К проблеме элементного дисбаланса у детей с детским церебральным параличом (спастической диплегией)

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Изучение дисбаланса макро- и микроэлементов при различных заболеваниях, разработка систем реабилитации путём коррекции элементного гомеостаза — весьма важные задачи профилактической медицины. Многочисленные исследования, проводимые в последние годы как российскими, так и зарубежными учёными, показали, что риск развития различных патологий часто ассоциируется с нарушением минерального обмена в организме. Макро- и микроэлементы играют важную роль в обеспечении деятельности центральной и вегетативной нервной системы [1–5]. Элементный дисбаланс в детском организме может быть как следствием аномалий внутриутробного развития, так и связанным с внешнесредовым воздействием и нерациональным питанием [6–10].

Формирование нарушений здоровья детей в перинатальном периоде преимущественно связано с состояниями, возникающими у матери во время беременности, и может быть обусловлено влиянием материнского организма на плод и загрязнением объектов окружающей среды [11, 12]. Некоторые элементы обладают способностью проникать через плацентарный барьер. Плаценты женщин, проживающих в условиях повышенного атмосферного загрязнения, имеют признаки угнетения компенсаторно-приспособительных механизмов. В исследовании А.А. Агаджаняна и А.В. Скального [13] показано, что по концентрации многих металлов в волосах матери можно достоверно судить об элементном статусе новорождённого и риске развития у него микроэлементозов. В результате ранее проведённых исследований выявлено накопление свинца, кадмия, хрома, никеля, цинка, меди, железа в волосах беременных женщин, коррелирующее с уровнем металлов в волосах её новорождённого (r=0,60–0,78). Установлено, что у матерей с дисбалансом элементного гомеостаза чаще рождались дети с низкими показателями физического развития, с перинатальным поражением центральной нервной системы. Определены прямые корреляционные связи средней силы между повышенным уровнем цинка и железа в волосах и отягощённым акушерско-гинекологическим анамнезом (r=0,51), кадмия — со слабостью родовой деятельности (r=0,59), марганца — с быстрыми родами (r=0,66), свинца — с патологическим окрашиванием околоплодных вод (r=0,74) [14]. Следовательно, установление дисбаланса элементов в организме матери может служить прогнозом (критерием риска) возникновения нарушений в организме ребенка.

В структуре заболеваний, являющихся основными причинами детской инвалидности, первое место занимают психические расстройства и расстройства поведения — 29,8%, на втором месте болезни нервной системы — 17,6%, на третьем месте врождённые аномалии — 13,9% [15]. В классе болезней нервной системы ведущее место принадлежит детскому церебральному параличу (ДЦП) — наиболее тяжёлому последствию перинатального поражения нервной системы [16]. Нарушение минерального обмена при данной патологии носит, вероятно, врождённый характер и может быть связано в том числе с дисбалансом элементов в организме матери. Токсичные элементы (например, свинец и кадмий) способны преодолевать гематоплацентарный барьер, проникать в плод, в результате формируется дефицит кобальта, селена и цинка в силу антагонистических отношений. Изменение элементного гомеостаза в антенатальном периоде вызывает замедленное развитие плода, нарушение развития нервной системы и регуляции обменных процессов [17].

Ряд эссенциальных микро- и макроэлементов (Fe, Cu, Zn, Ca, Mg Se и др.) играет значимую физиологическую роль в развитии детского организма. Тяжёлые металлы (свинец, кадмий, ртуть) и мышьяк являются нейротоксическими ядами и оказывают неблагоприятное воздействие на нервную систему даже при низких концентрациях. Некоторые эссенциальные элементы (марганец, медь) при высоких концентрациях также становятся нейротоксичными.

Вышесказанное подтверждает необходимость детального исследования элементного гомеостаза у детей с заболеваниями нервной системы для повышения эффективности лечебно-профилактических мер.

Цель исследования. Анализ и оценка элементного состава волос у детей с ДЦП (спастической диплегией).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведено поперечное исследование 93 детей, проживающих в крупном промышленном городе — Уфе. Всех обследованных разделили на две группы. В основную группу вошли 43 ребёнка (17 мальчиков и 26 девочек) с установленным диагнозом «ДЦП (спастическая диплегия)», в контрольную — 50 детей (15 мальчиков и 35 девочек).

Критерии включения в исследование: возраст от 3 до 6 лет, постоянное проживание в Уфе от момента рождения, отсутствие сопутствующих хронических заболеваний, длительной постоянной медикаментозной терапии, приёма витаминно-минеральных комплексов в течение 6 мес.

Критерии исключения: родовая травма, возраст младше 3 и старше 6 лет, наличие сопутствующей патологии, часто болеющие ОРЗ, приём лекарственных средств и минерально-витаминных комплексов, проживание в другом регионе.

Для оценки элементного статуса детей провели анализ волос как наиболее доступного биологического материала, отражающего баланс макро- и микроэлементов в организме, методом атомно-абсорбционной спектрометрии в соответствии с действующими методическими указаниями. Для анализа с затылочной части головы состригали волосы в количестве 0,1–0,5 г, обрабатывали ацетоном, затем промывали деионизированной водой. Сушили волосы при комнатной температуре в течение 15 мин. До выполнения анализа пробы волос хранили в бумажных пакетах в сухом месте при комнатной температуре. Забор и хранение проб биологического материала проводили в соответствии с действующими методическими рекомендациями. После микроволнового разложения проб волос в системе Speedwave Xpert (Berghof Products + Instruments GmbH) определяли эссенциальные (Fe, Cu, Zn, Ca, Mg, Cr, Co, Se, Mn), условно-эссенциальные (Ni, As) и токсичные элементы (Pb, Cd, Hg) методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборах AA моделей 240FS и 240Z с пламенной и термической атомизацией (Varian).

Результаты исследований содержания химических элементов в волосах детей с установленным диагнозом «ДЦП (спастическая диплегия)» в связи с отсутствием утверждённых норм оценивали относительно референтных значений, предложенных А.В. Скальным [18]. Так как для различных регионов характерен специфический фоновый уровень металлов в биосредах [6, 9, 19], концентрации металлов в волосах детей также сравнивали с уровнем в контрольной группе.

Исследование выполнено в период 2019–2024 гг. с обязательным соблюдением этических принципов и обеспечением конфиденциальности полученной информации, одобрено биоэтической комиссией ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» (выписка из протокола заседания биоэтической комиссии от 25.12.2019 № 01-12). От законных представителей детей получено информированное согласие на участие в исследовании.

Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel и Statistica 10 (IBM, USA). Проверку распределения на нормальность осуществляли с помощью критерия Колмогорова–Смирнова. Значимость различий между группами оценивали с помощью критерия Манна–Уитни и t-критерия Стьюдента. В таблицах приведены средние значения, ошибка среднего (М±m), медиана, минимальные и максимальные уровни элементов в биологической среде организма.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Анализ полученных результатов исследования волос здоровых детей и детей с ДЦП выявил ряд значимых различий элементного состава. Концентрации эссенциальных элементов (меди, цинка, железа, кобальта, кальция и магния) в волосах детей с ДЦП находятся в рамках референтного диапазона, достоверных различий с контрольной группой не установлено (p >0,05). Средняя концентрация цинка в волосах всех обследованных детей близка к нижней границе нормы (табл. 1).

 

Таблица 1. Уровень эссенциальных элементов в волосах обследованных детей, мкг/г

Table 1. Levels of essential elements in the hair of the examined children, µg/g

Пoказатель Parameter	Cu	Zn	Fe	Mn	Co	Cr	Ca	Mg	Se
Референтные значения [18] | Reference values
Min–max	8–12	94–183	13–27	0,32–0,93	0,02–0,11	0,26–0,70	254–611	18–56	0,65–2,43
Содержание химических элементов в волосах детей основной группы Content of chemical elements in the hair of children in the main group
М±m	9,4±0,3	99,3±5,6	20,6±1,1	1,14*±0,05	0,07±0,01	1,52*±0,21	413±27	46,7±3,4	0,014*±0,001
Медиана | Median	9,5	102,2	15,0	1,04	0,07	1,00	380	42,2	0,014
Min–max	4,5–14,4	35,2–216,1	12,8–54,3	0,61–1,97	0,02–0,21	0,49–5,45	53–973	15,2–98,7	0,006–0,025
Содержание химических элементов в волосах детей контрольной группы Content of chemical elements in the hair of children in the control group
М±m	9,9±0,5	86,0±5,9	17,0±1,3	0,40±0,03	0,07±0,01	0,67±0,04	388±34	41,4±3,2	0,277±0,017
Медиана | Median	9,2	87,4	15,0	0,34	0,08	0,65	321	37,9	0,290
Min–max	4,1–19,2	36,3–191,1	3,9–45,3	0,09–0,92	0,03–0,12	0,22–1,66	63–973	12,1–99,4	0,120–0,390

Примечание. * Различия с контрольной группой достоверны (критерий р <0,05).

Note. *- Statistically significant difference from the control group (p < 0.05).

 

Уровень хрома в волосах у 82% детей основной группы выше верхней границы референтного значения (по средней величине в 2,2 раза) и содержания в контрольной группе (U=0,0001, p <0,05). Уровень марганца у 81% детей основной группы выше верхней границы референтного значения (по средней величине в 1,2 раза) и в 2,9 раза выше содержания в волосах детей контрольной группы (p <0,001). Содержание селена в основной группе в 46 раз, а в контрольной в 2 раза меньше нижней границы нормы, различия между группами достоверны (p <0,001).

По оценкам зарубежных исследователей, «уровень озабоченности» для свинца определён при концентрации в волосах детей 3 мкг/г и более [13]. В результате исследований отмечен повышенный в 1,4 раза относительно референтных значений и в 5,4 раза относительно группы контроля средний уровень свинца (р <0,001). У 65% обследованных детей значение показателя превышает верхнюю границу нормы и выше «уровня озабоченности» (табл. 2).

 

Таблица 2. Уровень условно-эссенциальных и токсичных элементов в волосах обследованных детей, мкг/г

Table 2. Levels of conditionally essential and toxic elements in the hair of the examined children, µg/g

Пoказатель Parameter	Pb	Cd	Ni	As	Hg
Референтные значения [18] | Reference values
Min–max	0,76–2,73	0,03–0,18	0,15–0,55	0–0,69	ПДУ 0,5
Содержание химических элементов в волосах детей основной группы Content of chemical elements in the hair of children in the main group
М±m	3,71*±0,31	0,06*±0,01	2,25*±0,24	0,011±0,001	0,013*±0,001
Медиана | Median	3,14	0,06	1,88	0,008	0,010
Min–max	0,98–9,12	0,01–0,15	1,07–9,47	0,001–0,030	0,001–0,043
Содержание химических элементов в волосах детей контрольной группы Content of chemical elements in the hair of children in the control group
М±m	0,68 ± 0,75	0,10±0,01	0,27±0,07	0,013±0,003	0,183±0,011
Медиана | Median	0,36	0,06	0,25	0,011	0,180
Min–max	0,01–2,92	0,00–0,39	0,05–0,56	0,002–0,035	0,024–0,350

Примечание. * Различия с контрольной группой достоверны (р <0,05).

Note. * Statistically significant differences from the control group (p < 0.05).

 

Несмотря на то что ртуть относится к нейротоксическим ядам, её содержание в волосах детей с ДЦП достоверно ниже (в 14 раз), чем в группе сравнения (р <0,001). Средняя концентрация никеля в 4,1 раза выше верхней границы референтного уровня и в 8,3 раза выше значений контрольной группы, причём превышение определено в 100% проб волос (U=0,0001, p <0,05).

Содержание свинца и хрома в волосах мальчиков значимо выше, чем у девочек, при этом снижен уровень кадмия, кальция и магния (p <0,05). Достоверных различий между содержанием остальных изученных элементов в волосах детей с ДЦП в зависимости от пола ребенка не выявлено.

На рис. 1 представлены результаты исследований элементного состава волос детей относительно верхней границы диапазона референтных концентраций.

 

Рис. 1. Концентрация элементов в волосах детей основной и контрольной групп (верхняя граница референтного диапазона принята за 1).

Fig. 1. Element concentrations in the hair of children in the main and control groups (the upper reference limit is set as 1).

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Проведённые исследования показали, что элементный гомеостаз детей с ДЦП нарушен как в отношении эссенциальных и условно-эссенциальных элементов (Mn, Cr, Se, Ni), так и в отношении токсичного Pb. Установлено статистически значимое повышение уровня марганца, хрома, никеля, свинца и значительный дефицит селена.

Схематично это может быть представлено в виде соотношения: ДЦП=Mn, Cr, Ni, Pb/Se, где в числителе избыток, в знаменателе недостаток элементов.

По данным А.А. Тинькова и соавт. [20], у детей с ДЦП отмечается выраженный дефицит марганца. Нашими исследованиями это не подтвердилось: уровень элемента выше и референтных значений, и показателей контрольной группы. Несмотря на то что марганец — эссенциальный микроэлемент, необходимый в том числе для синтеза нейромедиаторов, его избыток в организме человека может проявляться невротическими синдромами.

Хром, концентрации которого в волосах детей с ДЦП значительно повышены, что согласуется с литературными данными [20], способен проникать через плацентарный барьер и накапливаться в тканях плода, в том числе в мозге, вызывая отклонения в его развитии.

Никель является условно-эссенциальным элементом, однако выявленные нами высокие концентрации металла могут негативно влиять на состояние организма в целом.

Свинец, уровни которого также превышали значения в группе контроля, относится к токсичным элементам, вызывающим патологические изменения нервной системы, крови и сосудов. Считается, что токсическое действие свинца во многом обусловлено его антагонистическим взаимодействием с эссенциальными элементами — Ca, Mg [13].

Таким образом, все элементы, содержащиеся в повышенном количестве в волосах детей с ДЦП, связаны с деятельностью нервной системы.

В волосах детей с ДЦП понижено содержание селена — важнейшего биологически активного микроэлемента. Недостаток селена отрицательно влияет на репродуктивную функцию, замедляет развитие плаценты, приводит к заболеваниям опорно-двигательного аппарата, скелетной мускулатуры [20]. У матерей с дефицитом селена новорождённые имеют сниженную мышечную массу и отстают в развитии [13]. Роль селена в организме определяется его антиоксидантным действием, он является антагонистом ртути, свинца, кадмия, мышьяка. Исследованиями А.А. Тинькова и соавт. [21], изучавших обмен селена у детей с ДЦП, подтверждён сниженный уровень элемента в волосах при его повышенном содержании в крови. Авторы работы считают, что для информативной оценки нарушения обмена селена необходимо определение нескольких маркеров обеспеченности организма этим элементом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты оценки элементного гомеостаза у детей с ДЦП (спастической диплегией) выявили отклонения относительно физиологической нормы и показателей контрольной группы по шести элементам. В структуре избыточных состояний преобладают никель, хром, свинец, марганец, дефицитное состояние характерно для селена.

Выявленный элементный дисбаланс свидетельствует о нарушении адаптационных механизмов, поскольку обмен микроэлементов является важным звеном в патогенезе заболеваний как центральной нервной системы, так и организма человека в целом.

Изучение элементного состава волос может быть использовано в качестве одного из тестов при диагностике заболеваний нервной системы у детей. Ранняя диагностика дисэлементозов у детей с ДЦП может служить одним из эффективных методов поддержания здоровья ребёнка путём проведения превентивных оздоровительных мероприятий, повышения эффективности лечебно-профилактических мер за счёт включения дополнительных лекарственных препаратов и организации индивидуального питания для коррекции минерального обмена.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Т.К. Ларионова, Э.Р. Шайхлисламова — общая концепция статьи, обзор литературных данных, написание статьи, редактирование; Р.А. Даукаев, А.Н. Ларионова, Г.Ф. Адиева, Г.Р. Аллаярова, Е.Е. Зеленковская, Э.А. Аухадиева — обоснование проведения исследования, описание материалов и методов, сбор биологического материала, выполнение исследований, обработка результатов, статистический анализ данных. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведения исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Этическая экспертиза. Проведение исследования одобрено биоэтической комиссией ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» (выписка из протокола заседания биоэтической комиссии от 25.12.2019 № 01-12).

Согласие на публикацию. Все участники исследования добровольно подписали форму информированного согласия до включения в исследование.

Источники финансирования. Отсутствуют.

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов за последние три года, связанных с третьими лицами (коммерческими и некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Редакционная политика в отношении совместного использования данных к настоящей работе не применима, новые данные не собирали и не создавали.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author сontributions: T.K. Larionova, E.R. Shaikhlislamova: conceptualization, sources review, writing—original draft, writing—review & editing; R.A. Daukaev, A.N. Larionova, G.F. Adieva, G.R. Allayarova, E.E. Zelenkovskaya, E.A. Aukhadieva: rationale for the study, description of materials and methods, biological sample collection, investigation, data processing, statistical analysis. All authors confirm that their authorship meets the ICMJE criteria (all authors made substantial contributions to the conceptualization, investigation, and manuscript preparation, and reviewed and approved the final version prior to publication).

Ethics approval: The study was approved by the Bioethics Committee of the Federal Budgetary Institution of Science Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology (Extract from the meeting minutes of the Bioethics Committee dated December 25, 2019, No. 01-12).

Consent for publication: All participants provided written informed consent prior to inclusion in the study.

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities, or interests for the last three years related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously published material (text, images, or data) was used in this work.

Data availability statement: The editorial policy regarding data sharing does not apply to this work, as no new data was collected or created.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer review: This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer review process involved two external reviewers, a member of the editorial board, and the in-house scientific editor.

Об авторах

Татьяна Кенсариновна Ларионова

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: larionovatk@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9754-4685
SPIN-код: 5305-0589

канд. биол. наук, доцент

Россия, Уфа

Рустем Аскарович Даукаев

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: ufa.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0421-4802
SPIN-код: 4086-7132

канд. биол. наук

Россия, Уфа

Эльмира Радиковна Шайхлисламова

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: shajkh.ehlmira@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6127-7703
SPIN-код: 1041-3862

канд. мед. наук

Россия, Уфа

Анна Николаевна Ларионова

Научно-практический центр детской психоневрологии

Email: annalario21@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9652-4236
SPIN-код: 8038-6346
Россия, Москва

Эльвира Ахатовна Аухадиева

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: ufa.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6793-6992
SPIN-код: 9475-1793
Россия, Уфа

Гузель Римовна Аллаярова

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: ufa.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0838-3598
SPIN-код: 3704-1010

канд. биол. наук

Россия, Уфа

Гюзелия Фаритовна Адиева

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: ufa.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2377-3471
SPIN-код: 3805-1755

канд. биол. наук

Россия, Уфа

Евгения Евгеньевна Зеленковская

Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека

Email: ufa.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7682-2703
SPIN-код: 4662-3255
Россия, Уфа

Список литературы

Дополнительные файлы