Вторник, 20.02.2018, 16:47
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Естественные науки

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗВИТИЮ МИКРОЭЛЕМЕНТОЗОВ У ЖИТЕЛЕЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИИ

А.Л.Горбачёв, научный сотрудник научного отдела СВГУ; доктор биологических наук, старший научный сотрудник, С.Г.Суханов, профессор высшей школы психологии и педагогического образования Северного Арктического федерального университета им. М.В. Ломоносова; доктор медицинских наук

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗВИТИЮ МИКРОЭЛЕМЕНТОЗОВ У ЖИТЕЛЕЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИИ

C помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии и пламенной фотометрии в органах и тканях (кровь, амниотическая жидкость, волосы, кость) у 242 взрослых мужчин и женщин, а также у 122 новорожденных детей определены и проанализированы уровни эссенциальных и токсичных макро- и микроэлементов (Na, K, S, Cl, Ca, Mg, Co, Cr, Cu, Zn, Fe, Pb, Cd, Mn, Al, Ni, Sr, B, Ba, Bi, Li).

Материал для исследований забирали в лечебных учреждениях Архангельской области и Республики Коми. Уровни биоэлементов сравнивали с биологически допустимыми для соответствующих органов и тканей. Установлено, что комплекс экстремальных природных и антропотехногенных факторов Северо-Западных регионов России сопровождается развитием микроэлементозов, в т. ч. техногенного характера. Возрастные сдвиги уровней биоэлементов выражались в снижении уровней меди и кальция. Дисбаланс жизненно важных элементов (медь, железо) в структурах и средах фетоплацентарного комплекса увеличивал риск развития анемий у матери и плода. Кумулятивные свойства костной ткани и возрастной остеопороз у взрослых жителей региона создают предпосылки к развитию патологии опорно-двигательного аппарата. Неблагоприятными изменениями костной ткани было накопление алюминия, никеля и бора из-за их токсичности и канцерогенности.

Ключевые слова: биоэлементы, биогеохимическая провинция, межсистемные взаимоотношения. 

ВВЕДЕНИЕ
Адаптивные и дизадаптивные процессы, происходящие в организме человека, тесно связаны с биогеохимической средой обитания. Указанные процессы явились основой для развития биоэлементологии - современного направления медико-биологической науки, изучающего влияние геохимического состава биосферы на элементный статус живых организмов, включая человека [11].

Жизненно необходимые и токсичные химические соединения, поступающие в организм с воздухом, пищей и питьевой водой способны существенно повлиять на здоровье населения [2]. Дефицит, избыток или дисбаланс в организме химических элементов (биоэлементов) приводят к развитию эколого-зависимых заболеваний - микро- элементозов [1; 5; 9].
По мнению А.В. Скального [10], наибольшую опасность для организма представляет дисбаланс биоэлементов с минимальной гомеостатической емкостью (P, Zn, Cu, Se, Cr, Fe, J). Для выявления отклонений (нарушений) элементного статуса можно использовать практически все ткани и органы, включая жидкие среды организма (кровь или тканевые жидкости). Но для гигиенической и клинической донозологической диагностики микроэлементозов наиболее подходят твердые ткани (волосы, кости), обладающие кумулятивным эффектом.

На современном этапе развития биосферы отмечается активная эволюция химического состава вещества, обусловленная антропогенным воздействием на природную среду и усилением миграции химических элементов. Учитывая это, и принимая во внимание химическую гетерогенность биосферы, принципиальной задачей биоэлементологии является изучение региональных особенностей элементного статуса человека.

С этой целью впервые в отечественной биоэлементологии проведен масштабный скрининг элементного статуса населения регионов России. Результатом многолетних исследований явился 5-томный фундаментальный труд «Элементный статус населения России, 2010-2014 гг.».

Несмотря на исследование обеспеченности микроэлементами жителей северных территорий России [3; 4], мало изученными остаются возрастные изменения уровней биоэлементов в органах и тканях человека и их межсистемные взаимоотношения. Что же касается Северо-Западной территории, элементный статус ее населения исследован фрагментарно, и представлен в основном в работах А.Л. Горбачёва и др. [4] и в руководстве «Элементный статус населения России» [16].

Цель исследования: изучить особенности содержания биоэлементов в органах и тканях жителей Северо-Западной территории России и определить предпосылки к развитию у населения микроэлементозов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследована венозная кровь, околоплодные воды и пуповинная кровь новорожденных от 122 рожениц - жительниц Архангельской области (городов Архангельск и Новодвинск) в возрасте 22-34 лет. Биохимическими методами (эмиссионная и атомно-абсорбционная спектрофотометрия, пламенная фотометрия) в биологических жидкостях определено содержание макро- и микроэлементов (Cl, Na, K, Mg, Ca, Cu, Zn, Fe). Уровни элементов сопоставлены с нормативными показателями в системе мать-плацента-плод [7].

Атомно-эмиссионным методом с индукцией плазмы (Экоаналитическая лаборатория «Экоаналит» Института биологии Коми НЦ УрО РАН) в образцах волос 69 мужчин зрелого и пожилого возраста, проживавших в г. Сыктывкаре определены уровни Al, Cd, Pb, Fe, Cu, Zn, Mn, Mg, S. В качестве возрастной градации (1-й зрелый возраст - 22-35 лет, 2-й зрелый возраст - 36-60 лет и пожилой возраст - 61-74 года) использована возрастная периодизация человека [8].

Аналогичным методом в лаборатории Центра коллективного пользования «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова исследованы образцы костной ткани (ребра) 5 мужчин и 11 женщин - жителей г. Архангельска в возрасте 29-89 лет. В костной ткани определено содержание Mg, Ca, K, S, Cu, Pb, Zn, Mn, Fe, Al, Cd, Cr, Co, Ni, Sr, B, Ba, Bi, Li.

Забор материала для исследований осуществляли в лечебных учреждениях городов Архангельска и Новодвинска. Образцы волос и костной ткани брали в процессе судебно-медицинских вскрытий умерших в региональных бюро Архангельской области и Республики Коми. Профиль обнаруженных биоэлементов в органах и тканях сопоставляли со средними значениями и с биологически допустимыми уровнями - БДУ [10]. Вариационные ряды обработаны статистически с помощью ППП «Statgraphics- Plusv3.0».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно полученным данным, концентрации жизненно важных элементов у жителей северо-западного региона значимо отличались от среднеширотных данных, что отражает напряженный характер функционирования репродуктивного гомеостатического комплекса у северян. Установлено, что концентрации биоэлементов в жидких средах и их соотношение мало зависели от клинических особенностей течения беременности, что подтверждает универсальность адаптационных изменений в системе мать-плацента-плод [13]. Кроме того в исследованных средах не было выявлено повышения токсичных элементов. В условиях физиологически протекающей беременности и ее осложненном течении содержание в сыворотке венозной крови Mg, Ca, Fe достоверно - в 1,13; 1,14 и 2,46 раз соответственно - превышали референтные величины. В этой же группе рожениц концентрации в крови K, Zn и Cu были снижены.

В пуповинной крови также, независимо от характера течения беременности, снижен уровень Cu, тогда как содержания K и Fe превышали среднеширотные стандарты.

В околоплодных водах выявлено избыточное содержание Zn и Fe, а уровень Cu был резко снижен. Установленные изменения состава околоплодных вод заметно усиливались в случаях осложненного течения беременности, при этом уровни Zn и Fe превышали лимиты нормы в 5 и 8 раз соответственно. Низкое содержание Cu в сыворотке крови матери и плода повышают риск дисхроний развития из-за нарушенных синергических взаимодействий меди и железа у плода.

Известно, что метаболические изменения жизненно важных элементов включают многочисленные связи антагонистической и синергетической направленности [10]. Факторный анализ матрицы из 40 признаков (анамнестические, макроскопические, микроскопические и биохимические показатели) выявил изменение рисунка и направленности связей между признаками. В группе женщин с патологическим течением беременности лабилизация связей оказалась более выраженной, подтверждением чему было уменьшение числа достоверных коррелятивных связей и смена их знака.

При патологическом течении беременности ведущая главная компонента (ГК1) была интерпретирована в качестве фактора репродуктивного риска. Нагрузки ГК1 соответствовали обратной связи с массой и длиной тела новорожденных, а также прямым связям уровня Mg в околоплодных водах и возраста женщин.

Предварительные исследования профиля биоэлементов в волосах взрослых жителей Республики Коми проведены ранее [14]. Дискомфортные условия региона предопределили дисбаланс токсичных и жизненно важных элементов у представителей всех сравниваемых групп, независимо от пола.

Максимум отклонений от БДУ в сторону повышения у мужчин выявлен в отношении Fe, Al и Mg (табл. 1). Наряду с железом (элемент минимальной гомеостатической емкости) в образцах волос определен токсичный металл алюминий. Известно, что его накопление способно вызвать патологию головного мозга, костной и эпителиальной тканей и другие проявления «алюминозов» [1].

Достоверные коррелятивные связи между учитываемыми признаками в образцах волос представлены на рисунке (А). Корреляционная плеяда строилась через максимальную связь железа и алюминия, при этом железо формировало максимальное число коррелятивных связей и может считаться признаком-индикатором.

Необходимо заметить, что содержание вышеназванных токсичных элементов в образцах волос зависело от возраста. Так, содержание кадмия заметно выше в пожилом возрасте. Методами регрессионного моделирования статистически достоверные линейные зависимости были выявлены для Cu и Pb.

Уравнения регрессии при этом соответствовали следующим зависимостям:

Y1 = 17,7 - 0,086 X, Y2 = 5,28 - 0,031 X.

В соответствии с выявленными закономерностями, с увеличением возраста (X) в образцах волос достоверно снижалось содержание меди (Y1) и свинца (Y2).

Профиль основных биоэлементов в образцах костной ткани представлен в табл. 2. Установлено, что содержание некоторых структурных элементов костной ткани (Mg) соответствовало опорной функции скелета. Уровни других эссенциальных элементов (Fe, Al, B, Ba) либо превышали физиологические концентрации, либо были резко снижены (Zn, Cu). Содержание условно эссенциаль- ных элементов (B, Ni, Li) превышало допустимые уровни. Избыток Ni, по мнению А.П. Авцына с соавторами [1], увеличивает риск канцерогенеза различных первичных локализаций, а бора - «бороза». В сочетании с недостатком меди «бороз» способствует развитию полимикроэлементозов человека (энтерит, заболевания дыхательной системы, патология печени). С другой стороны, известна важная роль бора в поддержании адаптационных процессов, происходящи в костной ткани в онтогенезе человека. Повышенное содержание Li также отражают его аккумуляцию в ткани и сложные взаимодействия между Li и другими биоэлементами в процессе возрастной перестройки костного скелета.
Уровни тяжелых металлов и токсичных элементы (Pb, Sr, Cd, Mn) в исследованных образцах костной ткани не превышали БДУ. Исключение составили литий (Li) и бор (B). Прогностически неблагоприятным следует рассматривать избыточное содержание в скелете железа, алюминия, бария, никеля. В частности, патологический исход аномального накопления алюминия многообразен и применительно к скелету может вызвать остеодистрофию, повышенную ломкость костей и усиление других симптомов остеопороза [1].

Избыточное содержание в костной ткани бария и свинца типично для неорганического компонента скелета. Это подтверждается структурой взаимосвязей между изученными элементами (рис. (В) на с. 66), где корреляционная плеяда строится через признаки-индикаторы барий и свинец. Достоверные корреляционные связи объединяют барий с другими элементами, накапливающимися в скелете с возрастом. Стоящая особняком от корреляционного древа связь магний-медь при недостатке меди в костной ткани отражает процессы сопутствующие остеопорозу.

Таблица 1
Содержание биоэлементов (X± sx) в образцах волос у мужчин Республики Коми

Таблица 2
Профиль биоэлементов (X± sx) в образцах костной ткани жителей г. Архангельска

Примечание: * - см. данные [10]; ** - среднее содержание кальция (мг/кг) в твердых тканях человека [15].

В отличие от образцов волос, достоверная линейная регрессионная модель возрастной зависимости концентрации биоэлементов в костной ткани была подтверждена только для калия.
У3 = 1626,35 - 11,094X3.

В соответствии с выявленными закономерностями, с увеличением возраста (X) в костной ткани достоверно снижается содержание калия (У3). Полученные материалы моделирования подтвердили ранее установленные закономерности возрастной изменчивости этого макроэлемента у человека [15].

Известно, что в регионах с низким уровнем кальция, но избытком стронция, бария последние нарушают фосфорно-кальциевый обмен в костной ткани, что является одним из факторов эндемического деформирующего остеоартроза. Эндемические очаги остеоартроза кроме Забайкалья отмечен в европейской части РФ и Швеции, которые соответствуют исследуемой территории Северо-Западного региона (г. Архангельск).

Исходя из карты биогеохимического районирования СССР, территория Северо- Запада России относится к биогеохимической провинции, дефицитной по кобальту, меди, йоду, селену, кальцию, фосфору. В отдельных субрегионах отмечен избыток стронция [6].

Как следует из полученных данных (см. табл. 2), в образцах костной ткани на фоне избыточных концентраций бария и высокого содержания стронция, отмечен сниженный уровень кальция. Отмеченный дисбаланс биоэлементов является основой нарушения обмена солей кальция и развития эндемического остеоартроза.

Структура достоверных (p < 0,05) корреляций биоэлементов в плеядах образцов волос (А) и костной ткани (В)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование подтвердило объективные предпосылки для развития микроэлементозов у населения Северо-Западных регионов России. Наряду с действием природных экстремальных факторов Севера, в исследованных органах и тканях определены признаки «техногенных микроэлементозов». Ранее установлено, что в городах Архангельской области приоритетными загрязнителями атмосферы, почвы и воды являются свинец, цинк, серебро, барий, никель и другие химические элементы: их концентрации превышали фоновые показатели от 3 до 100 раз [12]. Исследователи проводят параллели между частотой инцидентности анемий беременных и загрязненностью среды обитания металлополлютантами.

Выявленный нами дисбаланс в амниотической жидкости, а также в сыворотке крови матери и плода таких эссенциальных микроэлементов как медь и железо, увеличивает риск развития анемии и других проявлений патологии перинатального периода. В то же время в тканях фетоплацентарного комплекса не выявлено токсичных элементов, что совпадает с данными аналогичных исследований у рожениц Мурманской области РФ и северных провинций Норвегии [17].

В твердых биопробах (волосы, кость), напротив, концентрации эссенциальных и токсичных элементов превышали биологически допустимые уровни. Палитра биоэлементов в костной ткани отличалась от их спектра в волосах. Особую опасность для здоровья человека представляли избыточная кумуляция алюминия, бора и никеля в силу прямого негативного действия этих элементов на костную ткань, включая риск развития онкопатологии.

Возрастные изменения в жидких субстратах фетоплацентарной системы подтверждены коррелятивными связями уровней магния с учитываемым фактором. В образцах твердых тканей статистически существенными оказалось возрастное снижение содержания меди, а также понижение в волосах свинца. Возрастную аккумуляцию в костной ткани стронция, алюминия, бария, бора и, возможно, железа можно интерпретировать как механизм остеопороза.

Библиографический список

1. Авцын А.П. Принципы классификации заболеваний биогеохимической природы / А.П. Авцын, A. А. Жаворонков, Л.С. Строчкова // Арх. патол. - 1983. - № 9. - С. 3-14.
2. Агаджанян Н.А. Эколого-биогеохимические факторы и здоровье человека / Н.А. Агаджанян [и др.] // Экол. человека. - 2000. - № 1. - С. 3-5.
3. Горбачёв А.Л. Особенности элементного статуса жителей различных природно-географических территорий Магаданского региона / А.Л. Горбачёв [и др.] // Экол. человека. - 2003. - № 6. - С. 12-16.
4. Горбачёв А.Л. Биогеохимическая характеристика северных регионов. Микроэлементный статус населения Архангельской области и прогноз развития эндемических заболеваний / А.Л. Горбачёв [и др.] // Экол. человека. - 2007. - № 1. - С. 4-11.
5. Ермаков В.В. Биогеохимия - фундаментальная основа технологий коррекции элементозов / B. В. Ермаков [и др.] // Микроэлементы в мед. - 2004. - Т. 5. - Вып. 4. - С. 55-56.
6. Ковальский В.В. Геохимическая среда и жизнь / В.В. Ковальский. - М. : Наука, 1982. - 78 с.
7. Марку Г.А. Изменения концентраций биометаллов в системе мать-плод-амниотическая жидкость при физиологически протекающей беременности / Г.А. Марку, А.Г. Сербенко, С.Л. Николай // Здравоохранение. - 1991. - № 1. - С. 3-5.
8. Морфология человека / под ред. Б.А. Никитю- ка, В.П. Чтецова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Моск. ун-т, 1990. - С. 18.
9. Скальный А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение) / А.В. Скальный. - М. : Науч. мир, 1999. - 96 с.
10. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека / А.В. Скальный. - М. : ОНИКС 21 век ; Мир, 2004. - 216 с.
Геохимический фон территории Северо- Запада проецируется на химический состав тканей человека. Дисбаланс биоэлементов в костной ткани создает биохимический фон для нарушения у жителей Архангельска фосфорно-кальциевого обмена с возможным развитием эндемического остеоартроза.
11. Скальный А.В. Развитие концепции биоэлементов и перспективы биоэлементологии / А.В. Скальный // Микроэлементы в мед. - 2009. - Вып. 3-4. - С. 1-6.
12. Супряга О.М. Исходы беременности в условиях Европейского Севера / О.М. Супряга [и др.] // Экол. человека. - 1995. - № 2. - С. 136-143.
13. Суханов С.Г. Влияние факторов Крайнего Севера на женскую репродуктивную систему / С.Г. Суханов // Вестн. Сев. (Аркт.) фед. ун-та. Серия: Медико- биологические науки. - 2013. - № 4. - С. 70-77.
14. Суханов С.Г. Экологическая физиология биоэлементов и эндокринных желез у жителей Республики Коми / С.Г. Суханов, Л.В. Карманова, А.Л. Горбачёв // Тобольск - научный 2010 : материалы Всерос. науч.-практ. конф. (12-13 нояб. 2010 г.). - Тобольск : Полиграфист. - С. 28-31.
15. Человек. Медико-биологические данные : докл. раб. гр. / пер. с англ.- М. : Медицина, 1977. - 496 с.
16. Элементный статус населения России. Ч. 3: Элементный статус населения Северо-Западного, Южного и Северо-Кавказского федеральных округов / Л.И. Афтанас [и др.] ; под ред. А.В. Скального, М.Ф. Киселева. - СПб. : Медкнига «ЭЛБИ-СПб», 2012. - 447 с.
17. Odland J.O. Preliminery report of trace elements in mothers and newborns living in the Kola Peninsula and Arkhangelsk region of Russia compared with Norwegian population / J.O. Odland [et al.] // Arctic Medical Research. - 1996. - 55.Suppl.1. - P. 197-200.

Вестник Северо-Восточного государственного университета / Сев.-Вост. гос. ун-т. ; [редкол.: Р.П. Корсун (гл. ред.) и др.]. - Магадан, 2017. - Вып. 28.

Категория: Естественные науки | Добавил: x5443x (02.02.2018)
Просмотров: 21 | Теги: биоэлемент | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2018 Обратная связь