HUMAN MORBIDITY IN THE CONDITIONS OF NATURAL GEOCHEMICAL ANOMALY THAT CAUSES NO ENDEMIC DISEASES

Full Text

Mikheeva E.V., Baytimirova E.A., Kshnyasev I.A. Human Morbidity in the Conditions of Natural Geochemical Anomaly that Causes No Endemic Diseases. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2017, 10, pp. 21-27. Экологически обусловленная заболеваемость является общепризнанным фактом [2]. В случаях техногенных загрязнений среды описаны результаты токсического действия, связанные с избытком химических элементов, профессиональные заболевания, увеличение общей и первичной заболеваемости населения [9, 16, 17, 20]. В условиях естественных отклонений от геохимической нормы регистрируются эндемические заболевания животных и человека [10, 12, 18], изменения анатомии и физиологии растений [4], модификации флористической и экологической структур растительного покрова [19]. Геоэкологические факторы способны привести к изменениям клинического течения некоторых заболеваний, вызвать формирование их хронических форм [21]. В связи с необходимостью устранения серьезной угрозы населению, которую представляют собой аномальные концентрации химических элементов в окружающей среде, введен и достаточно широко используется термин «экологическая безопасность» [23]. При этом существуют районы с естественно высоким содержанием некоторых химических элементов, в 21 Окружающая среда Экология человека 2017.10 которых, тем не менее не отмечаются ни эндемические заболевания, ни отклонения от физиологической нормы. Такого рода территории в своем происхождении всегда связаны с геохимическими аномалиями и могут быть классифицированы либо как потенциальные, либо как фоновые биогеохимические провинции. В условиях подобных провинций пониженные или повышенные концентрации основных химических элементов не достигают пороговых значений, но очень близки к ним. Характерные биологические эффекты в потенциальных провинциях обычно не проявляются, но при действии неблагоприятных условий среды или в случаях ослабления регуляторных функций организма могут возникать эндемические заболевания. В условиях фоновых провинций заметные биологические реакции организмов не отмечались [12]. При этом отсутствие биологических эффектов не отменяет возможных адаптивных реакций организмов, населяющих данные районы, с соответствующими физиологическими затратами на их осуществление. Настоящая работа посвящена изучению общей заболеваемости человека в условиях естественной геохимической аномалии (биогеохимической провинции), в которой наряду с аномально высоким содержанием тяжелых металлов в почве не встречаются эндемические заболевания животных и человека. Методы Исследования проведены в районе естественной геохимической аномалии с избыточным содержанием никеля, кобальта, хрома, обусловленным ультраос-новными горными породами (окрестности пос. Уралец Свердловской области). За избыточные (аномальные) принимались концентрации химических элементов, превышающие среднеуральские фоновые значения в 3 и более раза [15]. На территории исследуемой аномалии были проведены геохимические изыскания с целью актуализации информации о содержании химических элементов в почве и мониторинга техногенного загрязнения. Фоновой территорией для геохимических исследований служили окрестности сел Мартьяново и Чусовое Ша-линского района Свердловской области. Геохимически аномальный и фоновый участки различаются типом горных пород: для аномальной территории характерны ультраосновные породы, для фоновой - известняки. Территорией сравнения для геохимических исследований послужил Калиновский лесопарк, расположенный в г. Екатеринбурге, чей выбор в качестве полигона оценки содержания тяжелых металлов обусловлен наличием на его территории ультраосновных горных пород, сходных с таковыми в пос. Уралец, и техногенного загрязнения, дополняющего токсическую нагрузку на биоту. Почвенные образцы для элементоопределений были отобраны методом «конверта» с глубин 5-10 см (горизонт А) и 30-40 см (горизонт В). Всего было отобрано 55 объединенных проб. Концентрации валовых форм изучаемых элементов (Ni, Co, Cr, Cu, Pb, Cd) были определены с помощью метода атомной абсорбции. Выбор данных элементов обусловлен предшествующими исследованиями (использование спектрального полуколичественного анализа при исследовании почвенных проб). Значимость различий в концентрациях элементов между выборками оценивали при помощи дисперсионного анализа, значения предварительно логарифмированы; для множественных сравнений использовали LSD test (Fisher’s) Least Significant Difference test) [13]. Предшествующими исследованиями показано изменение структуры человеческой смертности в условиях изучаемой естественной геохимической аномалии по сравнению с фоновым районом [15]. В рамках продолжения работ по оценке воздействия естественной геохимической аномалии на организм человека исследовали показатели заболеваемости населения ретроспективным методом за пятилетний период (нозологии по Международной классификации болезней 10 пересмотра). Изучались следующие группы болезней: инфекционные и паразитарные болезни (1), новообразования (2), болезни крови и кроветворных органов (3), болезни эндокринной системы (4), психические расстройства (5), болезни нервной системы (6), болезни глаза и его придаточного аппарата (7), болезни уха и сосцевидного отростка (8), болезни системы кровообращения (9), болезни органов дыхания (10), болезни органов пищеварения (11), болезни кожи и подкожной клетчатки (12), болезни костно-мышечной системы (13), болезни мочеполовой системы (14), патологии беременности и родов (15), болезни перинатального периода (16), врожденные аномалии (17), симптомы, признаки и отклонения от нормы (18), травмы и отравления (19). В качестве контрольной использовалась выборка медико-демографических параметров населения Ша-линского района Свердловской области. Территорией сравнения для изучения заболеваемости человека использовался г. Екатеринбург в целом как крупный областной центр с высоким уровнем техногенной нагрузки. Данные по заболеваемости населения анализировали с помощью аппарата обобщенных линейных моделей с применением программного продукта «Statistica»; в качестве объясняемой переменной использовали арксинус-преобразованное значение отношения числа заболевших к численности населения изучаемой территории [24]. Результаты Результаты геохимических исследований на территориях естественной геохимической аномалии, фонового участка, а также Калиновского лесопарка г. Екатеринбурга представлены в табл. 1. Содержание и распределение химических элементов по почвенным горизонтам подчиняется описанным ниже закономерностям. 22 Экология человека 2017.10 Окружающая среда Таблица 1 Концентрации (среднее и доверительный интервал) тяжелых металлов в почве изучаемых районов, мг/кг Эле мент Район Пос. Уралец n=20 г. Екатеринбург (Калиновский лесопарк) n=16 Шалинский район n=19 Глубина 5-10 см (горизонт А) Ni 412,59 (189,97-635,21) 119,38 (17,31-221,44) 28,20 (21,19-35,21) Co 83,50 (52,80-114,19) 15,62 (9,65-21,59) 14,05 (9,12-19,00) Cr 1781,50 (1056,83 2506,18) 45,72 (13,73-77,72) 35,96 (23,50-48,42) Pb 65,85 (35,86-95,83) 33,16 (5,62-60,71) 16,57 (11,41-21,73) Cu 20,51 (11,71-29,32) 92,38 (32,46-152,30) 20,07 (16,37-23,77) Cd 0,69 (0,35-1,02) 0,58 (0,01-1,14) 0,46 (0,21-0,72) Глубина 30-40 см (горизонт В) Ni 849,65 (594,74-1104,56) 290,53 (61,06-642,12) 42,19 (23,09-61,29) Co 120,56 (89,26-151,86) 30,37 (4,86-55,88) 18,14 (14,39-21,80) Cr 1722,78 (1174,28 2271,28) 617,28 (53,43-1181,13) 50,60 (41,07-60,13) Pb 13,70 (2,61-24,79) 11,37 (5,06-17,69) 9,41 (6,20-12,63) Cu 5,19 (2,71-7,67) 22,09 (12,40-31,78) 25,57 (15,29-35,86) Cd 0,004 (0,004-0,004) 0,01 (0,003-0,01) 0,49 (0,21-1,20) Хром. Содержание валовых форм превышает среднеуральский кларк (200 мг/кг) в районе естественной геохимической аномалии. Концентрация хрома в почве аномалии в 40 раз выше по сравнению с другими изучаемыми районами (различия статистически значимы (Post Hoc LSD test p < 0,001), максимальные концентрации обнаружены на глубине 30-40 см, что подтверждает природный путь поступления хрома в почву. На территории городского лесопарка также обнаружены высокие концентрации хрома в нижнем горизонте. Превышение по средним значениям составляет порядка 12 раз. Различия с фоновой территорией по горизонту В находятся на пределе 0,95 уровня значимости (горизонт А: Post Hoc LSD test p = 0,860; горизонт В: Post Hoc LSD test p = 0,059). Кобальт. Содержание валовых форм кобальта также значимо выше (в 4-5 раз) на территории естественной аномалии в сравнении с фоновой территорией и лесопарком (Post Hoc LSD test p < 0,001 в каждом из попарных сравнений) и превышает среднеуральский кларк (10 мг/кг) более чем в три раза. Никель. Концентрация валовых форм никеля в почве превышает уровень среднеуральского кларка (30 мг/кг) в районе геохимической аномалии и на территории Калиновского лесопарка минимум в 4, максимум в 20 раз по сравнению с Шалинским районом. Установленные концентрации значимо отличаются от фоновых показателей (горизонт А, В: Post Hoc LSD test p < 0,001 - попарные сравнения с аномальным районом; горизонт А: Post Hoc LSD test p = 0,026; горизонт В: Post Hoc LSD test p = 0,014 - попарные сравнения с лесопарком). Концентрации никеля на фоновом участке не достигают аномальных значений. Свинец. Высокое содержание в почве валовых форм свинца отмечается в верхнем почвенном горизонте на участке естественной аномалии и на территории Екатеринбурга, в 4 и 2 раза соответственно выше среднеуральского кларка (15 мг/г). При этом концентрации в почве фонового района в 2 раза ниже, чем на территории пос. Уралец, различия значимы (горизонт А: Post Hoc LSD test p = 0,054) и практически соответствуют уровню среднеуральского кларка. Медь. Концентрация валовых форм меди в верхнем почвенном горизонте лесопарка значимо выше по сравнению с остальными районами (Post Hoc LSD test p < 0,001 в каждом из попарных сравнений) и превышает среднеуральский кларк (20 мг/кг) более чем в 4 раза по средним значениям. Кадмий. Содержание кадмия в почве изучаемых районов незначительно. Таким образом, в результате геохимических исследований подтверждено наличие естественной геохимической аномалии в окрестностях пос. Уралец Свердловской области и установлено наличие природно-техногенной аномалии в Калиновском лесопарке г. Екатеринбурга. Высокие концентрации тяжелых металлов могут вызывать нежелательные эффекты в отношении здоровья человека. При изучении заболеваемости населения для геохимически аномального участка (п. Уралец) установлены максимальные среди всех анализируемых выборок значения относительной заболеваемости (заболевания на одну тысячу населения) широко распространенными группами нозологий: болезни органов дыхания, пищеварения, системы кровообращения и костномышечной системы (табл. 2). Таблица 2 Общая заболеваемость населения в различных геохимических условиях Группа нозологий Пос. Уралец (ГХ аномалия) г. Екатеринбург Шалинский район (ГХ фон) Ранг На 1 тыс. Ранг На 1 тыс. Ранг На 1 тыс. Инфекционные и паразитарные болезни 8 138,44 9 263,44 10 97,14 Новообразования 12 100,25 14 155,25 14 73,24 Болезни крови и кроветворных органов 15 27,58 17 35,82 17 21,45 Болезни эндокринной системы 10 116,88 12 183,79 11 93,08 Психические расстройства 17 22,80 11 218,33 5 268,51 23 Окружающая среда Экология человека 2017.10 Продолжение таблицы 2 Группа нозологий Пос. Уралец (ГХ аномалия) г. Екатеринбург Шалинский район (ГХ фон) Ранг На 1 тыс. Ранг На 1 тыс. Ранг На 1 тыс. Болезни нервной системы 9 135,04 15 144,06 13 76,70 Болезни глаза и его придаточного аппарата 11 107,06 4 470,38 4 276,73 Болезни уха и сосцевидного отростка 14 49,34 13 170,19 12 83,84 Болезни системы кровообращения 2 913,81 3 538,61 2 349,16 Болезни органов дыхания 1 1894,04 1 1412,10 1 474,14 Болезни органов пищеварения 5 500,86 5 371,67 6 193,28 Болезни кожи и подкожной клетчатки 7 224,60 8 309,33 9 112,58 Болезни костно-мышечной системы 4 646,08 7 364,89 8 174,71 Болезни мочеполовой системы 6 291,62 6 369,43 7 178,36 Патологии беременности и родов 13 55,51 10 227,54 15 55,73 Болезни перинатального периода 19 1,32 16 53,65 16 23,52 Врожденные аномалии 18 4,10 19 18,82 19 8,36 Симптомы, признаки и отклонения от нормы 16 24,10 18 33,90 18 16,76 Травмы и отравления 3 761,01 2 600,85 3 311,08 Примечание. ГХ аномалия - естественная геохимическая аномалия; ГХ фон - геохимически фоновый участок. Стоит отметить, что структура онкозаболеваемости демонстрирует более высокий ранг для территории аномалии (12 место в списке частоты регистрации данного типа нозологий) по сравнению с остальными выборками (14 место). При этом относительные уровни регистрации новообразований в Екатеринбурге (155,25 на 1 тыс.) и Свердловской области в целом (144,83 на 1 тыс.) превышают значение, установленное для аномального участка (100,25 на 1 тыс.). Для территории геохимического фона отмечено минимальное значение (73,24 на 1 тыс.). Для оценки эффекта геохимических условий был проведен статистический анализ. Сравнивали выборки геохимически контрастных территорий: аномального и фонового участков, а также выборки территории сравнения - г. Екатеринбурга. В ходе анализа средних показателей заболеваемости (суммарное количество заболевших всех возрастов в течение пятилетнего периода, нормированное на численность населения изучаемой территории) минимальное значение отмечено для фоновой территории, значения для аномальной территории и г. Екатеринбурга близки (рис. 1). Заболеваемость в геохимически фоновом районе статистически значимо отличается от показателей аномальной территории и территории сравнения. Рис. 1. Средняя частота регистрации заболеваний (все нозологии) по отношению к численности населения исследуемого района на геохимически контрастных территориях Возраст (дети: от 0 до 14 лет, подростки: от 14 до 17 лет, взрослые: старше 18 лет) использован как ковариата. ГХ аномалия - естественная геохимическая аномалия (пос. Уралец), ГХ фон - геохимически фоновый участок (Шалинский район). Поскольку выборки участков в пос. Уралец и Ша-линском районе по данным Территориального органа федеральной службы государственной статистики по Свердловской области аналогичны друг другу по демографической структуре (табл. 3) и социальному положению населения, различия по исследуемым характеристикам заболеваемости между ними, вероятно, обусловлены только геоэкологическими факторами. Таблица 3 Возрастная структура населения аномальной и фоновой территорий, % Территория 0-14 лет 15-17 лет 18 лет и старше Трудоспо собное население Пос. Уралец (ГХ аномалия) 14,84 4,95 80,22 53,77 Шалинский район (ГХ фон) 14,82 6,40 78,78 55,22 При изучении действия естественного геохимического фактора на отдельные возрастные группы населения: дети, подростки, взрослые, в данном исследовании не выявлено каких либо особенностей, поскольку взаимодействие факторов «территория» и «возраст» статистически незначимо. Установленное статистически значимое взаимодействие факторов «территория» и «нозологии» (рис. 2) связано с избирательным проявлением определенных заболеваний под действием естественного геохимического фактора. На аномальной территории чаще других регистрируются следующие нозологии: инфекционные и паразитарные болезни, болезни системы кровообращения, дыхания, пищеварения. Количество 24 Экология человека 2017.10 Окружающая среда (‘s|f04rirttÜh'ü50>0’^(NfO^,Lft<Ör^COÖJ Нозологии Рис. 2. Средняя частота регистрации заболеваний по отдельным нозологиям* на геохимически контрастных территориях ГХ аномалия - естественная геохимическая аномалия (п. Уралец), ГХ фон - геохимически фоновый участок (Шалинский район). * Соответствие номеров названиям нозологий см. в разделе «Методы» травм и отравлений на аномальной территории статистически значимо отличается от значений фонового района и не отличается от значений г. Екатеринбурга, что связано, по-видимому, со случайными факторами. Таким образом, условия геохимической аномалии способствуют увеличению заболеваемости широко распространенными болезнями. Обсуждение результатов Проведенные исследования почвенных концентраций химических элементов дают основание утверждать, что естественная геохимическая аномалия в районе пос. Уралец характеризуется высоким содержанием никеля, кобальта и хрома, поступающих из нижних горизонтов. Среднее значение концентрации свинца на аномальной территории, соответствующее 65,85 мг/кг, сопоставимо с кларком почв населенных пунктов (55 мг/кг). Атмосферное поступление свинца в почву аномального участка подтверждается снижением содержания элемента с глубиной взятия пробы. Так как на изучаемом аномальном участке не отмечены эндемические заболевания, территория окрестностей пос. Уралец Свердловской области в соответствии с концепцией биогеохимического районирования В.В. Ковальского может быть классифицирована как фоновая биогеохимическая провинция. Природно-техногенная геохимическая аномалия, выделенная на территории г. Екатеринбурга, характеризуется высоким содержанием меди и никеля. При этом изменение концентрации элементов внутри почвенного профиля свидетельствует о преимущественном поступлении меди из атмосферы, а никеля - из подстилающих горных пород. Сопутствующими аномальными элементами являются хром и свинец. В последние десятилетия резко увеличилось воздействие техногенных факторов на содержание в почвах ряда металлов. В определенных условиях процессы техногенеза оказывают большое влияние на концентрацию элементов в почвах даже природных, биогенных ландшафтов, это может быть связано с общей техногенной металлизацией биосферы. В почвах некоторых селитебных ландшафтов среднее содержание ряда элементов нередко в несколько раз превышает кларк почв по А.П. Виноградову, в частности по свинцу до 9 раз [5]. Природный избыток тяжелых металлов на территориях геохимических аномалий Среднего Урала может оказывать негативное влияние на население. При этом дополнительное загрязнение подобных районов тяжелыми металлами вследствие антропотехногенной нагрузки повышает вероятность и тяжесть токсического воздействия на организм человека. Многочисленными исследованиями установлено увеличение заболеваемости населения в экологически неблагополучных районах. Так, некоторые авторы связывают аномальный состав компонентов окружающей среды с ростом числа аллергических заболеваний, заболеваний дыхательной, мочевыделительной систем, системы кровообращения, крови, кожи и подкожной клетчатки [1, 3, 6]. Увеличение заболеваемости обосновывается влиянием факторов внешней среды, а в качестве механизма наблюдаемых изменений отмечается ослабление иммунитета взрослого и детского населения. Обнаруженное нами увеличение общей заболеваемости на территории естественной геохимической 25 Окружающая среда Экология человека 2017.10 аномалии при отсутствии специфического токсического действия и эндемий, вероятно, имеет ту же причину - ослабление иммунитета в результате действия повышенных концентраций химических элементов. Основной вклад в увеличение показателей общей заболеваемости населения на территории геохимической аномалии вносят инфекционные и паразитарные болезни, болезни системы кровообращения, дыхания, пищеварения. Таким образом, можно предполагать сходство компенсаторно-приспособительных реакций организма человека в условиях избытка тяжелых металлов, обусловленного как техногенными, так и естественными причинами, в нашем случае - химизмом ультраосновных горных пород, в допороговом для эндемических заболеваний диапазоне концентраций. Путь поступления избыточных доз химических элементов в организм человека на аномальной территории, описанной в данной статье, вероятно, через желудочнокишечный тракт [7, 11, 14]. Сельские жители в связи с использованием продукции собственных подсобных хозяйств, местной воды и лесных пищевых ресурсов более подвержены действию геохимических факторов по сравнению с жителями городов. Естественные геохимические аномалии не являются уникальной экологической особенностью Урала, а распространены в разных регионах планеты [2, 8, 22]. Установленный неспецифический эффект естественного геохимического фактора, выражающийся в увеличении заболеваемости человека широко распространенными группами болезней, может быть экстраполирован на другие аномальные участки земной поверхности, для которых в условиях высоких концентраций химических элементов в почве не описаны эндемические заболевания. Отмеченное в данной работе увеличение заболеваемости инфекционными болезнями на аномальной территории может свидетельствовать о менее благоприятном прогнозе развития эпидемий для районов естественных геохимических аномалий (биогеохими-ческих провинций) по сравнению с фоновыми территориями. Однако этот вопрос требует, несомненно, более детального изучения. Список литературы

About the authors

E V Mikheeva

The Ural State Mining University

Email: e_v_mih@mail.ru

E A Baytimirova

Institute of Plant and Animal Ecology, Urals Branch of Russian Academy of Sciences

I A Kshnyasev

Institute of Plant and Animal Ecology, Urals Branch of Russian Academy of Sciences

References

Supplementary files