REGIONAL PECULIARITIES OF TRACE ELEMENTS' CONTENT IN OLD FEMALES IN MAGADAN

Full Text

Проблема старения населения постоянно привлекает внимание научной общественности, и это вполне обоснованно [3]. Последние десятилетия характеризуются увеличением доли пожилых людей в общей популяции всего мира. Сегодня удельный вес пожилых людей в общей численности населения наиболее высок в развитых странах, где он уже превысил 20 %, а к 2050 году поднимется до 32 %. Кроме того, в последние годы число людей в возрасте 75 лет и старше увеличилось в 2,6 раза, а число людей в возрасте 85 лет и старше - более чем в 3 раза. Происходит процесс старения в рамках самой старости [2, 7, 8]. К факторам, которые особенно активно ускоряют процесс старения, относятся вредные привычки, хронический стресс, нерациональное питание и неблагоприятные экологические условия. Суть старения с точки зрения химии рассматривается как обезвоживание, потеря жизненно важных элементов - биотиков и накопление токсических элементов - ксенобиотиков [15]. По мнению авторов [10], в числе факторов поддержания нормального функционирования и работоспособности лиц старших возрастных групп, проживающих в особых природно-климатических и биогеохимических условиях северных регионов, важ 10 Экология человека 2015.02 Окружающая среда ная роль принадлежит оптимальному соотношению микронутриентов в рационе питания. Хронический экзогенный дефицит или избыток химических элементов может длительное время компенсироваться в пределах нормальных функций организма, например вследствие увеличения или снижения степени резорбции в желудочно-кишечном тракте, целенаправленной коррекции диеты или приема витаминноминеральных комплексов и других препаратов, содержащих макро- и микроэлементы. При срыве механизмов метаболической компенсации экзогенный дисэлементоз превращается в дизрегуляционный, что приводит к переходу состояния предболезни в болезнь - к стойким, почти необратимым нарушениям на системном уровне. Известно, что в период старения нарушается гомеостатический контроль элементного статуса. При этом снижается и уровень некоторых макро- и микроэлементов, что соответствует представлениям об адаптационно-регуляторной теории старения. Современные данные по возрастной динамике элементов неоднозначны и не всегда поддерживают точку зрения о генерализованном и однонаправленном снижении концентрации элементов при увеличении возраста человека. Анализ литературы свидетельствует о разнонаправленных возрастных перестройках элементного статуса, приводящих в пожилом возрасте не только к дефициту, но и к избытку макро- и микроэлементов [20]. Учитывая эссенциальность и токсичность определенных элементов, формирование их возрастного дисбаланса может приводить к нарушениям минерального обмена и являться одним из физиологических механизмов старения организма [12]. Поскольку лица старшего возраста могут выступать в качестве индикатора региональных проблем со здоровьем, так как при длительном проживании в условиях постоянного напряжения органов и систем адаптационные резервы организма дают сбой и развиваются не только «классические» возрастные, но и связанные с регионом болезни - микроэлементозы, целью настоящего исследования явилось выявление особенностей содержания химических элементов в организме женщин старших возрастных групп города Магадана для определения регионального фона микроэлементного баланса, характерного для изучаемой возрастной группы. Методы Методами атомной эмиссионной спектрометрии (АЭС-ИСП) и масс-спектрометрии (МС-ИСП) с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer Corp., США) в АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва) определяли содержание 25 химических элементов (Al, As, B, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, V, Zn) в волосах женщин - постоянных жителей города Магадана старших возрастных групп (n = 106, средний возраст (68,0 ± 0,9) года). По данным О. А. Поворинской [14], гендерных различий в содержании макро- и микроэлементов в сыворотке крови пациентов старших возрастных групп не выявлено, что позволило нам, ввиду отсутствия репрезентативной выборки мужчин изучаемого возрастного периода, для более корректного анализа использовать данные о содержании химических элементов в волосах только женщин 56-90 лет. Согласно принятым методическим подходам забор волос производился с затылочной части головы. Отметим, что правомерность и эффективность использования волос для оценки элементного статуса организма в целом доказана результатами нескольких международных координационных программ, выполненных под эгидой Международного агентства по атомной энергии [23]. В качестве референтных величин концентраций элементов использованы среднероссийские показатели [17, 18], а для оценки степени элементного дисбаланса в организме учитывали частоты проявления дефицита или избытка макро- и микроэлементов (МЭ), встречающиеся более чем у четверти обследуемых в каждой группе. Обследуемый контингент был разделен на две группы: группу I (n = 61), пожилой возраст - составили женщины 56 - 74 лет, средний возраст (64,70 ± 0,78) года; группу II (n = 45), старческий возраст - женщины 75-90 лет, (79,28 ± 1,16) года [1]. Статистическая обработка полученных данных проведена с использованием пакета IBM SPSS Statistics 21. Для установления различий между двумя независимыми выборками по количественным показателям, распределение которых отличалось от нормального, применяли критерий Манна - Уитни (U), где Z соответствует параметрическому t-критерию Стьюдента для независимых выборок. Параметры описательной статистики для количественных показателей приведены в виде медианы (Me) и интерквартильной широты (25-й; 75-й процентиль). Критическое значение уровня статистической значимости при проверке нулевых гипотез принималось при р < 0,05. Изучение содержания химических элементов в организме женщин старших возрастных групп города Магадана проведено с соблюдением требований биомедицинской этики и сопровождалось добровольно полученным письменным информированным согласием. Результаты Медианы концентраций химических элементов, отражающие общий элементный профиль организма женщин старших возрастных групп, представлены в таблице. Установлено, что различия в содержании МЭ в волосах обследованных лиц обеих групп незначительны и статистически не значимы (p > 0,05) за исключением кремния, значение концентрации которого в 2,5 раза ниже в группе женщин старческого возраста (группа II). Содержание ряда основных эссенциальных элементов (Ca, Cr, Cu, Mg, Mn, P, Si, 11 Окружающая среда Экология человека 2015.02 Содержание химических элементов в волосах женщин старших возрастных групп г. Магадана, мкг/г , Me (25-й; 75-й процентиль) Изучаемый элемент Обследуемая группа лиц Статистические критерии и уровень значимости различий между сравниваемыми группами (U; Z; p) Группа I Группа II Al 5,36 (3,07; 7,99) 5,77 (4,04; 7,48) 509; -0,47; 0,64 As 0,06 (0,04; 0,09) 0,07 (0,05; 0,85) 458; -1,08; 0,28 B 0,73 (0,45; 1,62) 1,08 (0,64; 1,93) 172; -1,16; 0,25 Be 0,003 (0,003; 0,003) 0,003 (0,003; 0,005) 469; -1,17; 0,24 Ca 368,60 (237,85; 635,70) 338,78 (229,14; 509,70) 483; -0,77; 0,44 Cd 0,01 (0,01; 0,03) 0,02 (0,01; 0,06) 447; -1,20; 0,23 Co 0,01 (0,01; 0,02) 0,01 (0,01; 0,05) 533; -0,19; 0,85 Cr 0,49 (0,24; 0,79) 0,41 (0,18; 0,62) 412; -1,61; 0,11 Cu 9,94 (8,99; 11,14) 9,65 (7,92; 11,84) 446; -1,21; 0,23 Fe 13,12 (7,41; 20,80) 15,42 (8,36; 31,03) 477; -0,84; 0,40 Hg 0,44 (0,31; 0,62) 0,39 (0,20; 0,51) 220; -1,34; 0,18 I 0,55 (0,30; 1,76) 0,87 (0,59; 3,66) 167; -1,84; 0,07 K 104,70 (51,03; 219,95) 109,91 (51,25; 586,49) 482; -0,78; 0,44 Li 0,01 (0,01; 0,02) 0,01 (0,01; 0,03) 475; -0,92; 0,36 Mg 37,83 (22,41; 66,98) 37,73 (21,79; 69,04) 538; -0,13; 0,90 Mn 0,83 (0,36; 1,95) 0,65 (0,37; 1,75) 529; -0,24; 0,81 Na 310,00 (132,85; 926,74) 361,95 (128,67; 829,15) 531; -0,21; 0,83 Ni 0,13 (0,10; 0,22) 0,11 (0,10; 0,33) 523; -0,20; 0,84 P 157,71 (143,31; 173,09) 153,53 (139,11; 170,10) 486; -0,74; 0,46 Pb 0,25 (0,09; 0,54) 0,43 (0,17; 1,05) 403; -1,71; 0,09 Se 0,64 (0,46; 0,87) 0,72 (0,53; 1,68) 431; -1,2; 0,23 Si 57,74 (17; 83,32) 22,30 (12,03; 44,92) 330; -2,56; 0,01 Sn 0,07 (0,04; 0,14) 0,08 (0,05; 0,21) 249; -0,82; 0,41 V 0,09 (0,04; 0,12) 0,07 (0,05; 0,13) 294; -0,01; 0,99 Zn 176,69 (155,96; 200,44) 176,66 (149,94; 204,06) 542; -0,08; 0,94 Примечания: U - критерий Манна - Уитни; Z - соответствует t-критерию Стьюдента для независимых выборок; р - уровень значимости; полужирным шрифтом выделен элемент, различие концентраций которого значимо при p < 0,05. Zn) в организме обследованных лиц группы II ниже, а условно-эссенциальных и токсичных (Al, As, B, Cd, Pb, Sn) - выше, чем в организме лиц группы I. Вместе с тем содержание в волосах железа, иода, калия, натрия селена оказалось выше в группе II, это, вероятно, связано с повышенным выведением и перераспределением химических элементов в организме лиц старческого возраста и является предефицитной стадией, что согласуется с некоторыми литературными данными [19]. В обеих группах отмечается высокая частота дефицита многих эссенциальных МЭ, что потребовало детального анализа выявленного дисбаланса. По нашим данным, у всех обследованных женщин медианы концентраций Со и Se находятся ниже нижней границы референтных значений концентраций химических элементов в волосах [18]. Обсуждение результатов Известно, что условия жизни в высоких широтах приводят к изменению минерального обмена. По данным ряда исследований, у населения Севера отмечается выраженный дефицит минеральных веществ, что связывают с характерным химическим составом местных пищевых продуктов и структурой их потребления, с наличием биогеохимических провинций с недостаточным содержанием в почвах и воде минеральных элементов [5, 13]. Характерной особенностью элементного профиля женщин старших возрастных групп г. Магадана можно считать возрастное формирование общего дефицита основных эссенциальных элементов, связанное в том числе с их повышенной потерей при развитии многих патологических состояний и возрастании потребности в таких элементах, как Ca, Zn, Se, Cr, Cu, Mg, Mn, играющих важную роль в деятельности антиокси-дантной, иммунной систем организма, поддержании процесса минерализации костной ткани (Cu, Mn) и регуляции обмена углеводов и жиров (Cr, Mn, Cu) [21, 22]. По нашим данным, в волосах всех обследованных наблюдается выраженный дефицит Ca и Mg, обнаруженный у 38 женщин группы I и у 12 - группы II, что, по нашему мнению, связано с низкой степенью минерализации питьевой воды в регионе. По основному химическому составу природная питьевая вода на территории области является маломинерализованной и характеризуется низким содержанием биогенных элементов (фтора, селена, йода, кальция, магния и т. п.) [4]. Незначительное содержание в воде кальция и магния приводит к повышению тяжести течения сердечно-сосудистых заболеваний, а низкое содержание селена снижает устойчивость организма к развитию этих заболеваний [9]. Вместе с тем в основе возрастного понижения уровня кальция у 12 Экология человека 2015.02 Окружающая среда жителей Магадана лежит пролонгированное воздействие североспецифических факторов и известная роль ионов кальция в поддержании температурного гомеостаза [6, 12]. Показано, что адаптация организма к холоду приводит к достоверному снижению в крови концентрации ионов кальция [11]. Магний, дефицит которого может быть фактором риска атеросклероза, гипертонической болезни, сахарного диабета, в волосах женщин находится примерно на уровне нижней границы среднероссийских показателей. Также нами установлено, что выраженные частоты дефицита характерны для кобальта - 71 % в группе I и 67 % в группе II, меди - 53 и 39 %, железа -39 и 44 %, цинка - 48 и 28 %, хрома - 23 и 33 % обследованных женщин соответственно. Медь участвует в кроветворении, стимулируя созревание эритроцитов, способствует усвоению железа. При дефиците меди уменьшается абсорбция железа, увеличивается его скорость обмена и уменьшается продолжительность жизни эритроцитов. В то же время недостаток железа - один из распространенных дефицитных состояний у человека, особенно в условиях Севера. Частота развития железодефицитной анемии в различных популяциях может достигать 95 % и особенно характерна для старческого возраста [6]. Известно, что симптомы дефицита хрома, свидетельствующие о формировании его дефицита во внутренней среде организма пожилых и старых людей, аналогичны симптомам старения. Резистентность к инсулинзависимой утилизации глюкозы часто приобретает свойства эпидемии во многих группах населения. Следовательно, возрастной дефицит хрома у жителей Магадана может быть биохимической предпосылкой для нарушения обмена глюкозы и формирования сахарного диабета пожилых [12]. Ограниченное поступление и усвоение Zn, переходящее в хронический глубокий дефицит элемента, приводит к снижению устойчивости организма к инфекционным и простудным заболеваниям, нарушению активности мозговой деятельности и, безусловно, ускоренному процессу старения и сокращению жизни пожилого человека, особенно в экстремальных условиях северных территорий. Старение организма сопровождается не только уменьшением содержания в организме отдельных химических элементов [12]. Наряду с этим наблюдается увеличение концентраций некоторых элементов, например Fe, I, K, Na, Se, что можно рассматривать, с одной стороны, как повышенное выведение элемента из организма посредством экскреторных органов, а с другой - как избыточное накопление в организме или перераспределение этого элемента между тканями вследствие нарушения деятельности основных регуляторных механизмов организма [19]. Так, в данной работе у половины обследованных женщин в обеих группах обнаружен избыток Na - важнейшего химического элемента, регулирующего осмотическое давление, водно-солевой и белковый обмен, и K (у 40 % женщин группы I и 50 % - группы II), участвующего наряду с поддержанием водно-солевого баланса и осмотического давления, в поддержании нормального уровня кровяного давления, нервномышечной возбудимости и проводимости, нервной регуляции сердечных сокращений. При анализе содержания Si в волосах обследованных женщин обнаружено, что у лиц группы II медиана концентрации его достоверно снижается, хотя избыток встречается у 56 % женщин группы I и 22 % - группы II. В условиях кремнийизбыточной биогеохимической провинции понижение медианы до нормальных значений и появление дефицитных частот возможно рассматривать как потерю элемента с вероятным формированием его дефицита в организме, учитывая способность кремния поддерживать уровень кальция в костной ткани, что является важным фактором предотвращая развитие остеопороза. Наблюдаемое сочетанное снижение концентраций кальция и кремния у пожилых жителей Магадана способствует нарушениям минерализации костной ткани и может стать биохимическим базисом для развития сенильного остеопороза [12]. Избыток Mn - важнейшего антиоксиданта отмечен у 26 % женщин группы I и 28 % женщин группы II. Интересным фактом явилось повышение у лиц группы II концентрации и частоты встречаемости избытка в организме As, что в конечном итоге, учитывая канцерогенные свойства элемента [16], может быть одним из факторов, способствующих развитию процессов новообразования, которые в исследуемых возрастных группах представляют собой один из ведущих патогенетических механизмов смертности или выраженного ограничения качества жизни. Проведенное исследование позволяет судить о формировании у лиц пожилого и старческого возраста особого элементного профиля с характерными разнонаправленными (дефицит и избыток) перестройками минерального обмена. Принимая во внимание то, что различия в содержании большинства химических элементов в волосах обследованных женщин старшей возрастной группы по мере старения организма незначительны и статистически не значимы (p > 0,05), считаем целесообразным в дальнейших исследованиях выделять эту категорию в общую группу лиц старше 56 лет. Проведенный анализ данных о содержании химических элементов в волосах обследуемого контингента с использованием частотного анализа, медианного теста и расчета интерквартильной широты позволяет дать интегральную оценку степени дисбаланса минерального обмена организма человека в особых условиях северного региона в целях донозологической диагностики, первичной профилактики, коррекции выявленных нарушений как на индивидуальном, так и на популяционном уровне.

About the authors

E A Lugovaya

Scientific-research Center "Arktika"

Email: elena_plant@mail.ru; arktika.magadan@mail.ru
Magadan, Russia

A L Maksimov

Scientific-research Center "Arktika"

Magadan, Russia

E M Stepanova

Scientific-research Center "Arktika"

Magadan, Russia

References

Supplementary files