CONCENTRATIONS OF TRACE ELEMENTS IN CHILDREN’S HAIR IN RURAL AREAS OF THE IRKUTSK REGION

Full Text

Структуру элементного профиля организма человека в значительной степени формируют климатогеографические условия местности. При этом даже в близкорасположенных регионах эти условия могут существенно отличаться. Иркутская область является крупнейшим регионом России. Крайняя южная точка области расположена на 51° северной широты, в то время как северная оконечность достигает почти 65 параллели. С севера на юг область протянута на 1 450 километров, что формирует сильно различаю 13 Оригинальные статьи Экология человека 2021.02 щиеся по климатическим и геохимическим условиям территории [1]. Дисбаланс химических элементов в почве, воде и растениях дополняется различной техногенной нагрузкой и суровыми климатическими условиями, следствием чего являются перестройки обменных процессов в организме [25]. Проведение биологического мониторинга эс-сенциальных микроэлементов и контаминантов в биосредах у различных групп населения является доказательством причинно-следственных зависимостей при выявлении риска здоровью населения. Именно доказательность причинно-следственных связей негативных эффектов факторов экспозиции диктует необходимость расширения знаний об уровнях биомаркеров в различных биосредах. Исследование волос представляет большой интерес для выявления состояния обмена микроэлементов в организме. Многочисленными авторами выявлены особенности элементного портрета жителей отдельных регионов и в Российской Федерации, и за рубежом [2, 17, 18]. Изучение элементного профиля населения как в популяциях вообще, так и в популяционных выборках имеют большое практическое значение для понимания причин распространения экозависимых заболеваний и демографической ситуации в регионе. В большинстве исследований ведущей причиной негативного воздействия на элементный состав биосубстратов рассматривается поступление антропогенных загрязнителей окружающей среды [27]. Анализ литературных данных показал, что три четверти детей страдают гипоэлементозом по одному или нескольким важнейшим микроэлементам, у одной трети наблюдается гиперэлементоз [2, 22, 30]. Как правило, при развитии патологий наблюдается мультимикроэлементный дисбаланс, поскольку все звенья метаболических процессов тесно связаны. Цинк, медь, магний являются одними из важнейших незаменимых микроэлементов. Ртуть, кадмий и свинец относятся к наиболее распространенным токсичным элементам. Медь оказывает всестороннее влияние на организм, которое проявляется в виде связей с ферментами, гормонами и витаминами. Медь как металл переменной валентности играет исключительную роль в поддержании прооксидантно-антиоксидантного равновесия в организме. В восстановленной форме ионы меди являются обязательным условием для перекисного окисления липидов в биологических мембранах. Изменения в системе «перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита» сказывается на общей реактивности и сопротивляемости организма [28, 31]. Таким образом, система «перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита» является важнейшей характеристикой резервных возможностей организма. При этом активация перекисного окисления обеспечивает мобилизацию гомеостатического механизма адаптации, что особенно важно в малокомфортных климатических условиях. Цинк является центральным атомом активных групп более чем 80 ферментов. В экспериментах на животных выявлено, что гипоцинкемия вызывает нарушение прооксидантно-антиоксидантного равновесия, которое проявляется в виде снижения антиоксидантной активности плазмы крови [20, 24, 26]. Ограниченное поступление цинка приводит к снижению устойчивости организма к инфекционным и простудным заболеваниям, нарушениям активности мозговой деятельности [23]. Магний является одним из основных внутриклеточных элементов, входит в качестве кофактора в состав нескольких ферментов гликолиза, выступая тем самым важным элементом регуляции углеводного обмена. В организм человека магний поступает преимущественно с питьевой водой и растительной пищей. Низкие величины в содержании магния были отмечены у детей приарктического и арктического районов Европейского и Азиатского Севера России [3, 22]. Данный факт авторы связывали с малой минерализацией источников питьевого водоснабжения. Низкая минерализация поверхностных вод северных регионов также способствует обедненности минерального состава выращиваемых там растительных продуктов. Кроме того, воздействие на организм низких температур и связанных с этим адаптационных процессов может вызывать усиление метаболизма с участием данного микроэлемента [16, 21, 32]. Хроническое воздействие малых концентраций ртути характеризуется изменением белкового обмена, функции щитовидной железы, иммунологическими сдвигами, что выявили наши исследования, проведенные в Балаганском районе [6]. Воздействие свинца приводит к раннему развитию артериальной гипертензии и атеросклероза [1]. Природный геохимический фон вносит существенные коррективы в суммарную оценку элементного профиля в отдельных регионах. Бедные почвы северных регионов способствуют формированию в организме человека дефицита многих макро- и микроэлементов. Изучение особенностей элементного портрета жителей регионов, расположенных вдали от крупных промышленных центров, существенно расширяют возможности оценки риска развития скрытых и выраженных биоэлементозов [5]. С учетом недостаточной биогеохимической изученности территории Иркутской области представляется актуальным изучение региональных особенностей содержания некоторых микроэлементов у детей отдаленных от промышленных центров сельских регионов. Цель работы - изучение микроэлементного статуса волос детей, проживающих в сельских регионах Иркутской области. Методы Для исследования выбраны районы с отличающимися природно-географическими условиями. Были обследованы поселки юго-западной равнинной части региона: село Тыреть (Заларинский район) 53° 40' с. ш., Нукутский район (Нукуты, Новонукутск) 53° 43' с. ш., Аларь 53° 4' с. ш., Усть-Уда 54° 10' с. ш., Балаган- 14 Экология человека 2021.02 Оригинальные статьи ский район (Балаганск, Коновалово) 54° 01' с. ш.), Черемхово (53° 09' с. ш.) (рисунок). Климат данной территории резко континентальный, с большими колебаниями суточных и сезонных температур. Зима холодная, январские температуры составляют -22,5.-7 оС. Лето сухое жаркое, температура июля - 18,3-36 оС. Среднегодовая температура воздуха составляет -3,2 оС. Ландшафт представлен лесостепной зоной, речная сеть слабо развита. Население вынуждено употреблять подземные воды, которые характеризуются высокой минерализацией и жесткостью. В исследование включены микрорайон Китой (52° 36' с. ш.), являющийся пригородной частью крупного промышленного центра Ангарск, в котором подавляющее количество населения живет в условиях сельского типа вблизи промышленных предприятий, а также поселок Раздолье предгорного региона Усольского района (52° 26' с. ш). Географические и климатические условия в них соответствуют указанным выше сельским поселениям. Питьевое водоснабжение осуществляется за счет рек Ангара и Китой, вода которых характеризуется низкой минерализацией. Жигаловский район (Хонда, Чикан, Кочень) расположен к северо-востоку от предыдущих населенных пунктов на широте 54° 48', занимает территорию Лено-Ангарского плато. Преобладающие высоты - 850-950 м над уровнем моря, наивысшая точка 1 502 м, климат континентальный, среднегодовая температура воздуха -5 °С. Северный регион включает Казачинско-Ленский (Казачинское) 56° 16' с. ш. и Катанский (Ербогачен) 61° 17' с. ш. район. Данные районы имеют статус территорий Крайнего Севера. Катанский район расположен на слабоволнистом плато Среднесибирского плоскогорья. Зимние температуры достигают -60 оС, летние -+40 оС. Среднегодовые колебания температур составляет 80 °С. Это зона Карта Иркутской области. Цифрами показаны районы: 1 - Аларский, 2 - Ангарский, 3 - Балаганский, 8 - Жигаловский, 9 - Заларинский, 12 - Казачинско-Ленский, 13 - Катанский, 20 - Нукутский, 26 - Усольский, 29 - Усть-Удинский, 30 - Черемховский вечной мерзлоты. Казачинско-Ленский район расположен в северной части Байкальского хребта на высоте 1 200-2 000 м. Амплитуда колебания температуры составляет 89,5 °С. Снежный покров держится 190 дней в году. Все обследованные поселки располагаются на отдаленном расстоянии от крупных промышленных зон и в относительно чистых экологических условиях. В группы обследования включали детей в возрасте 6-15 лет с информированного согласия родителей (опекунов) в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (Сеул, октябрь 2008). После медицинского осмотра случайным образом были сформированы группы практически здоровых детей европеоидной расы во всех населенных пунктах (всего 372 человека). Отбор волос проводили с затылочной части головы. После обработки проб ацетоном навеску волос минерализовали в тефлоновых стаканчиках с концентрированной азотной кислотой в системе микроволнового разложения. Определение металлов в волосах проводили атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре ААС-240DUO фирмы «Agilent Technolgies» (США). Проведено исследование содержания трех эссенциальных элементов (цинк, медь, магний) и трех токсичных (ртуть, свинец, кадмий). В качестве референсных величин использовали среднероссийские показатели концентрации элементов в волосах детей [13], а также рассчитанные ранее региональные уровни содержания элементов, усредненные для всей территории Иркутской области [8]. Недостаточность микроэлемента считали в случае, когда показатели были ниже референсного уровня РФ. Уровни микроэлементов, выходящие за границы нормального (физиологического) содержания, расценивали как дефицит [14]. В качестве норматива содержания ртути принимали рекомендованные ВОЗ показатели [11]. Статистическую обработку данных проводили методом вариационной статистики с использованием пакета прикладных программ Statistica v. 6.0. Данные представлены в виде медианы (Me) и межквантиль-ного размаха в виде 25 и 75 процентилей (Q1-Q3). Результаты В результате наших исследований установлено, что наибольшему отклонению от референсного уровня подвержено содержание меди и магния (таблица). Дети 8 районов Иркутской области из 11 исследованных испытывают недостаток меди. Более всего дефицит меди выражен у детей Черемхово, Тырети, Усть-Уды, Нукутского и Балаганского районов, Жи-галово, где концентрации меди уходят за пределы нижней границы содержания металла, которая, по представлению А. В. Скального [14], составляет 7,68 мкг/г. В волосах детей Нукутского района, Раздолья, Тырети, Алари, Жигалово, Китоя отмечено повышенное содержание магния. В одновозрастных группах из различных населенных пунктов наблюдались как нормальные уровни элементов, так и отклонения в ту или иную сторону. 15 Оригинальные статьи Экология человека 2021.02 Содержание элементов в волосах детей сельских районов Иркутской области, мкг/г, Me (Qj-Q3) Показатель Цинк Медь Магний Кадмий Свинец Ртуть Референсный уровень РФ (Q-Q,) [13] 94-183 8-12 18-56 0,03-0,18 0,76-2,73 Региональный референсный уровень (Me, Q,-Q,) [8] 88,66-164,13 4,51-6,60 19,65-70,64 0,011-0,017 0,56-2,38 0,20-0,72 Границы нормального (физиологического) содержания [14] 71-153 7,68-11,3 15-40 0,05-0,31 0,56-2,80 0,5-1,0 [11] Раздолье (n = 37) Возраст 11-15 лет 59,25 (53,01-66,21) 8,63 (7,41-9,29) 48,45 (29,98-78,02) 0,014 (0,002-0,03) 0,077 (0,051-0,135) 0,010 (0,002-0,024) Черемхово(n = 30) Возраст 9-11 лет 154,08 (128,91-168,81) 4,65 (3,97-5,38) 46,99 (32,06-61,68) 0,016 (0,010-0,030) 2,16 (1,14-4,00) 0,22 (0,16-0,37) Тыреть (n = 39) Возраст 9-11 лет 139,76 (107,93-166,42) 5,07 (4,26-5,81) 94,87 (43,74-132,34) 0,044 (0,025-0,069) 1,44 (0,81-3,45) 0,36 (0,19-0,66) Усть-Уда (n = 35) Возраст 9-11 лет 100,69 (80,72-118,02) 3,97 (3,64-4,37) 47,56 (29,77-89,20) 0,042 (0,020-0,063) 0,60 (0,25-1,1) 0,57 (0,29-0,99) Аларь (n = 20) Возраст 9-11 лет 167,30 (158,18-179,42) 6,15 (5,05-7,49) 128,23 (70,19-161,73) 0,032 (0,023-0,053) 3,41 (1,17-4,26) 1,28 (0,66-2,30) Нукутский район (n = 36) Возраст 9-11 лет 319,96 (240,18-434,18) 4,97 (3,43-8,41) 137,15 (94,93-207,52) 0,015 (0,005-0,024) 0,148 (0,081-0,308) - Балаганский район (n = 28) Возраст 7-10 лет 113,3 (74,5-154,1) 3,48 (2,90-7,25) - - 2,23 (1,44-3,57) 1,02 (0,56-1,80) Казачинское (n = 30) Возраст 13-17 лет 86,60 (75,37-99,96) 7,58 (6,61-8,16) 13,37 (8,89-20,54) 0,020 (0,012-0,031) 0,124 (0,063-0,173) 0,080 (0,041-0,203) Жигалово (n = 39) Возраст 9-11 лет 124,46 (105,97-151,64) 5,45 (4,66-6,13) 119,31 (47,35-156,09) 0,019 (0,011-0,038) 1,05 (0,55-1,55) 0,65 (0,43-1,14) Катанский район (n = 37) Возраст 6-11 лет 254,16 (212,89-308,52) 8,61 (7,85-9,69) 60,15 (32,82-87,50) 0,38 (0,22-0,64) - 0,86 (0,34-1,20) Китой (n = 41) Возраст 11-15 лет 107,82 (93,45-164,92) 10,30 (8,63-12,88) 79,46 (60,51-147,94) 0,023 (0,016-0,034) 0,129 (0,101-0,186) 0,093 (0,044-0,131) Примечание. Прочерк - отсутствие данных. Дефицит цинка наблюдается у детей Раздолья и Казачинска, в последнем он усугубляется из-за недостатка магния. В большинстве обследованных населенных пунктах области содержание цинка соответствовало оптимальной концентрации в волосах. Вместе с тем в нашем исследовании в пробах волос детей Катанского и Нукутского районов содержание цинка выше биологически допустимой границы (71-153 мкг/г по А. В. Скальному). Содержание токсичных элементов в целом не превышает рефе-ренсных уровней, однако можно выделить Аларь, Балаганский и Катанский районы, где наблюдается превышение фонового уровня ртути. При этом в Алари к ртути добавляется свинец, а в Катанском районе - кадмий. Обсуждение результатов Сравнительный анализ данных о содержании микроэлементов в пробах волос у детей различных районов Иркутской области свидетельствует об отличиях микро-элементного профиля волос детей, проживающих в районах с различными природно-климатическими и антропогенными условиями. В большинстве районов это проявляется в локальном дефиците меди, который в некоторых местах усугубляется пониженным содержанием магния и цинка. Для представителей коренного населения Сибири было отмечено наличие более адаптивных вариантов функционирования метаболических процессов и повышенная антиоксидантная активность, что может свидетельствовать о лучшей адаптации к условиям среды [4, 12, 19]. Представители некоренных народов не обладают такими возможностями и, следовательно, дефицит меди для них более чувствителен. Медь имеет большое значение для правильного развития и поддержания структуры органов, образованных соединительной тканью, в первую очередь костей и хрящей [15]. Исследование заболеваемости детского населения Иркутской области показало, что для отдельных популяций характерно преобладание болезней костно-мышечной системы и соединительной ткани [10]. Изучение психофизиологических особенностей центральной нервной системы детей сельских местностей Иркутской области выявило, что дети славянской этнической группы характеризуются низким уровнем работоспособности и слабой центральной нервной системой, в то время как у представителей коренного населения отмечены дети преимущественно с высоким уровнем работоспособности и сильным типом центральной нервной системы [9, 29]. Данный факт может подтвердить адаптивный характер психофизических процессов, исторически сложившийся в условиях низкого содержания цинка в природных средах региона. Выраженный дефицит магния, меди и цинка, обнаруженный нами у детей, по нашему мнению, связан с тем, что их поступление в организм обусловлено алиментарным фактором, в первую очередь соста 16 Экология человека 2021.02 Оригинальные статьи вом питьевой воды. Кроме того, у жителей Сибири структура питания близка к азиатскому типу с преобладанием доли жиров и белков [12], что вносит свой вклад в формирование уровня микро- и макроэлементов в организме. По результатам оценки риска, обусловленного химическим составом питьевой воды, выполненной Управлением Роспотребнадзора, были выявлены районы с неблагоприятным прогнозом детской заболеваемости. В Аларском районе коэффициент опасности (HQ) выше приемлемого уровня (для детского населения составил 11,2), в Нукутском, Черемховском - 8,8 [7]. Известно, что вода с повышенным содержанием минералов способствует развитию мочекаменной болезни, болезней почек, сердечно-сосудистой системы. По данным Роспотребнадзора, в питьевой воде централизованного и нецентрализованного систем водоснабжения содержание магния превышает ПДК в 1,2-2,0 раза в Нукутском, Черемховском, Заларинском районах. В отдельных источниках нецентрализованного водоснабжения Черемховского района концентрация магния составляла более 5 ПДК. Рассчитанная потенциальная опасность по степени потенциального риска для здоровья населения в Заларинском районе и Тырети в 1,3 раза превышает критерий существенного превышения, в Черемховском районе - в 1,4 раза, в Аларском и Нукутском районах - в 2 раза [10]. За период 2010-2014 гг. кратность превышения областного среднемесячного уровня заболеваемости детского населения по мочекаменной болезни составила в Жигаловском районе 2,4, Балаганском - 1,8, Казачинско-Ленском - 1,5 раза. Болезни крови в Аларском и Нукутском районах встречались чаще в 1,6 раза, в Жигаловском - в 1,4 раза. В Казачинско-Ленском районе болезни нервной системы в 2 раза превышали областной уровень [10]. Хотя уровень изученных токсичных элементов не показал выраженного превышения их в организме, тем не менее выявлены территории с повышенным содержанием ртути, свинца и кадмия в биосредах детей, что свидетельствует о вкладе этих элементов в общий дисбаланс в организме. В формировании элементного состава алиментарный фактор дополняется природно-климатическими условиями. Климатические условия Иркутской области сильно отличаются от других регионов, лежащих в тех же широтах. Удаленность от морей, расположение в центре азиатского материка приводит к резким перепадам температур. Годовые перепады могут превышать в отдельных районах 80 °С, а суточные - 30. Кроме того, часть территорий приходится на предгорные районы, что вызывает ярко выраженное кислородное голодание. В зимнее время содержание кислорода в атмосфере ниже нормы на 15-20 % [1]. Такие условия формируют малокомфортную зону и вынуждают организм перестраивать обменные процессы, что приводит к изменению микроэлементного баланса организма у жителей северных регионов. Если рассматривать изученный микроэлемент-ный профиль в целом, можно выделить населенные пункты, где наблюдается дисбаланс по трем и более микроэлементам. Такая картина выявлена в Алари, Нукутском и Балаганском районах, Казачинском. Причиной такого дисбаланса могут быть природноклиматические условия, в первую очередь качество питьевой воды, особенности почвенного состава и связанный с этим алиментарный фактор. Таким образом, территория Иркутской области вследствие своего размера и разнообразия природноклиматических условий является крайне неоднородной для формирования адаптационных механизмов и приспособительных возможностей при воздействии эколого-географических факторов. Оценка элементного статуса детей сельских регионов области показала необходимость проведения более интенсивного биомониторинга микроэлементов и всестороннего исследования здоровья детей как особо уязвимой и социально значимой группы риска.

About the authors

L. G. Lisetskaya

East-Siberian Institution of Medical and Ecological Research

Email: lis_lu154@mail.ru
Angarsk, Russia

References

Supplementary files