REFERENCE VALUES FOR CHEMICAL ELEMENTS CONCENTRATION IN HAIR OF ADULTS IN THE REPUBLIC OF TATARSTAN

Full Text

На территории России представлено несколько биогеохимических провинций - областей, различающихся по содержанию в почвах, водах и осадочных отложениях химических элементов или их соединений, с которыми связаны биогеохимические эндемии у растений, животных и человека [6]. Современное развитие промышленности вносит ощутимый вклад в изменение среды обитания человека [14, 15], крупные промышленные предприятия формируют химические аномалии [8, 21]. Изменение содержания химических элементов в объектах окружающей среды ведет к их изменениям в биосубстратах человека. Неблагоприятные изменения могут отражаться на состоянии здоровья и проявляться снижением естественной 38 Экология человека 2016.4 Экологическая физиология сопротивляемости организма, функциональными изменениями в различных физиологических системах вплоть до развития болезни [11]. Изучение элементного «портрета» населения отдельных биогео-химических регионов представляет интерес с точки зрения контроля здоровья жителей путем выявления и устранения типичных для провинции элементозов [2, 3]. В предыдущих наших исследованиях [11] было показано, что у женщин, проживающих в г. Набережные Челны, повышено содержание в волосах Mg, Cr, Se, Pb, Be, Ni и незначительно снижено - Cu. Гиперэлементозы, вероятно, обусловлены влиянием крупного автозавода, а дефицит Cu может иметь геохимическую природу. Несмотря на географическую близость, элементный спектр волос жительниц г. Казань имел свои особенности, а именно: низкое содержание Fe, Zn (в 1,3 раза), К (в 2 раза), на фоне повышенного уровня As (в 2,2 раза). Было также проведено изучение влияния неблагоприятных производственных факторов на состояние минерального обмена у работников ОАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны) [11]. В ходе исследования было выявлено, что важными факторами, влияющими на состояние здоровья работников, являются работа в подвальных помещениях и частая работа в ночную смену. Рабочие, которые трудились в подвальных помещениях, отличались от работающих наверху повышенным содержанием в волосах магния, стронция (р < 0,001), хрома, алюминия (р < 0,05) и ртути (р < 0,1), сниженным - цинка и меди (р < 0,05), тенденцией к снижению содержания фосфора. Те из рабочих, кто имеет более 10 ночных смен в месяц, отличались от остальных дефицитом цинка и фосфора, то есть элементов, играющих важнейшую роль в стимуляции клеточного и гуморального иммунитета. Группа рабочих-электросварщиков характеризовалась множеством отклонений в минеральном составе волос и являлась наиболее неблагополучной в плане возникновения профессионально обусловленных металлотоксикозов. Так, у электросварщиков цеха наблюдались максимальные для всего агрегатного завода концентрации в волосах марганца, калия, кремния, натрия, повышенные - железа, меди, свинца (все р < 0,001 по сравнению с контрольной группой), селена (р < 0,05), низкие - кальция, стронция, цинка, алюминия (р < 0,001), магния (р < 0,05). При этом концентрация марганца значительно превышала допустимый уровень этого элемента в волосах (15 мкг/г). Увеличение продолжительности рабочего стажа у сварщиков приводило к кумуляции в организме алюминия, свинца (р < 0,05), железа, кадмия, кальция, магния, стронция, фосфора (р < 0,1 ). Согласно опыту, полученному при обследовании больших групп рабочих автомобильной, металлургической, горнодобывающей промышленности, производства минеральных удобрений, несмотря на увеличение экспозиции (стаж работы по профессии в одних и тех же производственных условиях), концентрация большинства химических элементов (Pb, Cd, Fe, Cu, Al, Co) в волосах несколько снижается, хотя и остается существенно превышающей биологически допустимый уровень. В случае производственного контакта с As (обжиговый завод, г. Пласт), Mn (сварщики, ОАО «КАМАЗ») наблюдается, как правило, прогрессирующее накопление в волосах этих элементов. Следует отметить, что это явление сопровождается и общим снижением «степени минерализации волос» в целом, т. е. уменьшением концентраций основных эссенциальных элементов [11]. Целью данного исследования, выполненного в рамках Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации», было изучение элементного статуса взрослого населения Республики Татарстан, не занятого в производственной сфере. Оценка элементного статуса населения основывалась на результатах многоэлементного анализа волос. В многочисленных эколого-гигиенических и токсикологических исследованиях [2, 11, 13, 16-19] была показана правомочность использования результатов элементного анализа волос в качестве интегрального показателя состяния обмена макро- и микроэлементов на индивидуальном и популяционных уровнях. Население, проживающее в республике, подвергается комплексному воздействию вредных факторов, обусловленных как геохимическими особенностями регионов, так и интенсивным загрязнением объектов окружающей среды выбросами и сбросами крупнейших предприятий нефтегазохимического, горнодобывающего и машиностроительного комплексов. Ведущее гигиеническое значение в этом комплексе вредных природно-антропогенных факторов имеет высокое содержание в почве, воде, местных пищевых продуктах и продовольственном сырье высокотоксичных металлов, в частности свинца, кадмия и ртути, а также высокие концентрации марганца, меди и повышенный радиоактивный фон в отдельных районах республики за счет природных источников и антропогенного загрязнения. Методы Для выполнения поставленных задач в период с 2004 по 2010 год было проведено исследование элементного состава волос 2 127 взрослых жителей (1 667 женщин и 460 мужчин в возрасте 25-50 лет) Республики Татарстан. Образцы волос отбирались с затылочной зоны [5] в бумажные конверты и хранились в сухом месте при комнатной температуре. Все образцы были подвергнуты многоэлементному анализу в аккредитованной испытательной лаборатории АНО «Центр биотической медицины», Москва, Россия (ISO 9001:2008 сертификат 54Q10077 от 21.05.2010) с применением комбинации методов ИСП-АЭС и ИСП-МС [5]. Перед минерализацией образцы волос обрабатывали в ацетоне (осч, Химмед, Россия) 10-15 минут, затем промывали трижды деионизированной водой 39 Экологическая физиология Экология человека 2016.4 (18 МОм^см); деионизированную воду получали в электрическом дистилляторе с комбинированной мембранной установкой типа ДВС-М/1НА-1(2)-Ь (Медиана-Фильтр, Россия). После этого их выдерживали при температуре 60 °С до воздушно-сухого состояния. Навески образцов ~ 0,05 г минерализовались в тефлоновых вкладышах с 5 мл азотной кислоты (осч, Химмед, Россия) в системе микроволнового разложения Multiwave 3000 (PerkinElmer - А. Paar, Австрия), с использованием следующего режима: 5 мин повышение температуры до 200 °C, 5 мин выдерживание при 200 °С, затем охлаждение до 45 °C. Полученные растворы количественно переносили в 15 мл полипропиленовые пробирки, тефлоновые вкладыши и крышки промывались трижды деионизированной водой с перенесением смыва в соответствующие пробирки. Затем растворы доводили до объема 15 мл деионизированной водой и тщательно перемешивали путем встряхивания в закрытых пробирках. Определение содержания 25 химических элементов проводилось с использованием спектрометров Optima 2000 DV (PerkinElmer, США) и ELAN 9000 (PerkinElmer - SCIEX, Канада). Градуировку инструментов проводили с использованием моноэлемент-ных растворов PerkinElmer. Качество определения контролировали с помощью референтного образца GBW09101 (Шанхайский институт ядерных исследований, Китай). Математическая обработка полученных данных проводилась при помощи программных пакетов Microsoft Excel XP (Micosoft Corp., США) и Statistica 6.0 (StatSoft Inc., США) с использованием методов непараметрической статистики. В качестве биологически допустимых уровней (БДУ) содержания химических элементов в волосах были взяты нормативы по допустимым уровням содержания токсических химических элементов, разработанные для рабочих, контактирующих с тяжелыми металлами, и населения, приведенные в методических рекомендациях, утвержденных Министерством здравоохранения СССР [7]. Кроме того, ввиду ограниченности количества химических элементов, для которых показатели допустимого содержания разработаны, для оценки отклонений нами использованы условные биологически допустимые уровни (УБДУ), основанные на данных о верхнем и нижнем пределах физиологического содержания элементов в волосах. В качестве УБДУ принимается такое количество вещества в организме или критическом органе, которое при постоянном его содержании не вызывает изменений в состоянии здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследований. Практически УБДУ соответствует верхней или нижней границе физиологического содержания элемента. В данном исследовании в качестве УБДУ приняты значения, используемые в качестве нормативов в АНО «Центр биотической медицины» [10]. Поскольку данное исследование проводилось в рамках масштабной программы по оценке элемент ного статуса населения Приволжского федерального округа (ПФО) РФ, по анализу волос все регионы, входящие в округ, были ранжированы по содержанию химических элементов в волосах населения, а также по распространенности (встречаемости) случаев их избыточного и недостаточного содержания. В данной работе мы приводим значения рангов Республики Татарстан внутри ПФО. При этом большее численное значение ранга соответствует меньшему содержанию химического элемента и меньшей встречаемости отклонений. Таким образом, высший ранг имеет минимальное численное значение (ранг 1) и соответствует наибольшему содержанию элемента, наибольшей распространенности его избытков и наибольшей распространенности его дефицитов. Для удобства представления особенностей элементного статуса региона нами использованы формулы вида: Токсичныеи потенциально токсичные эл./Условно эссенциалтые эл. / Эссенциалшые эл. В числителе приводятся последовательно химические элементы с высшими рангами по встречаемости избыточного содержания элемента в волосах: токсичные (Al, As, Cd, Pb, Be) и потенциально токсичные (Sn), через дробь указываются условно эссенциальные элементы (B, Li, Si, V, Ni) и эссенциальные элементы (макроэлементы Ca, Mg, K, Na, P и микроэлементы Fe, I, Zn, Cu, Co, Cr, Mo, Se, Mn). В знаменателе через дробь приводятся эссенциальные и условно эссенциальные химические элементы с высшими рангами по встречаемости недостаточного содержания в волосах. В формулах учтены значения рангов, отражающие 20-25 % общего числа рангов по соответствующему элементу, начиная с высшего (т. е. с минимального численного значения ранга). Например, при общем количестве рангов 16-18 во внимание принимались ранги 1-4, при общем количестве 4-6 - в формулу вносили только ранг 1 [16]. Результаты В результате проведенных исследований установлено (табл. 1), что наиболее типичными для населения показателями по сравнению с фоном по ПФО являются повышенные значения содержания в волосах Al, P, Zn, Mn и пониженные - Na. Специфически характерным для женщин является повышенный уровень Pb, Cr, I, а для мужчин - относительно низкий уровень As. Тем не менее в целом отклонений в элементном составе волос населения республики меньше, чем в большинстве соседних административных субъектов, и они ближе к средним значениям по ПФО. То есть абсолютные значения элементного состава взрослых жителей Республики Татарстан можно характеризовать как относительно благополучные на фоне большинства субъектов ПФО. 40 Экология человека 2016.4 Экологическая физиология Таблица 1 Содержание химических элементов в волосах взрослых 25- 50 лет, проживающих на территории Республики Татарстан, мг/кг Женщины Мужчины Элемент Татарстан (n = 1667) ПФО в целом (n=7453) Татарстан (n=460) ПФО в целом (n=3275) Токсичные и потенциально токсичные микроэлементы As 0,021 (0,021 0,043) 0,021 (0,0210,046) 0,046 (0,021 0,067) 0,060 (0,036 0,092) Al 13,5 (7,9920,63) 8,18 (4,7313,86) 11,64 (7,86 18,56) 9,44 (5,4815,25) Cd 0,023 (0,013 0,044) 0,021 (0,0110,043) 0,031 (0,015 0,069) 0,052 (0,022 0,135) Hg 0,46 (0,260,84) 0,51 (0,290,9) 0,52 (0,261,07) 0,53 (0,271,03) Pb 0,36 (0,2-0,69) 0,32 (0,170,62) 0,58 (0,291,18) 0,86 (0,412,02) Sn 0,14 (0,070,36) 0,13 (0,060,37) 0,1 (0,060,16) 0,11 (0,070,18) Условно эссенциальные микроэлементы B 0,67 (0,421,09) 0,63 (0,391,07) 0,99 (0,6-1,61) 0,99 (0,591,69) Li 0,021 (0,013 0,034) 0,021 (0,0120,035) 0,022 (0,014 0,037) 0,026 (0,015 0,045) Ni 0,4 (0,260,69) 0,37 (0,220,63) 0,27 (0,180,45) ,5) 1 0, cO 1 0,,2 (0, Si 33,6 (20,255,6) 32,2 (18,555,3) 26 (16,941,8) 26,8 (17,143,1) V 0,055 (0,035 0,086) 0,055 (0,0360,087) 0,06 (0,039 0,095) 0,079 (0,048 0,124) Макроэлементы Ca 1405 (745-2501) 1352 (6872501) 503 (354-792) 507 (354813) K 42 (20106) 43 (20-115) 79 (37207) 113 (45-291) Mg 116,1 (65-211,4) 118,3 (60,3226,5) 48,8 (34,372,1) 54,1 (35,886,4) Na 100 (51-216) 131 (61-292) 149 (83-315) 256 (123569) P 150 (132-175) 146 (128168) 159 (139-179) 152 (135171) Эссенциальные микроэлементы Co 0,025 (0,015 0,052) 0,021 (0,0120,044) 0,014 (0,009 0,021) 0,016 (0,01 0,027) Cr 0,36 (0,250,52) 0,33 (0,230,47) 0,42 (0,280,67) 0,49 (0,340,75) Cu 11,7 (9,9-14,8) 11,9 (9,915,3) 11 (9,413) 11,4 (9,8-13,5) Fe 17 (11,627,3) 16 (11,224,4) 15,6 (11,523,1) 18,9 (12,431,6) I 0,82 (0,342,06) 0,72 (0,311,79) 0,66 (0,291,57) 0,56 (0,151,34) Mn 1,2 (0,582,31) 0,84 (0,431,86) 0,6 (0,390,96) 0,6 (0,351,09) Se 0,31 (0,170,48) 0,31 (0,170,47) 0,38 (0,260,54) 0,36 (0,230,49) Zn 197 (165-239) 187 (157226) 184 (159-220) 175 (149205) Примечание. Данные представлены в виде Me (q25-q75), где Me - медиана, q25 - нижний квартиль, q75 - верхний квартиль. Данные из табл. 1 по содержанию химических элементов, согласно современным представлениям [9, 10], могут быть использованы в качестве референтных значений содержания химических элементов в волосах взрослых в Республике Татарстан. В табл. 2 представлены данные о встречаемости у взрослого населения отклонений от физиологически оптимального содержания химических элементов (УБДУ). Таблица 2 Встречаемость отклонений от нормы по результатам элементного анализа волос у жителей Республики Татарстан, % Взрослые 25-50 лет Элемент Женщины Мужчины Повышено 1 Понижено Повышено 1 Понижено Токсичные и потенциально токсичные микроэлементы As 0,2 0,0 0,2 0,0 Al 12,8 0,0 5,0 0,0 Cd 7,5 0,0 5,9 0,0 Hg 4,8 0,0 10,7 0,0 Pb 6,4 0,0 11,1 0,0 Sn 5,7 0,0 2,0 0,0 Условно эссенциальные микроэлементы B 1,7 0,0 3,1 0,0 Li 2,3 3,5 1,7 3,3 Ni 6,4 0,0 2,8 0,0 Si 32,2 11,4 14,3 15,7 V 3,3 0,0 4,2 0,0 Макроэлементы Ca 24,8 17,3 21,3 19,6 K 21,4 36,5 21,5 35,2 Mg 30,4 19,4 28,5 18,9 Na 21,3 27,8 13,9 27,0 P 28,0 33,7 14,8 23,5 Эссенциальные микроэлементы Co 2,5 40,9 0,2 73,9 Cr 6,7 19,1 10,2 17,8 Cu 16,6 34,2 7,2 36,5 Fe 14,6 21,2 11,1 24,6 I 8,7 42,1 8,1 47,7 Mn 39,1 8,4 21,7 9,6 Se 4,7 41,6 4,8 26,7 Zn 29,3 31,3 33,3 18,7 В группе мужчин отмечено максимальное для ПФО содержание в волосах Al (ранг 1), повышено - P (ранг 2), Mn (ранг 3) и Zn (ранг 4), при том что у них низкие показатели токсикантов Cd, As (ранг 12), а также Sn, Cr (ранг 11), V (ранг 12) и электролитов K и Na (ранг 13). Последний факт, естественно, не может считаться положительным для здоровья мужского населения. В группе женщин, как и у мужчин, отмечено максимальное содержание в волосах Al (ранг 1), повышенное - P, Ni, Cr (ранг 2), As, Pb (ранг 3), а также эссенциальных микроэлементов Co, Mn, Zn (ранг 3) и Fe (ранг 4). Как и у мужчин, у женщин выявлен низкий показатель содержания в волосах Na и токсичной Hg. Обсуждение результатов Общим отклонением в элементном статусе изученных групп населения Республики Татарстан является распространенность избыточного на 41 Экологическая физиология Экология человека 2016.4 копления в волосах Al. Выше среднего для ПФО уровень распространенности избытка Ca в волосах. Отмечена повышенная частота превышений ВУС Si и пониженного содержания Na в волосах. В целом элементный статус населения можно оценить как относительно благополучный, особенно в связи с тем, что у женщин дефициты касаются единичных элементов и выражены в незначительной степени. По сравнению с женщинами отклонения встречаются значительно чаще в «элементном портрете» мужского населения. Для него характерно умеренное превышение показателей риска гиперэлементозов Al (5 %, ранг 4), Si (14 %, ранг 3), Ca (21 %, ранг 4) на фоне умеренного полигипоэлементоза, который будет подробно рассмотрен ниже (см. формулы). Выявленные избытки относительно незначительны по своей распространенности, однако их совокупность может отрицательно влиять на заболеваемость болезнями опорно-двигательного аппарата, мочевыделительной системы, быть одним из факторов роста заболеваемости болезнью Альцгеймера [1, 20, 22, 23] с увеличением возраста мужчин. Тот же факт повышенной частоты избытков у женщин Al (13 %, ранг 2), Si (32 %, ранг 3), Ca (25 %, ранг 4), типичных для мужчин, дополняется ростом частоты избытков P (28 %, ранг 2), Se (5 %, ранг 3), а также в меньшей степени Fe, Mn и Zn (15; 39; 29 %, ранг 4). Соответственно у них может быть повышен риск тех же заболеваний, которые были упомянуты при рассмотрении гипе-рэлементозов у мужчин. По сравнению с женщинами республики, среди мужчин в большей степени распространены риски гипоэлементозов. В первую очередь это касается Cr (18 %, ранг 2), затем Na и Se (по 27 %, ранг 3) и в меньшей степени Co и K (74; 35 %, ранг 4). В целом «элементный портрет» мужчин указывает на особую значимость отклонений в элементном статусе при формировании нарушений водно-солевого обмена, патологии мочевыделительной системы, метаболического синдрома и сахарного диабета II типа. Среди женщин выявлена только повышенная частота низкого уровня Na в волосах (28 %, ранг 2), что согласуется с возможным влиянием отклонений в элементном статусе на водно-солевой обмен и патологию почек и мочевыделительных путей. Элементный статус взрослых жителей Республики Татарстан может быть представлен в следующем виде: Женщины 25-50 лет: WV Мужчины 25- 50 лет: Cr(2),Na,Se(%Co,K(4)l- Полученные данные по элементному портрету женщин Республики Татарстан лишь частично согласуются с полученными ранее результатами у женщин из Казани и Набережных Челнов. Общей чертой является повышенное накопление различных токсичных элементов, что, вероятнее всего, вызвано производственными факторами, и сниженный уровень ряда эссенциальных микроэлементов. Объяснить расхождение результатов можно в первую очередь экологическими условиями проживания в различных городах (антропогенный фактор), а также сезонными колебаниями, локальными особенностями химического состава почв и воды [12]. Кроме этого, сравнение результатов осложняется еще и тем, что за довольно длительный промежуток времени между исследованиями изменилось питание и экологическая ситуация, что не могло не сказаться на содержании некоторых химических элементов в волосах. В настоящем исследовании предпринята попытка получить обобщенные данные по населению крупной административно-территориальной единицы России, при этом многие факторы влияния сглаживаются, остаются лишь ведущие особенности элементного состава волос жителей как отражение всего комплекса экологических, климатогеографических и биогеохимических особенностей региона. Промышленный профиль республики определяют нефтегазохимический комплекс и крупные машиностроительные предприятия. Отсюда следует достаточно высокая степень загрязнения подземных и поверхностных вод с превышением ПДК ряда тяжелых металлов, более подробно информация представлена в Государственном докладе [4]. Загрязнены тяжелыми металлами и нефтепродуктами выше максимально допустимого уровня значительные площади сельскохозяйственных угодий, преимущественно в районах нефтедобычи и в окрестностях центров химии, нефтехимии, энергетики, машиностроения (города Казань, Зеленодольск, Нижнекамск, Заинск, Менделеевск, Альметьевск, Набережные Челны и др.). Общим аспектом при сравнении результатов элементного анализа волос у мужчин, проживающих на территории республики, и результатов, полученных при обследовании мужчин-работников ОАО «КАМАЗ» [11] является накопление алюминия. На данном примере хорошо видна степень влияния производственного фактора, а именно значительно большее накопление токсикантов у работников завода по сравнению с населением, не занятым в производственной сфере. В целом проведенная оценка элементного статуса населения Республики Татарстан показала, что ситуация с обеспеченностью микронутриентами взрослых жителей удовлетворительная, хотя у мужской части популяции дефициты встречаются относительно чаще. Последний факт может свидетельствовать о предрасположенности к развитию патологических процессов, ведущих к повышению заболеваемости населения [16-19]. Требует анализа ситуация с возможным влиянием избыточного поступления Al и Si в организме на частоту болезни Альцгеймера и других пресенильных и сенильных деменций, почечной патологии, а дефицита Cr - на рост заболеваемости сахарным диабетом II типа у мужчин. К положитель 42 Экология человека 2016.4 Экологическая физиология ным фактам следует отнести незначительную частоту риска гипоэлементозов у женщин. Мужчины должны стать группой повышенного внимания для местного здравоохранения.

About the authors

N A Agadzhanyan

A V Skalny

Institute of Toxicology; Orenburg State University; P.G. Demidov Yaroslavl State University

St. Petersburg; Orenburg; Yaroslavl

E S Berezkina

P.G. Demidov Yaroslavl State University

Email: aposteriori2@gmail.com
Yaroslavl

V A Demidov

ANO "Centre for Biotic Medicine"

Moscow, Russia

A R Grabeklis

P.G. Demidov Yaroslavl State University

Yaroslavl

M G Skalnaya

Orenburg State University; ANO "Centre for Biotic Medicine"

Orenburg; Moscow, Russia

References

Supplementary files