Экологически обусловленные особенности элементного статуса жителей региона

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТНОГО СТАТУСА ЖИТЕЛЕЙ РЕГИОНА

Л.А. Чеснокова, С.И. Красиков, Е.Л. Борщук, А.И. Верещагин, Н.В. Шарапова, А.А. Тиньков

ENVIRONMENTALLY CAUSED FEATURES OF ELEMENT STATUS OF INHABITANTS OF THE REGION

L.A. Chesnokova, S.I. Krasikov, E.L. Borschuk, A.I. Vereshchagin, N.V. Sharapova, A.A. Tinkov

Оренбургская государственная медицинская академия, г. Оренбург

Была изучена зависимость между содержанием элементов с переменной степенью окисления в окружающей среде и биосредах организма среди различных групп населения. Определены различные уровни концентраций микроэлементов, обладающих прооксидантным действием, в окружающей среде и в организме, что показывает зависимость аккумуляции в организме не только от их содержания в окружающей среде, но также наличие сложных полиэлементных взаимодействий в условиях дисбаланса.

Ключевые слова: элементы с переменной степенью окисления, окружающая среда, организм человека

It was studied the dependence between the amount of elements and variable degree of oxidation in environment and bioenvironment of organism between different groups of population. It was determined different levels of concentration of microelements, which are able to produce oxidation in environment and in organism, what shows the dependence of accumulation in organism not only because of its amount in environment, but also the presence of complex polielement interaction in the conditions of disbalance.

Keywords: elements with varying degrees of oxidation, the environment, the human organism.

Металлические загрязнения относятся к наиболее токсичной группе, в связи с чем возникает необходимость контроля их содержания в природных средах, т. е. подбор наиболее оптимальных, информативных и воспроизводимых методов определения, уточнение основных процессов их взаимодействия как в окружающей среде, так и в организме, источников поступления. Литературные данные свидетельствуют о соответствии элементного состава биосред организма уровню окружающей среды, что помогает диагностировать ряд профессиональных заболеваний, прогнозировать их возникновение (Агаджанян, Скальный, 2000; Боев, 2005). Исследования биосубстратов важны для определения состояния микроэлементного обмена в организме и токсического воздействия ряда тяжелых металлов (Мухин, Козловская и др., 2005; Скальный, 2000). В группе экотоксикантов особое место занимают элементы с переменной степенью окисления, многие из которых являются жизненно важными, способные усиливать процессы свободно-радикального окисления (СРО), что ведет к «окислительному стрессу» — центральному звену в развитии многих неинфекционных заболеваний, что подтверждено многочисленными исследованиями (Duk-Hee Lee et al, 2004). Известно, что атерогенные расстройства — основная предпосылка задержки холестерина, приводящая к развитию дислипопротеинемий и гиперхолестеринемий, составляющих основу развития атеросклероза (Арчаков, 2001).

Цель данной работы — изучение зависимости между содержанием элементов с переменной степенью окисления в окружающей среде с учетом их прооксидантной нагрузки по их накоплению в биосредах организма среди различных групп населения.

В данной работе был изучен микроэлементный статус организма по аккумуляции в волосяном покрове среди различных групп населения с целью выявления различий в зависимости от местных условий, профессиональной вредности, антропогенной нагрузки. Для определения различий элементного статуса жителей 3 территориально-экономических зон области — Западной, Центральной и Восточной, а также г. Оренбург. Были исследованы биосубстраты студентов I курса ОрГМА, проживающих не менее трех последних лет в данной местности, без хронических заболеваний и вредных привычек. Другую группу составили подростки 13—17 лет, проживающие постоянно в сельской местности, находящейся в зоне влияния газоперерабатывающего завода. Третью группу составили рабочие и служащие предприятий газохимической промышленности. Содержание микроэлементов в биосредах определяли в АНО «Центр биотической медицины» под руководством А.В. Скального (г. Москва, аккредитация Госстандарта России — Рос. RU0001-513118 от 29.05.2003). Для оценки элементного статуса использовались методы атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой и масс-спектрометрии (ИСП-АЭС и ИСП-МС) по стандартной методике, утвержденной МЗ РФ (МУ 4.1.1482-03) на приборах Optima

г. Оренбург Западная зона Центральная зона Восточная зона Вся область

Co 0,022 і 0,005*** 0,021 і 0,004*** 0,027 і 0,006*** 0,035 і 0,006*** 0,027 і 0,004***

Cr 0,429 і 0,082*** 0,357 і 0,058*** 0,541 і 0,114*** 0,4015 і 0,090 0,438 і 0,037

Cu 12,043 і 0,792 13,053 і 0,913 13,745 і 1,590 16,515 і 2,871 14,100 і 1,205

Fe 16,060 і 1,394 17,968 і 1,769 20,345 і 2,771 12,702 і 0,997 17,077 і 1,364

I 0,611 і 0,165* 1,049 і 0,389 0,826 і 0,125*** 0,603 і 0,180 0,777 і 0,104

Mn 0,496 і 0,117*** 0,981 і 0,201 1,122 і 0,241*** 0,784 і 0,171*** 0,850 і 0,136

Sn 0,156 і 0,034*** 0,281 і 0,093*** 0,220 і 0,058*** 0,270 і 0,103*** 0,232 і 0,027

Ni 0,352 і 0,030*** 0,625 і 0,114 0,666 і 0,164 0,661 і 0,139*** 0,585 і 0,079

Кмет 30,17 34,33 37,48 47,94 34,16

1 2 3 4

Примечание. * t > 2,0; p < 0,05 ** t > 2,6; p < 0,01 ***t > 3,2; p < 0,001 Зоны сравнения. 1 - г. Оренбург - Западная зона 2 - Западная зона - Центральная зона 3 - Центральная зона - Восточная зона 4 - Восточная зона - г. Оренбург

2000DV и Elan 9000 (Perkin Elmer, США). В волосах определяли содержание 25 химических элементов. Для сравнения взята группа элементов, неоднородное содержание которых в окружающей среде и в организме установлено проведенными ранее исследованиями (В.М.Боев, Л.А. Чеснокова, И.П. Воронкова, 2004). Прооксидантная нагрузка (Е) оценивалась как произведение концентрации элементов с выраженной окислительной нагрузкой (мкмоль/л) на величину стандартного электродного потенциала (В):

Е = С(Эп+):  Е:° + ... + С(Эп+)п  Eno, где

С (Эп+) — молярная концентрация элемента, мкмоль/л,

Е° — стандартный электродный потенциал, В.

Результаты исследования. Данные о содержании жизненно важных элементов в биосредах по их накоплению в волосах студентов медицинской академии представлены в табл. 1.

Как видно из приведенных данных, биосубстрат жителей Центральной зоны отличается более высоким содержанием хрома, железа и марганца относительно других территорий. В Восточной зоне выше содержание кобальта и меди, в Западной зоне — йода, в Оренбурге более низкие уровни олова, марганца и никеля. Таким образом, содержание элементов в организме жителей региона, не связанных с вредным производством, неоднородно в зависимости от зоны проживания. Кмет максимально у жителей Восточной зоны.

Далее для установления различий элементного статуса организма у лиц, не имеющих профессиональной вредности (студенты медицинской академии), проведено сравнение с подростками 13—17 лет, проживающими в сельской местности на территории, подверженной влиянию выбросов газоперерабатывающего завода (сс. Татищево, Родничный Дол, Новоникитино, Октябрьское, Сырт), а также с рабочими и служащими подразделений газохимической отрасли. Полученные результаты представлены в табл. 2, где также приведено сравнение с физиологическими нормами.

В волосяном покрове студентов I курса ОрГМА повышенный уровень меди, цинка и никеля и пониженный уровень селена относительно физиологических норм. Биосубстрат работников газохимической промышленности характеризуется повышенным содержанием меди, железа, марганца, никеля и пониженным — селена. Для подростков из сельской местности характерен повышенный уровень железа, марганца, цинка, никеля и пониженный уровень селена по сравнению с верхними и нижними границами физиологического содержания элементов. Данное сравнение свидетельствует о распространении селенодефицита на всей территории области, характерного для жителей городской и сельской местности различных возрастных групп, содержание йода соответствует в основном нижнему пределу физиологической нормы (Скальный, 2002, Lockitch, 1989). Также отмечено повышенное содержание тяжелых металлов в отдельных группах (медь, никель, железо, марганец, цинк). Следует также отметить более низкие концентрации в волосах студентов ОрГМА таких элементов, как кобальт, хром, железо, марганец, ванадий в сравнении с другими группами. Вероятно на повышенное содержание перечисленных элементов в волосах работников Газпрома

Элемент Студенты ОрГМА Работники газохимической отрасли Подростки сельской местности

М ± т Норма М ± т Норма М ± т Норма

Со 0,027 ± 0,004 N 0,043 ± 0,006 N 0,040 ± 0,005 N

Сг 0,438 ± 0,037 N 0,699 ± 0,081 N 0,600 ± 0,058 N

Си 14,100 ± 1,205 вN 14,175 ± 0,780 вN 10,976 ± 0,488 N

Fe 17,077 ± 1,364 N 43,424 ± 4,246 вN 30,942 ± 3,876 вN

I 0,777 ± 0,104 N 1,042 ± 0,304 N 0,668 ± 0,239 N

Мп 0,850 ± 0,136 N 1,492 ± 1,282 вN 1,406 ± 0,228 вN

V 0,067 ± 0,016 N 0,142 ± 0,058 N 0,232 ± 0,092 N

Zn 191,076 ± 9,534 вN 170,552 ± 6,916 N 188,566 ± 9,778 вN

N1 0,585 ± 0,079 вN 0,604 ± 0,063 вN 0,792 ± 0,087 вN

Se 0,157 ± 0,083 нN 0,236 ± 0,030 нN 0,246 ± 0,028 нN

Sn 0,232 ± 0,027 N 0,220 ± 0,046 N 0,194 ± 0,135 N

Примечание: N - норма; вN - выше нормы; нЫ - ниже нормы

и подросткового населения влияют в основном техногенные загрязнения и взаимное влияние на усвоение микроэлементов в организме при их избыточном или недостаточном поступлении. Итак, данные микроэлементного состава биосубстратов показали зависимость его формирования как от техногенных факторов, так и от природных условий, обусловленных особенностями биогеохимической провинции.

Далее было проведено сравнение содержания изучаемых элементов в питьевой воде (табл. 3) и в атмосферном воздухе по их накоплению в снеговом покрове (табл. 4) в различных зонах региона. Рассчитывались показатели Евода и Еснег как произведение молярной концентрации элементов (мкмоль/л) на их стандартные электродные потенциалы.

В питьевой воде Центральной зоны, куда входит г. Оренбург, более высокое содержание марганца и минимальное — железа, цинка и хрома относительно других территорий. Восточная зона характеризуется более высоким содержанием в воде железа и цинка. Максимальное значение Квода установлено на территории Восточного региона. Максимальная окислительная нагрузка определена в питьевой воде Восточной зоны, минимальная — на территории Центральной зоны (табл. 3).

Как известно, снеговой покров аккумулирует загрязнения из атмосферного воздуха за период снегостава. На территории Восточной зоны отмечено максимальное содержание марганца, меди, цинка, в Центральной зоне повышенный уровень хрома, кобальта, никеля, Западная зона характеризуется минимальными значениями по всем изучаемым элементам (табл. 4).

Максимальный уровень содержания элементов с переменной степенью окисления отмечен в снеговом покрове на территории Восточной и Центральной зон, Еснег в Восточной зоне выше относительно Центральной и Западной зон почти в 1,5 и 4 раза соответственно.

Обсуждение результатов. По результатам исследования была установлена неоднородность содержания элементов в биосредах между изучаемыми группами. Так, волосяной покров жителей Центральной зоны отличается более высоким содержанием хрома, железа, марганца относительно других территорий. В Восточной зоне повышено содержание кобальта и меди, в Западной зоне содержится больше йода, в г. Оренбург самые низкие уровни содержания олова и никеля. Более высокое значение Кмет установлено у жителей Восточной зоны.

При сравнении содержания изучаемых элементов в питьевой воде, отражающей в основном их естественное содержание, и в атмосферном воздухе по их накоплению в снеговом покрове в различных зонах региона максимальная окислительная нагрузка определена в питьевой воде и снеговом покрове Восточной зоны, минимальные величины Евода и Еснег на территории Центральной и Западной зон соответственно. Западная зона характеризуется минимальным значением Еснег, но более высоким по сравнению с Центральной зоной Евода.

Таким образом, проведенные исследования показали максимальное значение Кмет у жителей Восточной зоны, что соответствует более высоким концентрациям изучаемых элементов в окружающей среде (питьевая вода, снеговой покров). Снижение аккумуляции некоторых элементов в биосредах ^е, Мп) в условиях их повышенного содержания в окружающей среде на территории

Восточной зоны подтверждается проведенными ранее исследованиями (Боев В.М. с соавт., 2004) Таблица 3. Долевая и суммарная прооксидантная нагрузка элементов в питьевой воде

Западная зона Центральная зона Восточная зона Вся область

Мп 0,823 ± 0,078*** 1,780 ± 0,227* 1,600 ± 0,198*** 1,401 ± 0,187

N1 0,042 ± 0,011*** 0,0085 ± 0,002*** 0,050 ± 0,009*** 0,0335 ± 0,078

Си 0,080 ± 0,019*** 0,069 ± 0,012*** 0,730 ± 0,065*** 0,293 ± 0,021

Fe 3,080 ± 0,276*** 2,201 ± 0,210*** 4,00 ± 0,389*** 3,093 ± 0,312

Zn 0,841 ± 0,069*** 0,570 ± 0,051*** 2,502 ± 0,188*** 1,303 ± 0,156

Сг 0,140 ± 0,021*** 0,063 ± 0,010*** 0,100 ± 0,012*** 0,101 ± 0,015

I 0,901 ± 0,087*** 0,210 ± 0,017 0,211 ± 0,018*** 0,440 ± 0,033

Со 0 0 0 0

Sn — — - -

Евода 6,281 ± 0,548** 4,902 ± 0,369*** 9,193 ± 0,776*** 6,665 ± 0,543

Квода 1,95 1,57 2,26 1,93

1 2 3

Примечание. * 1 > 2,0; р < 0,05 ** 1 > 2,6; р < 0,01 ***1 > 3,2; р < 0,001 Зоны сравнения. 1 - Западная зона - Центральная зона 2 - Центральная зона - Восточная зона 3 - Восточная зона - Западная зона

и объясняется, вероятно, конкурирующим действием других катионов в условиях их избыточного поступления. Известно, что избыточное поступление металлов с переменной степенью окисления может вызывать окислительный стресс и его неблагоприятные последствия.

Проведенные исследования демонстрируют неоднородность микроэлементного состава биосубстрата между изучаемыми группами, что обусловлено проживанием на территориях различных биогеохимических провинций, направленно влияющих на биохимические процессы. Результаты исследования демонстрируют необходимость постоянного мониторинга и индивидуального подхода при коррекции нарушений биоэлементного гомеостаза, основанного не только на абсолютном содержании элементов в биосубстратах, но также и на их соотношениях и формах нахождения. Полученные данные демонстрируют трудность правильной интерпретации результатов анализа,

Таблица 3. Долевая и суммарная прооксидантная нагрузка элементов в снеговом покрове

Западная зона Центральная зона Восточная зона Вся область

Мп 200,0 ± 11,453 534,8 ± 16,457 820,0 ± 22,165 392,0 ± 13,539

N1 2,8 ± 0,232*** 7,2 ± 0,645 6,87 ± 0,593*** 6,2 ± 0,541

Си 5,6 ± 0,478*** 12,8 ± 0,987*** 49,6 ± 2,789*** 18,3 ± 1,588

Fe - - - -

Zn 127,0 ± 9,452 297,0 ± 13,801 459,0 ± 15,700 265,0 ± 11,689

Сг 2,75 ± 0,203*** 16,9 ± 1,320* 11,4 ± 0,992*** 10,9 ± 0,807

I - - - -

Со 0,92 ± 0,061*** 6,5 ± 0,448*** 4,34 ± 0,396*** 4,16 ± 0,402

Sn - - - -

Еснег 339,07 ± 26,140 875,20 ± 45,178 1351,21 ± 98,141 696,56 ± 36,108

1 2 3

Примечание. * 1 > 2,0; р < 0,05 ** 1 > 2,6; р < 0,01 ***1 > 3,2; р < 0,001 Зоны сравнения. 1 - Западная зона - Центральная зона 2 - Центральная зона - Восточная зона 3 - Восточная зона - Западная зона

необходимость комплексной оценки не только количественного содержания элементов в организме, но также их соотношений и форм нахождения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М.: Изд-во КМК, 2-е изд., 2000. 83 с.

2. Арчаков А.И. //Вопросы медицинской химии. 2001. Т. 47, Вып. 6. С. 463—468.

3. Боев В.М. Микроэлементы и доказательная медицина. М.: Медицина, 2005. 208 с.

4. Мухин Н.А., Козловская Л.В., Барашков Г.К., Зайцева Л.И., Фомин В.В. Клиническое значение дисбаланса микроэлементов /Микроэлементы в медицине. 2005. Том 6, вып. 1. С. 42—45.

5. Скальный А.В. Микроэлементозы человека: гигиеническая диагностика и коррекция // Микроэлементы в медицине. 2000. Т. 1. № 1. С. 2—8.