HUMAN ADAPTATION TO RADIOACTIVE CONTAMINATION OF A TERRITORY

Full Text

Теория адаптации в настоящее время является одним из фундаментальных направлений современной медицины и экологии человека [1, 4, 25]. В соответствии с мнением Р. М. Баевского, проявлением различных стадий общего адаптационного синдрома является изменение сердечного ритма [3]. Известно, что система кровообращения может рассматриваться как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма [1, 5], а вариабельность сердечного ритма (ВСР) хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем [3, 4]. Поэтому использование контроля ВСР может служить одной из инструментальных составляющих в методологии выявления симптоматики стрессового состояния. Многочисленные работы посвящены исследованию ВСР при различного рода физических и психических нагрузках [6, 17, 20], а также оценке приспособительных ответов организма при техногенном загрязнении окружающей среды [21, 23, 24]. Однако немногие работы ориентированы на изучение влияния радиоактивного загрязнения территории на состояние адаптационных механизмов организма посредством анализа ВСР [11, 12]. В настоящее время широко обсуждается проблема оценки долгосрочных последствий длительного воздействия малых доз ионизирующего излучения на организм человека [8, 19, 27]. Радиационное облучение может как усиливать действие общепризнанных факторов риска заболевания системы кровообращения [16], так и быть самостоятельной причиной возникновения патологии, однако риск подобных заболеваний обнаруживается только спустя десятилетия после экспозиции [19]. Кроме того, при оценке влияния основного фактора риска (в данном случае радиоактивного загрязнения территории) на показатели ВСР необходимо учитывать сопутствующие факторы, которые также могут оказывать влияние на исследуемый отклик. В ряде работ было показано, что средние значения показателей ВСР меняются с возрастом [14, 22, 28, 29]. Некоторыми авторами отмечаются гендерные различия средних значений показателей ВСР [22, 28], однако в других исследованиях подобных результатов не было получено [7, 29]. В проведенное исследование включен анализ показателей ВСР у обследуемых, относящихся к разным половозрастным группам. Цель работы - исследование влияния радиоактивного загрязнения территории на степень напряжения адаптационных механизмов организма человека. Задачей исследования является анализ параметров ВСР у населения, проживающего на радиоактивно загрязненных и условно чистой территориях Уральского региона. Методы Для проведения поперечного сравнительного исследования воздействия фактора окружающей среды (радиоактивное загрязнение местности) на состояние здоровья населения выделили три территории Уральского региона. Две из них - опытные, то есть радиоактивно загрязненные, и одна контрольная. Причиной радиоактивного загрязнения на опытных территориях стало несовершенство технологического процесса и ряд аварий на производственном объединении «Маяк» [2, 13]. Первая опытная территория - прибрежные районы реки Теча, в которую осуществлялись сбросы жидких радиоактивных отходов на протяжении 1949-1956 годов суммарной активностью по бета-излучению 2,75 МКи [2]. В составе сброса были долгоживущие радионуклиды 90Sr - 11,6 % и 137Cs - 12,2 %, которые стали причиной последующего хронического внутреннего облучения людей [19]. В настоящее время среднегодовая объёмная активность 90Sr в воде реки Течи вблизи прибрежных населенных пунктов на наиболее загрязненном участке (поселок Першин-ское Курганской области) составляет 5,81 Бк/л. Это значение в 1,2 раза выше уровня вмешательства для населения по нормам радиационной безопасности (4,9 Бк/л) и на 3 порядка выше фонового уровня для рек России (5,10 мБк/л) [15]. Несмотря на введенное ограничение на использование речной воды, население, в связи с затрудненным водоснабжением, до сих пор продолжает ее применять для хозяйственно-бытовых нужд [13]. Вторая опытная территория - зона ВУРС (населенные пункты, попавшие под действие ВосточноУральского радиоактивного следа), образовавшегося в 1957 году вследствие аварии. Загрязненная в результате взрыва территория ВУРС занимала площадь около 20 000 км2 с плотностью выше минимально измеряемого уровня радиоактивного загрязнения 90Sr 0,1 Ки/км2 и 1 000 км2 - выше уровня загрязнения 90Sr 2 Ки/км2 [2]. Кроме того, на зону ВУРС частично наложился «цезиевый» радиоактивный след, образовавшийся в 1967 году в результате ветрового выноса радиоактивной пыли с берегов озера Карачай. Для населения определяющий вклад в накопленную дозу был сформирован посредством внутреннего облучения 90Sr, который после аварии поступал в организм с местными продуктами питания [9]. В настоящее время, по данным радиационно-гигиенического мониторинга [10], остаточное радиоактивное загрязнение территории ВУРС формирует дополнительную дозовую нагрузку на население не выше 0,11 мЗв/год, что находится в пределах дозы техногенного облучения населения России - 1,0 мЗв/год, однако накопленная эффективная доза техногенного облучения у жителей ряда населенных пунктов может превышать 7 сЗв, что позволяет им обращаться за социальной защитой со стороны государства. В качестве контрольной территории выбрано расположенное в Курганской области село Корюково, не попавшее в зону ВУРС и удаленное от реки Теча. Был применен серийный способ создания выборки, где единицей отбора являлись относящиеся к трем указанным территориям населенные пункты, а 5 Окружающая среда Экология человека 2019.02 элементами - их постоянные жители. Участниками одномоментного (поперечного) исследования стали 944 человека. В исследовании принимали участие взрослое население в возрасте от 18 до 88 лет. Средний возраст обследуемых и стандартное отклонение составили (49,7 ± 16,6) года. На территории бассейна реки Теча обследованы 71 мужчина и 152 женщины, средний возраст (50,3 ± 16,8) года. На территории ВУРС были обследованы 191 мужчина и 396 женщин, средний возраст (50,5 ± 16,3) года. На контрольной территории обследованы 52 мужчины и 82 женщины, средний возраст (45,3 ± 17,1) года. У жителей проанализированных территорий проводилось измерение систолического и диастолического артериального давления и была снята пульсограмма методом Р М. Баевского [3] длительностью 5 минут в условиях относительного покоя, лежа на спине, во втором стандартном отведении. Одновременно фиксировались пол, возраст, а также ряд антропометрических показателей. Анализ ВСР проводился на основе следующих показателей: частота сердечных сокращений (ЧСС), систолическое артериальное давление (САД), диастолическое артериальное давление (ДАД), среднее квадратическое отклонение (СКО), коэффициент вариации (V), амплитуда моды (АМо), вариационный размах (АХ), индекс напряжения регуляторных систем (ИН), индекс вегетативного равновесия (ИВР), вегетативный показатель ритма (ВПР), показатель адекватности процессов регуляции (ПАПР). Сравнение средних значений показателей ВСР для различных территорий производилось с помощью параметрического теста Шеффе. Метод сравнения долей с применением современного критерия, основанного на биномиальном распределении [30], использовался для оценки долевого распределения значений расчетных показателей ВСР по исследуемым территориям. Оценка действия радиоактивного загрязнения местности в возрастных группах 18-50 и 51-88 лет на здоровье проводилась с использованием двухфакторного дисперсионного анализа. Среднее арифметическое и его стандартная ошибка обозначены через M ± m. Статистическая значимость различий устанавливалась при р < 0,05. Статистический анализ данных проводился в пакете STATISTICA 10 (StatSoft, Inc.). Исследование не противоречит стандартам медицинской этики, в том числе положениям Хельсинкской декларации в редакции 1983 года (протокол № 1 заседания этического комитета Института промышленной экологии УрО РАН от 30.01.2018). Результаты Для выявления особенностей ВСР населения исследуемых территорий (радиоактивно загрязненных и чистой) был использован параметрический тест Шеффе (для сравнения трех и более выборок). Проведенный анализ позволил выявить статистически значимые различия ряда показателей (СКО, АХ, ИН, V и АМо) у жителей радиоактивно загрязненных и чистой территорий. На рисунке представлены средние значения и стандартная ошибка некоторых показателей ВСР у населения, проживающего на трех исследуемых территориях. Первым на рисунке представлен показатель СКО, отражающий суммарный эффект вегетативной регуляции сердечной деятельности. Можно видеть уменьшение средних значений СКО от контрольной территории (0,053 ± 0,003) с к радиоактивно загрязненным территориям: (0,048 ± 0,001) с - ВУРС; (0,043 ± 0,002) с - бассейн реки Теча. Сравнение средних значений ИН, характеризующего степень централизованности управления ритмом сердца, на исследуемых территориях выявило превышение его нормативных значений (50-150 усл. ед.) до 171 усл. ед. у жителей бассейна реки Теча. Для АМо, отражающего влияние центрального контура регуляции на автономный, обнаружено увеличение средних значений на радиоактивно загрязненных территориях: (48,9 ± 0,6) % - ВУРС, (52,5 ± 1,0) % - бассейн реки Теча по сравнению с контрольной (46,9 ± 1,2) %. У жите Средние значения показателей вариабельности сердечного ритма у людей, проживающих на исследуемых территориях: контрольной (чистой), Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС), бассейна реки Теча Примечание. * - значимое различие показателей у жителей радиоактивно загрязненной территории по сравнению с контрольной при p < 0,05. 6 Экология человека 2019.02 Окружающая среда лей бассейна реки Теча АМо превышает верхнюю границу нормы (30-50 %). Изменения трех вышеописанных показателей свидетельствуют об усилении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы и напряжении регуляторных систем у жителей радиоактивно загрязненных территорий по сравнению с контрольной. Показатель АХ отражает активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Наибольшее среднее значение АХ наблюдается на территории контроля (0,30 ± 0,02) с. На радиоактивно загрязненных территориях этот показатель снижается, что говорит о стабилизации сердечного ритма. По значению V делается заключение о наличии фоновой аритмии или стационарности состояния. На всех исследуемых территориях средние значения V находятся в интервале 5,0 -5,9 %. Нормальное значение V составляет 3-12 % [13]. Средние значения ИВР, ВПР и ПАПР, начиная с контрольной территории, возрастают, достигая наибольшего значения у жителей населенных пунктов, расположенных вдоль реки Теча. На всех территориях средние значения этих показателей находятся в пределах нормы [3, 4]. ИВР указывает на соотношение активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. ВПР характеризует вегетативный баланс с точки зрения активности автономного контура регуляции. ПАПР позволяет судить об избыточной или недостаточной централизации управления ритмом сердца. Рассмотрим долевое распределение значений расчетных показателей ВСР по исследуемым территориям относительно нормы (табл. 1). Таблица демонстрирует, что для показателей ИН, СКО и ВПР доля жителей со значениями, находящимися в пределах нормы на всех исследуемых территориях, примерно одинакова и составляет от 32,1 до 47,5 %. Доля жителей со значениями показателя ИВР, находящимися в пределах нормы, лежит в диапазоне 43,0 - 52,2 %, максимальное значение она имеет на контрольной территории. По показателю ПАПР в диапазон нормы попадает большинство жителей всех исследуемых территорий (от 61,0 до 65,8 %). Отклонения от нормы значений показателя ИН < 50 усл. ед., показателя СКО > 80 мс и показателя ИВР < 100 усл. ед. отражают процесс активации парасимпатической регуляции. Эти отклонения наблюдаются только у небольшой доли населения, не превышающей 21,6 %. Значения показателей ИН > 150 усл. ед., СКО < 40 мс и ИВР > 300 усл. ед. свидетельствуют о состоянии напряжения адаптационных механизмов. Самая большая доля жителей со значениями ИН, ИВР выше нормы и СКО ниже нормы наблюдается на территории бассейна реки Теча; самая низкая - на контрольной территории. Различия статистически значимы для ИН на уровне p = 0,003, для СКО - на уровне p = 0,031, для ИВР - на уровне p < 0,001. Таблица 1 Распределение значений расчетных показателей вариабельности сердечного ритма у жителей исследуемых территорий, % (абс. число) Территория Показатель Бассейн реки Теча ВУРС Контроль ИН <50 усл. ед. 6,3 (14) 13,3 (78) 19,4 (26) 50-150 усл. ед. (норма) 35,4 (79) 36,8 (216) 38,8 (52) >150 усл. ед. 58,3 (130) 49,9 (293) 41,8 (56) СКО <40 мс 60,5 (135) 57,2 (336) 49,2 (66) 40-80 мс (норма) 35,0 (78) 34,6 (203) 40,4 (54) >80 мс 4,5 (10) 8,2 (48) 10,4 (14) ИВР <100 усл. ед. 8,1 (18) 14,0 (82) 21,6 (29) 100-300 усл. ед. (норма) 43,0 (96) 45,7 (268) 52,2 (70) >300 усл. ед. 48,9 (109) 40,4 (237) 26,1 (35) ВПР <7,1 усл. ед. 49,4 (110) 56,7 (333) 65,7 (88) 7,1 -9,3 усл. ед. (норма) 47,5 (106) 40,3 (237) 32,1 (43) >9,3 усл. ед. 3,1 (7) 3,0 (17) 2,2 (3) ПАПР <35 усл. ед. 6,7 (15) 14,0 (82) 17,1 (23) 35-70 усл. ед. (норма) 61,0 (136) 65,0 (382) 65,8 (88) >70 усл. ед. 32,3 (72) 21,0 (123) 17,1 (23) В совокупности для населения двух подвергшихся облучению территорий (ВУРС и бассейн реки Теча) доля жителей с отклонениями от нормы для ИН > 150 усл. ед. составляет 52,2 %, СКО < 40 мс - 58,1 %, ИВР > 300 усл. ед. - 42,7 %. Помимо радиоактивного загрязнения территории на функциональное состояние организма может влиять принадлежность к старшей возрастной группе. Оценка влияния радиоактивного загрязнения местности на показатели ВСР у людей разных возрастных групп проводилась с использованием двухфакторного дисперсионного анализа. Средние значения и стандартная ошибка показателей представлены в табл. 2. Сравнительный анализ показателей ВСР у населения исследуемых территорий выявил, что у жителей бассейна реки Теча средние значения вариационного размаха АХ ниже, чем на территориях контроля и ВУРС независимо от возраста. Можно видеть, что радиоактивное загрязнение местности статистически значимо увеличивает значение ИВР в старшей возрастной группе, в то время как на контрольной территории величина этого показателя не зависит от возраста. Минимальные значения ИН наблюдаются на контрольной (чистой) территории, значимых различий у 7 Окружающая среда Экология человека 2019.02 Сравнение параметров гемодинамики у жителей трех исследуемых территорий Уральского (M±m) Таблица 2 региона в зависимости от возраста Показатель Контроль ВУРС Бассейн реки Теча <51 >51 p <51 >51 p <51 >51 p САД, мм рт. ст. 112,7 ± 1,7 147,8 ± 3,3 <0,001 130,6 ± 1,2 153,6 ± 1,5 <0,001 119,4 ± 2,1 150,9 ± 2,8 <0,001 ДАД, мм рт. ст. 71,4 ± 1,2 83,7 ± 1,7 <0,001 84,5 ± 0,8 92,2 ± 0,8 <0,001 76,5 ± 1,3 87,5 ± 1,3 <0,001 ЧСС, уд. в мин 68,9 ± 0,9 67,2 ± 1,2 0,255 67,6 ± 0,5 65,5 ± 0,5 0,091 69,5 ± 0,9 69,2 ± 0,9 0,775 СКО, с 0,051 ± 0,003 0,055 ± 0,006 0,489 0,046 ± 0,001 0,049 ± 0,002 0,376 0,040 ± 0,001 0,044 ± 0,003 0,856 АХ, с 0,266 ± 0,023 0,349 ± 0,038 0,049 0,230 ± 0,006 0,261 ± 0,012 0,027 0,219 ± 0,012 0,225 ± 0,015 0,756 ИН, усл. ед. 129 ± 8 133 ± 11 0,791 139 ± 5 157 ± 5 0,006 157 ± 8 182 ± 8 0,026 V, % 5,8 ± 0,4 6,2 ± 0,6 0,622 5,1 ± 0,1 5,3 ± 0,3 0,472 4,9 ± 0,2 5,0 ± 0,4 0,914 АМо, % 43,2 ± 1,4 52,5 ± 1,9 <0,001 45,3 ± 0,7 52,4 ± 0,9 <0,001 49,4 ± 1,4 55,1 ± 1,4 0,005 ИВР, усл. ед. 219,4 ± 12,7 237,4 ± 19,8 0,424 237,4 ± 6,8 282,8 ± 8,0 <0,001 266,5 ± 11,9 311,0 ± 12,4 0,011 ВПР, усл. ед. 5,55 ± 0,25 4,84 ± 0,33 0,086 5,72 ± 0,13 5,55 ± 0,13 0,742 6,09 ± 0,19 6,30 ± 0,19 0,444 ПАПР, усл. ед. 50,4 ± 1,9 59,4 ± 2,4 0,004 51,9 ± 1,1 57,9 ± 1,2 <0,001 58,3 ± 2,1 64,6 ± 2,1 0,035 разных возрастных групп по данной выборке получено не было. В бассейне реки Теча средние значения ИН увеличиваются на 25 усл. ед. в старшей возрастной категории, различие статистически значимо. Также статистически значимы различия средних значений ИН у разновозрастных групп на территории ВУРС. Минимальные значения СКО наблюдаются на обеих радиоактивно загрязненных территориях. Различия средних значений СКО в разных возрастных группах не значимы для всех исследуемых территорий. Кроме того, на всех исследуемых территориях наблюдаются статистически значимые различия средних значений таких показателей, как САД, ДАД, АМо и ПАПР у разных возрастных групп. Следует отметить, что статистически значимых гендерных различий в анализируемой выборке обнаружено не было. Обсуждение результатов В настоящей работе исследовано функциональное состояние организма жителей некоторых территорий Уральского региона. Подход, основанный на анализе ВСР, позволил сравнить степень напряжения регуляторных систем у жителей радиоактивно загрязненных и контрольной территорий. Внимание было уделено также изучению особенностей ВСР, обусловленных возрастными изменениями организма. Было показано, что радиоактивное загрязнение территории ведет к напряжению функциональных систем организма. У значительной части населения, подвергшегося долгосрочному облучению, выявлены отклонения от нормы значений показателей СКО, ИН и ИВР, отражающие дисбаланс вегетативной нервной системы в сторону преобладания симпатической регуляции, сопровождающийся повышенными энергетическими потребностями. Длительное преобладание симпатической регуляции приводит к истощению энергетических резервов и, как следствие, может спровоцировать появление и развитие заболеваний различной этиологии [1, 26]. Отмечено, что у людей, подвергшихся радиационному воздействию, и их потомков патологии различных классов заболеваний и множественные патологии встречаются чаще, чем в контрольных группах [11, 12], что может объясняться повышенным напряжением компенсаторных механизмов организма [26]. Таким образом, напряжение адаптационных механизмов может являться совокупным откликом организма на длительное воздействие облучения, и жители радиоактивно загрязненных территорий подвержены большему риску заболеваний, чем в контрольной группе. Полученные оценки степени напряжения регуляторных систем на основании анализа показателей ВСР у жителей Уральского региона хорошо согласуются с результатами исследования ВСР у мужчин-ликви-даторов аварии на Чернобыльской АЭС, в котором была выявлена ведущая роль повышенной активности симпатического отдела нервной системы в появлении сердечно-сосудистой патологии [12]. Следует отметить, что в структуре общей заболеваемости населения Российской Федерации в последние годы болезни системы кровообращения занимают первое место среди неинфекционных заболеваний [18]. Аналогичная тенденция прослеживается у людей, подвергшихся облучению, например проживающих вдоль реки Теча [16] или участвовавших в ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС [12], которые имеют более высокие риски заболевания системы кровообращения по сравнению с контрольной группой. При оценке состояния сердечно-сосудистой системы традиционно уделяется внимание сопутствующим факторам сердечно сосудистого риска. Нами проанализировано влияние такого фактора, как возраст. Установлено, что на радиоактивно загрязненных территориях у людей, относящихся к старшей возрастной группе (>51 года), отмечается еще более выраженный эффект изменения показателей ВСР. Таким образом, обнаружено влияние радиоактивного техногенного загрязнения окружающей среды 8 Экология человека 2019.02 Окружающая среда на состояние адаптационных механизмов населения Уральского региона. У большей части населения, проживающего на территориях, подвергшихся длительному радиационному воздействию, регуляторная система находится в состоянии функционального напряжения, о чем свидетельствует отклонение от нормы ряда значений показателей ВСР. Было выявлено отклонение значений ИН и ИВР относительно верхней границы у 52,2 и 42,7 % обследуемых и стандартного отклонения ряда кардиоинтервалов СКО относительно нижней границы у 58,1 % обследуемых по сравнению с распространенностью аналогичных отклонений на контроле, составляющих 41,8, 26,1 и 49,2 % соответственно. Указанные отклонения от нормы свидетельствуют о значительном напряже -нии регуляторных механизмов, выражаемом через дисбаланс вегетативной нервной системы в сторону преобладания центрального контура управления над автономным. Наиболее выраженный эффект напряжения регуляторной системы под влиянием радиоактивного загрязнения как по абсолютным значениям отклонения от нормы показателей ВСР, так и по распространенности этих отклонений наблюдается у жителей прибрежных населенных пунктов реки Теча. Такой сопутствующий фактор, как принадлежность к старшей возрастной группе (>51 года), дополнительно увеличивает неблагоприятный для организма человека эффект радиоактивного загрязнения территории. Работа выполнена по государственному заданию ИПЭ УрО РАН, тема № 0392-2014-0002. Авторство Константинова Е. Д. внесла существенный вклад в получение данных, участвовала в анализе и интерпретации данных; Маслакова Т. А. участвовала в анализе и интерпретации данных; Шалаумова Ю. В. участвовала в интерпретации данных, подготовила первый вариант статьи; Вараксин А. Н. внес существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, анализ и интерпретацию данных, окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись; Живодеров А. А. участвовал в получении, анализе и интерпретации данных. Авторы подтверждают отсутствие конфликта интересов. Константинова Екатерина Даниловна - SPIN 1887-7612; ORCID 0000-0002-2260-744X Маслакова Татьяна Анатольевна - SPIN 3233-7652; ORCID 0000-0001-6642-9027 Шалаумова Юлия Валерьевна - SPIN 3163-6856; ORCID 0000-0002-0173-6293 Вараксин Анатолий Николаевич - SPIN 9910-2326; ORCID 0000-0003-2689-3006 Живодеров Андрей Алексеевич - SPIN 3091-7050; ORCID 0000-0002-9106-1882

About the authors

E D Konstantinova

Institute of Industrial Ecology of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Email: K_Konst@ecko.uran.ru
Ekaterinburg, Russia

T A Maslakova

Institute of Industrial Ecology of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, Russia

Yu V Shalaumova

Institute of Industrial Ecology of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, Russia

A N Varaksin

Institute of Industrial Ecology of Ural Branch of Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, Russia

A A Zhivoderov

Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin

Ekaterinburg, Russia

References

Supplementary files