиваться в метаболические циклы и накапливаться в организме человека [5, 6, 7].

В исследование также включены населенные пункты (Чита, Нерчинск, Хилок, Шилка), вблизи которых не проводилась добыча и переработка полиметаллических руд. Данная группа характеризуется наличием значительного количества объектов теплоэнергетики, железнодорожной инфраструктуры, промышленных предприятий, зарегистрирован высокий удельный вес автотранспорта.

Элементный состав волос человека зависит от большого числа факторов: возраста, пола, характера питания, массы тела, цвета волос, наличия профессиональных вредностей, состояния здоровья, синергизма и антагонизма элементов в организме, места проживания и эколого-геохимической обстановки территорий. Преимуществом волос, как биосубстрата для исследований является неинвазивность, простота подготовки для анализа, отсутствие специальных условий для хранения [8, 9, 10].

Волосы благодаря способности концентрировать химические элементы, находящиеся в различных компонентах среды обитания, являются удобным биомаркером при изучении элементного гомеостаза населения в условиях воздействия неблагоприятных экологических факторов, что позволяет выявлять патологические изменения в организме на ранних стадиях, в том числе, в донозологический период [11, 12, 13].

Учитывая вышесказанное и исходя из актуальности изучения элементного статуса населения горнопромышленных территорий для разработки эффективных профилактических мероприятий и управленческих решений, авторы определили необходимость настоящей работы.

 Цель исследования

Изучение особенностей элементного статуса детей и подростков Забайкальского края.

Методы

Условия проведения исследования

В период с 2018 по 2022 гг. было проведено поперечное исследование 148 детей и подростков, проживающих на территории Забайкальского края. В зависимости от наличия объектов накопленного вреда окружающей среде вблизи населенных пунктов обследуемые были разделены на 2 группы. В первую группу включены дети и подростки, проживающие в г. Нерчинск, пгт Хилок, г. Чита, г. Шилка, где отсутствуют данные объекты (n=97). Во вторую группу вошли дети и подростки, проживающие в пгт Кличка, пгт Нерчинский Завод, г. Борзя, пгт Калга, для которых характерно близкое расположение хвостохранилищ и отвалов забалансовых руд (n=51).

Критерии соответствия (отбора)

Критерии включения в исследование: возраст от 6 до 14 лет, постоянное проживание на исследуемой территории от момента рождения, отсутствие приема витаминно-минеральных комплексов и лекарственных препаратов, натуральное состояние волос.

Критерии исключения: возраст младше 6 и старше 14 лет, проживание в других регионах.

Описание вмешательства

Для оценки элементного гомеостаза детей и подростков проанализировали химический состав волос с помощью рентгено-флуоресцентного метода полного внешнего отражения на спектрометре S2 Picofox (Bruker Nano GmbH, Германия) в соответствии с методическими рекомендациями. Для проведения анализа волосы состригали в 4-5 местах на затылке, ближе к шее в количестве 0,1–0,5 г, далее проводили обработку ацетоном и промывали деионизированной водой. Затем волосы сушили в течение 15 минут при комнатной температуре, пробы волос хранили в отдельных бумажных конвертах в сухом месте. Отбор и хранение проб проводили в соответствии с действующими нормативными документами. Пробы волос взвешивали на аналитических весах и навески массой 50,0-100,0 мг подвергали мокрому озолению. Для озоления проб их переносили в кварцевые стаканчики, приливали по 1000,0 мкл концентрированной HNO₃ и добавляли по 100,0 мкл 30 %-ного раствора H₂O₂, после пробы выдерживали до полного испарения жидкости в сухожаровом шкафу и прокаливали в муфельной печи при 500 °С в течение 2 ч. Полученные сухие осадки растворяли в сверхчистой воде и к аликвоте добавляли внутренний стандарт (соль Ge с концентрацией 2,50 мг/дм³). Наносили 10,0 мкл пробы на кварцевый прободержатель, а после высушивали. Определяли содержание 35 химических элементов (Na, Mg, Al, P, S, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn,  Ga, As, Se, Br, Rb, Sr, Sn, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, W, Pb, Th, U). После снятия спектров уровня элементов в пробе они подвергались обработке в программе Spectra ver. 7.8.2.0.

Этические принципы исследования соответствовали принципам Хельсинской декларации 1975 г. (в пересмотре 1983 г., позднейшие редакции 1996–2013 гг.). Для проведения исследования получено разрешение локального этического комитета при ФГБОУ ВО Читинская государственная медицинская академия Минздрава России (выписка из протокола заседания локального этического комитета от 25.06.2019 года № 95). Предварительно от законных представителей детей получено информированное согласие на проведение обследования.

Статистические процедуры

Статистические методы

Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с помощью пакета программ «IBM SPSS Statistics Version 25.0» (International Business Machines Corporation, США). Учитывая значения критерия Шапиро-Уилка, количественные данные представлены в виде медианы и межквартильного диапазона: Me (Q1; Q3). Для сравнения количественных данных между группами исследования применяли критерий Краскела-Уоллиса, статистически значимыми считали различия при р <0,001. Для оценки связи между количественными показателями использовали коэффициент ранговой корреляции Спирмена (rS).

Результаты

Основные результаты исследования

При анализе полученных результатов содержания химических элементов в биосубстрате у детей и подростков, проживающих на исследуемых территориях, установлен ряд значимых различий элементного состава волос.

В таблице 1 приведены данные о содержании эссенциальных химических элементов в волосах детей и подростков, проживающих на изучаемых территориях.

Таблица 1. Содержание эссенциальных химических элементов в волосах детей и подростков

Table 1. The content of essential chemical elements in the hair of children and adolescents

 

Химический элемент The chemical element	Исследуемые населенные пункты Settlements under study		Тестовая статистика Test statistics
	1 группа, n=97 Group 1, n=97	2 группа, n=51 Group 2, n=51
Натрий (Na), мг/кг	4023,7 (2647,7 ; 10211,2)	1673,7 (1002,8 ; 2812,1)	U=984,0, p<0,001
Магний (Mg), мг/кг	323,6 (231,4 ; 1305,6)	71,7 (51,8 ; 158,5)	U=553 p<0,001
Фосфор (P), мг/кг	56,8 (31,2 ; 141,9)	132,7 (80,1 ; 218,7)	U=1478 p<0,001
Сера (S), мг/кг	2860,1 (1960,4 ; 3987,4)	2727,9 (1533,8 ; 11311,7)	U=2180 p=0,236
Хлор (Cl), мг/кг	39,6 (14,9 ; 93,4)	2,5 (1,3 ; 4,4)	U=436,5 p<0,001
Калий (K), мг/кг	46,3 (21,7 ; 115,7)	67,0 (42,2 ; 174,4)	U=1728 p=0,003
Кальций (Ca), мг/кг	238,0 (98,3 ; 602,3)	674,1 (436,0 ; 1105,0)	U=1090 p<0,001
Хром (Cr), мг/кг	1,5 (0,6 ; 3,4)	1,5 (0,9 ; 2,4)	U=2345 p=0,604
Марганец (Mn), мг/кг	1,3 (0,5 ; 2,7)	1, 4 (1,0 ; 2,2)	U=1986 p=0,049
Железо (Fe), мг/кг	17,5 (8,6 ; 44,7)	50,5 (38,2 ; 95,9)	U=1004 p<0,001
Кобальт (Co), мг/кг	0,3 (0,2 ; 0,8)	0,07 (0,05 ;  0,13)	U=576 p<0,001
Медь (Cu), мг/кг	1,9 (1,1 ; 4,6)	2,2 (0,9 ; 4,0)	U=2468 p=0,982
Цинк (Zn), мг/кг	16,5 (11,2 ; 30,0)	111,2 (83,9 ; 188,7)	U=304 p<0,001
Селен (Se), мг/кг	0,15 (0,07 ; 0,46)	0,02 (0,02 ; 0,05)	U=481 p<0,001
Йод (I), мг/кг	3,1 (2,2 ; 10,1)	0,9 (0,7 ; 1,7)	U=664 p<0,001

 

Выявлено, что в волосах детей, проживающих в первой группе населенных пунктов, отмечается статистически значимо высокая концентрация большинства эссенциальных химических элементов в сравнении с биосубстратом детей, проживающих во второй группе населенных пунктов. Содержание натрия выше значений второй группы в 2,4 раза, магния — в 4,5 раза, хлора — в 15,6 раз, кобальта — в 4,3 раза, селена — в 7,5 раз и йода — в 3,4 раза (p<0,001). Обращает на себя внимание статистически значимое повышенное содержание цинка, фосфора, кальция, железа в волосах детей из второй группы. Концентрация железа в 2,9 раза выше значений первой группы, фосфора — в 2,3 раза, кальция — в 2,8 раза, цинка в 6,7 раза — 111,2 (p<0,001). При этом не выявлено статистически значимых различий между группами по содержанию в волосах таких элементов как сера, калий, хром, марганец, медь.

В таблице 2 приведены данные о содержании условно-эссенциальных и токсичных химических элементов в волосах детей и подростков, проживающих на исследуемых территориях.

Таблица 2. Содержание условно-эссенциальных и токсичных химических элементов в волосах детей и подростков

Table 2. The content of conditionally essential and toxic chemical elements in the hair of children and adolescents

 

Химический элемент The chemical element	Исследуемые населенные пункты Settlements under study		Тестовая статистика Test statistics
	1 группа, n=97 Group 1, n=97	2 группа, n=51 Group 2, n=51
Алюминий (Al), мг/кг	719,3 (420,1 ; 2266,6)	51,1 (26,3 ; 71,0)	U=356 p<0,001
Скандий (Sc), мг/кг	1,2 (0,8 ; 3,8)	0,26 (0,21 ; 0,54)	U=546,5 p<0,001
Титан (Ti), мг/кг	1,4 (0,7 ; 4,5)	1,7 (0,9 ; 3,2)	U=2210 p=0,288
Ванадий (V), мг/кг	0,7 (0,5 ; 2,3)	0,15 (0,11 ; 0,32)	U=531 p<0,001
Никель (Ni), мг/кг	0,3 (0,2 ; 0,9)	0,67 (0,46 ; 1,02)	U=1522,5 p<0,001
Галий (Ga), мг/кг	0,15 (0,1 ; 0,42)	0,03 (0,03 ; 0,07)	U=593 p<0,001
Мышьяк (As), мг/кг	0,20 (0,09 ; 0,42)	0,22 (0,1 ; 0,32)	U=2369,5 p=0,675
Бром (Br), мг/кг	0,14 (0,08 ; 0,31)	0, 03 (0,02 ; 0,05)	U=681 p<0,001
Рубидий (Rb), мг/кг	0,15 (0,10 ; 0,45)	0,03 (0,02 ; 0,07)	U=771 p<0,001
Стронций (Sr), мг/кг	1,25 (0,43 ; 4,02)	3,1 (2,0 ; 0,4)	U=1369 p<0,001
Олово (Sn), мг/кг	5,2 (3,8 ; 16,6)	1,7 (1,3 ; 3,1)	U=747,5 p<0,001
Сурьма (Sb), мг/кг	8,8 (4,6 ; 26,4)	0,8 (0,6 ; 1,5)	U=372,5 p<0,001
Цезий (Cs), мг/кг	3,7 (2,6 ; 12,2)	0,5 (0,4 ; 0,9)	U=413,5 p<0,001
Барий (Ba), мг/кг	2,4 (1,7 ; 7,7)	0,5 (0,4 ; 0,9)	U=674,5 p<0,001
Лантан (La), мг/кг	2,3 (1,6 ; 3,3)	0,3 (0,25 ; 0,71)	U=424,5 p<0,001
Церий (Ce), мг/кг	1,6 (1,1 ; 5,1)	0,28 (0,21 ; 0,59)	U=462 p<0,001
Вольфрам (W), мг/кг	1,3 (0,9 ; 4,6)	0,05 (0,04 ; 0,11)	U=270 p<0,001
Свинец (Pb), мг/кг	0,3 (0,16 ; 0,85)	1,5 (0,9 ; 2,3)	U=685,5 p<0,001
Торий (Th), мг/кг	0,16 (0,11 ; 0,5)	0,04 (0,03 ; 0,09)	U=696 p<0,001
Уран (U), мг/кг	0,24 (0,13 ; 0,63)	0,06 (0,04 ; 0,13)	U=1015,5 p<0,001

 

Установлено, что в волосах детей, проживающих в первой группе населенных пунктов, отмечается статистически значимо высокая концентрация большинства условно-эссенциальных и токсичных макро- и микроэлементов (алюминий, скандий, ванадий, галий, бром, рубидий, олово, сурьма, цезий, барий, лантан, церий, вольфрам, торий, уран) в сравнении с биосубстратом детей, проживающих во второй группе населенных пунктов. Выявлено статистически значимое повышенное содержание свинца, никеля и стронция в волосах детей из второй группы. Концентрация стронция в 2,5 раза выше значений первой группы, свинца в 5 раз, никеля в 2,2 раза (p<0,001). По содержанию в волосах таких элементов как титан и мышьяк статистически значимых различий между двумя группами не обнаружено.

В связи с тем, что концентрация макро- и микроэлементов в организме зависит не только от их количества при поступлении, но и от ассоциаций и сочетаний с другими элементами, был проведен корреляционный анализ, который показал наличие значимых прямых корреляционных связей между некоторыми химическими элементами. На рис. 1 представлена корреляции уровней химических элементов в волосах детей и подростков 1 группы (а) и 2 группы (б) населенных пунктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1. Корреляции уровней химических элементов в волосах детей и подростков 1 группы (а) и 2 группы (б) населенных пунктов. Цветами обозначен характер связи: оттенки синего цвета – отрицательная корреляция; оттенки коричневого цвета – положительная корреляция. Интенсивность цвета отражает силу связи между параметрами

Fig. 1. Correlations of levels of chemical elements in the hair of children and adolescents of group 1 (a) and group 2 (b) settlements. The colors indicate the nature of the relationship: shades of blue – negative correlation; shades of brown – positive correlation. The color intensity reflects the strength of the relationship between the parameters

 

Определено наличие кластеров химических элементов с весьма высокой и высокой силой положительной связи. Для цинка в первой группе установлена высокая сила статистически значимой (p<0,01) положительной связи со следующими элементами: серой (r_S=0,71), железом (r_S=0,70), кальцием (r_S=0,72), во второй группе подобной закономерности не выявлено. Анализ корреляционных связей свинца показал наличие весьма высокой и высокой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи с кальцием (r_S=0,83), калием (r_S=0,76), титаном (r_S=0,93), хромом (r_S=0,78), марганцем (r_S=0,81), железом (r_S=0,82), никелем (r_S=0,88), мышьяком (r_S=0,79), бромом (r_S=0,79), рубидием (r_S=0,74). Для второй группы такого взаимодействия не отмечено.

При анализе корреляционных связей между мышьяком и другими химическими элементами в первой группе установлено наличие высокой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи с некоторыми эссенциальными элементами: натрием (r_S=0,79), магнием (r_S=0,79), кобальтом (r_S=0,80), йодом (r_S=0,81), фосфором (r_S=0,73). Для остальных эссенциальных элементов характерно наличие заметной силы с хлором (r_S=0,62), калием (r_S=0,59), кальцием (r_S=0,65), марганцем (r_S=0,69), железом (r_S=0,63), медью (r_S=0,54), селеном (r_S=0,66), умеренной силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи с серой (r_S=0,31) и цинком (r_S=0,45). 

Обращает на себя внимание существование высокой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи с большинством токсичных и условно-эссенциальных элементов: алюминием (r_S=0,75), скандием (r_S=0,79), титаном (r_S=0,78), ванадием (r_S=0,79), хромом (r_S=0,73), никелем (r_S=0,70), гафнием (r_S=0,71), бромом (r_S=0,89), рубидием (r_S=0,85), оловом (r_S=0,82), цезием (r_S=0,78), барием (r_S=0,80), церием (r_S=0,79), вольфрамом (r_S=0,77), свинцом (r_S=0,79), торием (r_S=0,80), ураном (r_S=0,76). Заметная связь установлена с лантаном (r_S=0,68) и сурьмой (r_S=0,67).

Для второй группы населенной группы характерно преобладание слабой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи концентрации мышьяка с некоторыми эссенциальными элементами: хлором (r_S=0,24), калием (r_S=0,12), марганцем (r_S=0,19), железом (r_S=0,13), кобальтом (r_S=0,23), медью (r_S=0,09), за исключением цинка, для которого установлена высокая сила положительной связи (r_S=0,92). Для условно-эссенциальных и токсичных элементов характерно наличие умеренной и слабой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи: алюминием (r_S=0,44), скандием (r_S=0,31), ванадием (r_S=0,24), хромом (r_S=0,16), никелем (r_S=0,38), оловом (r_S=0,42), церием (r_S=0,79), свинцом (r_S=0,39), торием (r_S=0,43), ураном (r_S=0,43).

При анализе корреляционных связей группы химических элементов железа (Fe, Mn, Cr, Ni, Co) в первой группе установлено наличие высокой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи между Fe/Mn (r_S=0,76), Fe/Cr (r_S=0,71), Fe/Ni (r_S=0,81), Ni/Cr (r_S=0,78), Ni/Mn (r_S=0,84), Cr/Mn (r_S=0,73), заметной – между Co/Cr (r_S=0,63), Co/Mn (r_S=0,57), Co/Ni (r_S=0,57), умеренной – между Fe/Co (r_S=0,45). Во второй группе наличие высокой силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи выявлено между Fe/Mn (r_S=0,84), Fe/Co (r_S=0,82), Co/Mn (r_S=0,80), Ni/Cr (r_S=0,85), заметной – между Fe/Cr (r_S=0,55), Fe/Ni (r_S=0,62), Co/Ni (r_S=0,55), умеренной – между Co/Cr (r_S=0,47), Ni/Mn (r_S=0,49), Cr/Mn (r_S=0,41).

Нежелательных явлений отмечено не было.

Обсуждение

Резюме результатов исследования

Исследование элементного статуса детей и подростков, проживающих на территориях с различным уровнем техногенной нагрузки, выявило существенные различия в содержании химических элементов в биосубстрате.

Интерпретация результатов исследования

Проведенная сравнительная характеристика накопления химических элементов в волосах детей показала, что для первой группы характерно повышенное содержание большинства условно-эссенциальных и токсичных элементов, таких как алюминий, ванадий, сурьма, олово, цезий, торий, уран, в то же время отмечается накопление эссенциальных элементов - натрия, магния, хлора, кобальта, селена и йода по сравнению со второй группой.

 Для волос характерен комбинированный путь поступления элементов в их состав, в том числе обусловленный пылеарозольными включениями. Среди техногенных источников наиболее вероятного поступления вышеперечисленных элементов необходимо выделить наличие в первой группе населенных пунктов промышленных предприятий, а также ТЭЦ и ГРЭС, работающих на угле. При сжигании угля в атмосферный воздух поступает значительное количество химических элементов, которые в виде пыли попадают в организм человека, что и обусловливает их присутствие в волосах.  Для Забайкальского края присущ высокий риск загрязнения объектов окружающей среды, обусловленный рядом причин, среди которых ведущими являются климатогеографические факторы. Существующий антициклональный характер перемещения воздушных масс, формирование температурных инверсий в холодное время года, низкая самоочищающая способность биосферы, орографические особенности местности способствуют созданию неблагоприятных условий для рассеивания выбросов предприятий теплоэнергетики, промышленных объектов и автотранспорта, что приводит к загрязнению атмосферного воздуха, почвы, поверхностных водоисточников, снежного покрова токсичными химическими элементами. Полученные данные об элементном составе волос детей свидетельствуют о воздействии техногенных факторов [14, 15, 16].

Вторая исследуемая группа характеризуется высоким содержанием по сравнению с первой группой некоторых условно-эссенциальных и токсичных элементов - никеля, стронция и свинца, при этом наблюдается избыточное содержание таких эссенциальных элементов, как фосфор, кальций, железо и цинк. Избыточное накопление свинца и цинка в биосубстрате детей отражает экологическую ситуацию на данных территориях, обусловленную наличием месторождений свинцово-цинковых руд и хвостохранилищ, сформировавшихся в результате их переработки и обогащения. Обращает на себя внимание низкое содержание по сравнению с первой группой таких эссенциальных элементов, как селен, йод, кобальт, что связано с повышенной концентрацией свинца, являющегося антагонистом данных веществ. Таким образом, волосы детей, проживающих в населенных пунктах, которые расположены вблизи хвостохранилищ, имеют специфический биогеохимический портрет [10, 11].

Для некоторых эссенциальных (сера, хром, марганец, медь, калий) и условно-эссенциальных и токсичных (мышьяк, титан) элементов не выявлено статистически значимых различий в содержании в биосубстрате.

Мышьяк — один из самых часто встречающихся элементов в составе золото-полиметаллических и олово-полиметаллических руд, добываемых на территории края. Разведано более 1000 месторождений и проявлений коренного и россыпного золота, по объёмам его добычи регион входит в десятку золотодобывающих субъектов России. Элемент является индикатором золота, сопутствующим золотоносным образованиям, поскольку существенная масса золота представлена ведущим рудным минералом арсенопиритом. Проведенные исследования выявили накопление мышьяка в почве, воде поверхностных и подземных водоисточников, обусловленное как техногенным воздействием, связанным с разработкой месторождений полезных ископаемых и складированием отходов производства, содержащих токсичные вещества (мышьяк, свинец, кадмий, сурьму и т.д.), в хвостохранилищах, так и природными геологическими особенностями местности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что одинаковое содержание мышьяка в биосубстрате в обеих исследуемых группах, вероятно, обусловлено геохимическими природными особенностями региона [7, 15, 17].

На территории края впервые была выявлена и описана уровская (Кашина-Бека) болезнь, этиология которой до настоящего времени не выяснена, существует несколько гипотез возникновения данной патологии, одной из них является биогеохимическая теория. Исследователями при изучении элементного статуса населения на эндемичных территориях были выявлены высокие концентрации стронция и снижение соотношения кальций/стронций. Признаком неблагополучия в отношении данной патологии является соотношение Ca/Sr менее 100. Проведенный анализ показал, что значение соотношения Ca/Sr в первой группе составило 190,4, во второй — 217,4. Край является ураноносной провинцией, в регионе добывается почти 100% урана, находится единственный в стране комплекс по его обогащению. Выявленные различия в уровне радиоактивных элементов урана и тория в биосубстрате в исследуемых группах свидетельствуют о комплексном техногенно-природном влиянии, обусловленным наличием месторождений урановых руд, промышленных предприятий и предприятий топливо-энергетического сектора [18, 19, 20].

Оценка корреляционной зависимости между количественным содержанием различных химических элементов в биосубстрате выявила наличие обширных взаимосвязей между ними. На формирование ассоциаций химических элементов влияет существование на исследуемых территориях определенных геологических формаций и техногенного прессинга.

Сравнение характера корреляционных взаимодействий элементов для волос детей первой группы свидетельствует о том, что для токсичных элементов установлена статистически значимая (p<0,01) положительная связь весьма высокой и высокой силы. В то же время в отношении большинства эссенциальных элементов связь между ними и токсичными элементами носит характер слабой, умеренной или заметной силы статистически значимой (p<0,01) положительной связи. Основным фактором формирования химического состава волос является техногенная составляющая, обусловленная интенсивным загрязнением атмосферного воздуха в исследуемых населенных пунктах [14, 15, 16].

Для волос детей, проживающих в населенных пунктах вблизи расположения хвостохранилищ горнорудного производства характерна связь между элементами, определяющими геохимический фон местности. Для большинства токсичных элементов установлена статистически значимая (p<0,01) положительная связь весьма высокой и высокой силы. При этом наличие положительной корреляции слабой, умеренной и заметной силы между свинцом, цинком и другими токсичными, эссенциальными элементами свидетельствует о влиянии минералогеохимического состава складированных отходов горнорудного производства на изучаемых территориях. В зоне геохимических аномалий объекты окружающей среды характеризуются дисбалансом содержания элементов группы железа, что находит свое отражение в особенностях элементного гомеостаза организма человека. Выявленные обширные корреляционные взаимосвязи между элементами данной группы обусловлены, вероятно, природными условиями местности [18, 19, 20].

Закономерности распределения в объектах окружающей среды радиоактивных элементов сходны с редкоземельными, в связи с этим между содержанием данных элементов существуют прямая корреляционная зависимость. Подобная последовательность выявлена для детей, проживающих в первой группе населенных пунктов, в биосубстрате которых выявлены высокие концентрации радиоактивных (урана, тория) и редкоземельных (лантана, церия) элементов. При сравнении характера корреляционных взаимодействий между мышьяком и другими элементами в первой группе установлена положительная корреляция высокой и заметной силы, во второй группе — слабой силы, что свидетельствует о наличии геохимической аномалии, формирование которой обусловлено геологическими особенностями региона [7, 17, 21].

Заключение

Проведенное исследование выявило неравномерное распределение химических элементов в биосубстрате детей, проживающих в различных условиях техногенной нагрузки. Элементный состав волос детского населения горнорудных территорий отражает специфику добываемого и перерабатываемого сырья и характеризуется избыточным концентрированием свинца и цинка, низким содержанием селена, йода, кобальта. В населенных пунктах, где ведущими источниками загрязнения объектов окружающей среды являются объекты теплоэнергетики, железнодорожной инфраструктуры, промышленные предприятия и автотранспорт, элементный статус детей отличается высокими концентрациями более широкого спектра токсичных и условно-эссенциальных элементов. Обнаруженные взаимосвязи между уровнем различных химических веществ в биоматериале представляют определенный интерес, так как они дают представление о взаимодействии эссенциальных, условно-эссенциальных и токсичных элементов в организме человека. Изучение содержания и соотношения макро- и микроэлементов в волосах позволяет оценить геохимические особенности территорий с различной природно-техногенной обстановкой и разработать мероприятия по профилактике нарушений элементного статуса населения.

About the authors

Larisa Mikhailova

Chita State Medical Academy

Author for correspondence.
Email: mihailova-la@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7470-990X

доцент, заведующий кафедрой гигиены

Russian Federation

Evgeny A. Bondarevich

Email: bondarevich84@mail.ru

Natalia N Kotsurzhinskaya

Email: nata_nik_k@mail.ru

Natalia V Solovjeva

Email: solovjevaNV@yandex.ru

Galina Y Samoilenko

Email: g.s.311278@mail.ru

Olga A Leskova

Email: leskova-olga@inbox.ru

Baljit V Nimaeva

Email: s407060@yandex.ru

References

Supplementary files