Необходимость учета региональных особенностей в моделировании процессов межэлементных взаимодействий в организме человека

Нотова С.В., Мирошников С.А., Болодурина И.П., Дидикина Е.В.

Институт биоэлементологии Оренбургского государственного университета

НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ В МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

В работе представлен анализ данных многоэлементного состава волос жителей Оренбургской области с позиций современной концепции оценки центильных интервалов.

Установлено, что число корреляционных связей между уровнями элементов в волосах определяется их концентрациями. При этом обязательным условием непротиворечивого описания межэлементных взаимодействий является использование данных о региональных особенностей элементного состава волос человека.

Вполне очевидно, что коррекция элементного статуса человека наиболее эффективна с учетом оценки элементного состава биосубстратов.

Анализируя развитие науки с этих позиций, можно хронологически отметить, по крайней мере, три последовательных этапа накопления знаний по проблеме.

На первом этапе в распоряжении исследователей появилось оборудование, обеспечивающее определение мультиэлементного состава биосубстратов человека с необходимой точностью 10-9 - 10'12 г/кг. Производство подобного оборудования началось в 80-х годах прошлого века (Slavin W., 1984). В числе основных методов исследований атомно-эмиссионная спектрометрия и масс-спектроскопия с индуктивносвязанной плазмой. Приборы ИСП-АС и ИСП-МС позволяют определить за минуту от 20-30 до 60-80 элементов - масса необходимой навески, как правило, менее 1 г в сухом веществе (Guide to atomic Spectroscopy ..., 2000).

На втором этапе, благодаря работам V. Iyengar, G. Woittier (1988), H.P.Bertram (1992), А.В. Скального (2000, 2003) и других исследователей, была сформирована обширная информационная база объективных данных многоэлементного состава биосубстратов человека. При этом информационный ресурс мультиэлемент-ного состава волос оказался, пожалуй, наибольшим, что позволило обозначить референтные и центильные значения содержания химических элементов в данном субстрате человека.

Субъективно выделяя третий этап развития учения, следует отметить, что в результате выявления референтных и центильных интервалов содержания элементов в волосах, стала возможной детальная разработка концепции коррекции элементного статуса человека.

Современные представления по проблеме можно сформировать, процитировав выдерж-

ку из работы М.Г. Скальной, В.А. Демидова, А.В. Скального (2003): «Из допущения, что значения содержания элементов в волосах интервала 25-75 центиля по популяции могут рассматриваться в качестве нормы, можно предполагать, что значения, лежащие в интервалах от 10 до 25 и от 75 до 90 центиля, соответствуют состоянию «предболезни». Показатели концентраций химических элементов в волосах интервала от 0 до 10 и от 90 до 100 центиля максимально отражают состояние болезни, то есть ассоциируются с четкой клинической манифестацией специфических для микроэлементозов синдромов и симптомов».

Авторы апробировали данную гипотезу на практике в амбулаторно-поликлинических условиях доказали обоснованность данного подхода к оценке степени выраженности отклонений в элементном составе волос и его связи с общепринятыми показателями состояния здоровья - антропометрическими, клиническими, лабораторными и т. п. В своих исследованиях мы (Нотова С.В. и др. 2003, 2004), как и ряд зарубежных исследователей (71ттегтапп М., 2003; ОЬегИз Б., 2003), также констатировали существование корреляционной зависимости между этими показателями. Безусловным доказательством верности данного подхода является успешная работа АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва), использующего данную методику для коррекции элементного статуса человека.

Между тем, в целом, оценивая современную методическую базу коррекции элементного статуса как эффективную, следует отметить, что существующие на настоящий момент знания пока не позволяют в полной мере оперировать данными химического анализа биосубстратов человека. И вызвано это тем, что сама по себе информация о физиологогических границах признаков еще не вооружает нас в пол-

ной мере к раскрытию причин, приведших к констатируемым сдвигам. На практике причины подобных изменений могут быть вызваны не только банальным снижением или увеличением обменного пула элемента в организме, а и действием других факторов и, в частности, элементов-синергистов и антагонистов оцениваемого вещества (Скальный А.В., 2003). Одним из подтверждений этого являются следующие исследования.

Материал и методы

В ходе исследований рассматривалась информационная база состава биосубстратов (волосы) жителей Оренбургской области (n = 1668). Отбор проб проводился в соответствии с методическими указаниями 4.1.1482-03.

Анализ исследуемых образцов осуществлялся по 25 химических элементам в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» методами атомно-эмиссионной и масс-спектро-метрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, США).

Собственные результаты сравнивали с референтными значениями по P.Bertram (1992) с дополнениями А.В. Скального (2000) и со средними значениями содержания данных химических элементов в волосах (25-75-центильный интервал), полученными при проведении популяционных исследований в различных регионах России (Скальный А.В., 2003).

Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью общепринятых методов вариационной статистики (Лакин Г.Ф., 1990). Множественный корреляционный анализ проводили, вычисляя частные коэффициенты корреляции для пар признаков по М.Б. Славину, с учетом величины выборки.

Результаты и обсуждение

Обработка всей совокупности данных о содержании 25 элементов в волосах обследованных лиц позволила выявить ряд значительных и сильных корреляционных связей между элементами, причем половина всех обнаруженных достоверных связей была характерна для магния. В частности, значения коэффициентов корреляции содержания магния с мышьяком, кальцием, кобальтом и медью изменялись от 0,6 до 0,9.

Анализ полученных данных позволил сделать предположение, по которому наличие корреляционных связей между отдельно взятыми

элементами определяется величиной концентрации элемента в биосубстрате.

С целью доказательства этой гипотезы было проанализировано несколько десятков вариантов различных корреляционных матриц, в которых оценивали наличие связей между элементами для трех интервалов значений концентраций в волосах отдельно взятого элемента: ниже 25 центиля, в интервале от 25 до 75 центиля и выше 75 центиля. Анализ совокупного материала позволил установить, что с превышением уровня 75 центиля по отдельным элементам число корреляционных связей между элементами в волосах, как правило, увеличивается в среднем, более чем в два раза, по сравнению с интервалом 25-75 центиля. Так, если при условии концентрации кобальта в волосах менее 25 центиля или в рамках физиологической нормы (25-75 центиль), число достоверных связей между элементами составило, соответственно, 3 и 6, то для группы лиц с концентрацией кобальта более 75 центиля число корреляционных связей составило 77 из 276 возможных комбинаций. Количество корреляций в рамках групп с различным содержанием хрома в волосах составило 3,4 и 25, соответственно.

Исходя из данного фактического материала и с позиций существующей концепции, согласно которой наличие элемента в волосах может рассматриваться как характеристика его «обменного пула» в организме (Скальный А.В., 2000), можно предположить, что межэлемент-ные взаимодействия в метаболизме определяются размерами «обменного пула» отдельных элементов и наиболее выражены на фоне «избытка» и «недостатка» элемента. Этот факт можно объяснить тем, что организм реагирует на избыток или недостаток некоторого химического элемента «синхронным» изменением концентрации в волосах соответствующих групп элементов.

В этой связи определенный интерес могут представлять данные, полученные нами в ходе популяционных исследований для жителей Оренбургской области. Как следует из их анализа, для всех выделенных нами половозрастных групп населения был характерен ярко выраженный гипоселеноз, что констатировалось по факту крайне низкого содержания селена в волосах обследованных менее 25 центиля в рамках центильных среднероссийских показателей, опубликованных А.В. Скальным (2003). Цен-тильные интервалы на исследуемой выборке по

селену равны: нижняя граница - 0,0014 - 0,153 мг/кг; верхняя 0,405 - 3,056 мг/кг. При этом средние значения концентрации селена составляют 0,153 - 0,405 мг/кг.

На рисунке 1 приведена гистограмма распределения значений количественного содержания селена в волосах людей, проживающих на территории Оренбургской области.

Приведенные границы центильных интервалов по Бе, полученные для Оренбургской области, ниже в 2 и более раза среднероссийских, что свидетельствует о пониженном содержании селена в волосах жителей нашей области. Основная причина приведенных изменений обусловлена дефицитностью этого элемента в продуктах питания, произведенных на территории области.

С позиций существующих физиологических концепций, столь выраженные неблагоприятные условия среды должны стать причиной специфических адаптационных изменений в обмене веществ. С целью установления этих изменений нами проведен корреляционный анализ динамики элементного состава волос.

Если разделить данные, характерные для жителей Оренбургской области, на три группы в соответствии с общепринятыми российскими физиологическими нормами, то нижней границе соответствуют значения селена меньше 0,3 мг/кг, что составляет примерно 55% от доли

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

всех наблюдений. Второй группе (25-75 цен-тиль) соответствуют значения селена от 0,3 до 1,8 мг/кг, что составляет 45% от доли всех наблюдений. И в третью группу (выше 75 центи-ля - больше 1,8 мг/кг) попадают лишь 0,2% от общего количества наблюдений.

С целью выявления адаптационных механизмов в структуре межэлементных взаимодействий в работе проведен корреляционный анализ динамики элементного состава волос в каждой из вышеуказанных групп. Однако при таком разделении на группы ни одной достоверной связи между элементов не установлено. Хотя, судя по литературным данным (Ееорги-евский В.И. и др., 1979), обмен селена тесно связан с обменом других элементов, среди которых мышьяк, цинк и другие. Этот факт побудил нас к поиску объяснений выявленной закономерности.

На фоне специфических изменений в элементном статусе человека, обусловленных геохимическими условиями, нами установлен целый ряд внутригрупповых отличий, в том числе связанных с полом обследованных, что согласуется с результатами исследований других ученых. В связи с этим анализировались данные по элементному составу волос у женщин и мужчин.

При этом к группе с пониженным содержанием селена в волосах отнесены наблюдения, соответствующие для «женщин», в интервале вели-

X

Ф

4 2 ц

ю

та

X

о

со

н

о

ф

т

5

ц

о

ІЩРядІ

О- «V 55- <5- О' ^ О' <г( , 55- V 55- <гГ V <Ь' >' <Ь' Л' <Ь'

О \' N° V п? <Ъ <ІІ Ь Ь? Ь <? <оч? А Л? % О) О0 О О0 N Ч3

О- О- о- О- О- о- О- о- О- о- О- О- о- О- о- О- о- О- О- \- V \- V

Содержание селена

Рисунок 1. Гистограмма распределения концентраций селена (мкг/г) в волосах обследованных жителей

Оренбургской области

чин концентрации селена от 0,0143 до 0,1466 мкг/ г. Для мужчин аналогичные показатели составили 0,038-0,1624 мкг/г. Оптимум концентраций по данным группам составлял 0,1466-0,4224 и 0,16240,3668 мкг/г, превышающих 75 центиль - 0,43241,356 и 0,3668-3,056 мкг/г, соответственно.

На рисунке 2 приведены гистограммы распределение значений селена в волосах женщин и мужчин:

Введение регионально-обусловленных поправок в центильных интервалах привело к обнаружению следующих корреляционных связей между элементами на фоне пониженного содержания селена в волосах жителей Оренбургской области.

В группе женщин с пониженным содержанием селена нами были обнаружены связи между концентрациями кальция и магния в воло-

Женщины

I

ф

т

та

I

М

I-

I

Ф

О

а

14

12

10

0

, <у

5У

Л лу->

5У От > л<0

<У <У

Содержание Селена Мужчины

\

~ ‘ V су' ГЬ' су г\ •" 'О" 45" су' Л" С\ ~ Ч?” су" Ч)" ОТ* \' ^

<0°\ ч° ^ ‘Ъ ^ <^<0 <о° Л Л <Ъ О0 N N°

<У <У <У О <У <У <У <у <у <у <у <у <у <у <у <у V \* V \*

16

14

12

10

о 6

о

а

с 4

О' $ V Ф <1' Iі ¥ ^ к' іР <о' Ь' «о3 Л' ^ ^ О' ^ V

о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- о- V V V

Содержание селена

Рисунок 2. Гистограмма распределения концентраций селена (мкг/г) в волосах обследованных

сах (известная ранее зависимость), а также к взаимодействию этих элементов с мышьяком. Построено уравнение регрессии

Са = 76,765 + 7,573 М§ - 4896,14 Аз +

+11,583 Си + 569,25 коэффициент детерминации в котором равен 93,5%.

Также значима на наш взгляд взаимосвязь между алюминием, железом и ванадием (коэффициент детерминации 65.5%):

А1 = -2,865 + 0,254 Бе - 2,96 N1 + 1,966 РЬ +

+ 1,087 Т + 76,554 V.

В группе мужчин с недостаточным содержанием селена в волосах также характерно уси-

ление взаимодействия между кальцием и магнием (коэффициент детерминации 95,6%), а также к появлению связей между мышьяком, алюминием и ванадием (коэффициент детерминации 66,5%).

Кроме того, обнаружилась зависимость между натрием, калием и фосфором (коэффициент детерминации 72,7%):

N = - 437,5294 + 1,362 Бе + 0,79 К + 3,747 Р +

+ 18,356 РЬ.

Приведенные результаты наглядно демонстрируют необходимость учета региональных особенностей формирования биосубстратов при разработке рекомендаций по коррекции элементного статуса человека.

Список использованной литературы:

1. Георгиевский В.И., Анненков Б.Н., Самохин В.Г., Минеральное питание животных. - М.: Колос, 1979. - 471 с.

2. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Изд-во «Высшая школа», 1990. - 352 с.

3. Нотова С.В., Орджоникидзе Г.З., Нигматуллина Ю.Ф. Содержание химических элементов в слюне и волосах детей, проживающих вы районном центре Саракташ Оренбургской области // Вестник ОГУ. - 2003. - №7. - С. 157-161.

4. Нотова С.В., Барышева Е.С., Губайдуллина С.Г. Особенности микроэлементного анализа волос студентов с миопией // Вестник ОГУ. - 2004. - №2.

5. Скальный А.В. Эколого-физиологическое обоснование эффективности использования макро- и микроэлементов при нарушениях гомеостаза у обследованных из различных климатогеографических регионов // Автореф... докт. мед. наук. - М., 2000. - 44 с.

6. Скальный А.В. Референтные значения концентрации химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС // Микроэлементы в медицине. - 2003. - Т. 4. - Вып. 1. - С. 55-56.

7. Скальная М.Г., Демидов В.А., Скальный А.В. О пределах физиологического (нормального) содержания Ca, Mg, P, Fe, Zn, и Cu в волосах человека // Микроэлементы в медицине - 2003. - Том 4. - Вып 2. - с. 5-10.

8. Bertram H.P. Spurenelemente. Analitik, Okotoxikologische und medizinisch - klinische Bedentung. - Munchen, Wien, Baltimore: Urban und Schwarzenberg, - 1992. - 207 s.

9. Guide to atomic spectroscopy technignes and applications. - Perkin Elmer Inc., 2000. - 36 p.

10. Iyengar V., Woittiez j. Trace elements in human clinical specimens: evaluation of literature data to identity references values.// Clin. Chem. - 1988. - vol. 34. - №p. 474-481.

11. Slavin W. Graphite furnace AAS-a sourse book. - Perkin Elmer corp., Ridgefield, CT, 1984. - 230 p.

12. Zimmermann M. Burgersteins mikronaech - zstoffe in der medizin. Praevention und Therapie. - Stuttgart: Karl F. Hang verlag, 2003. - 304 s.

Исследования выполнены при поддержке гранта научной программы «Университеты России», УР 11.01.234.