Адаптационные реакции организма детей школьного возраста в условиях загрязненной окружающей среды

ВЕСТНИК ТГГПУ. 2010. №4

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 616.3

АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

© Н.Б.Дикопольская, Ф.Г.Ситдиков

В статье проведено исследование показателей физического развития, сердечно-сосудистой системы и содержания микроэлементов в волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в условиях загрязненной окружающей среды.

Ключевые слова: окружающая среда, детский организм, физическое развитие, сердечнососудистая система, химические элементы, адаптация.

Известно, что на здоровье населения влияют факторы окружающей среды, т.е. факторы риска, обусловленные степенью загрязнения атмосферного воздуха, изменением качества питьевой воды, состава и свойств почвы, продуктов растительного и животного происхождения [1].

Многие исследователи показывают, что в настоящее время антропогенные нагрузки превышают допустимый уровень и состояние окружающей среды близко к потере равновесной стабильности [2; 3]. Длительное негативное воздействие внешних факторов приводит к снижению адаптационных возможностей и общей сопротивляемости организма, способствующих появлению различных функциональных нарушений

[4].

Среди разнообразных форм антропогенного воздействия на экологическую среду и человека особо выделяют химический фактор, так как его антропогенная составляющая давно опередила естественную. Резко возросло поступление в среду обитания химических загрязнителей техногенного происхождения. Кроме этого, увеличилось химическое воздействие на окружающую среду, обусловленное ростом энергопотребления, развитием промышленности, выпуском товаров и материалов нового поколения. По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из более чем 6 млн. известных химических соединений практически используются до 500 тыс. соединений, из них 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными [5]. В большинстве городов России, в том числе и в Казани, вклад выбросов автотранспорта составляет свыше 70% в суммарном загрязнении атмосферного воздуха [6; 7].

Отравления неорганическими веществами проявляются в виде изменения физиологических параметров: замедления роста и умственного развития, ослабления репродуктивной функции, различных заболеваний, преждевременной смер-

ти. Токсические проявления в первую очередь зависят от количества химического агента. Содержание химических элементов, в частности металлов, в различных органах и тканях может коррелировать с их уровнем в объектах окружающей среды и различными заболеваниями человека [6; 8; 9].

Отклонения в содержании химических элементов, вызванные экологическими факторами, приводят к широкому спектру нарушений в состоянии здоровья человека [10]. Особой патогенностью при этом отличаются тяжелые металлы -загрязнители среды обитания. По содержанию какого-либо тяжелого металла в биосредах человека или животного можно определить нагрузку на организм в целом [11]. Считается, что элементный состав волос лучше других отражает воздействие на человека динамики накопления микроэлементов в условиях хронического техногенного загрязнения [12], так как волосы могут хранить данные о процессах метаболизма, в частности минерального обмена всего организма [13].

В настоящее время установлено, что 80% населения страдает от более или менее выраженного дисбаланса микроэлементов. Микроэлементо-зы представляют собой патологические процессы, вызванные дефицитами (недостатками) и избытками микроэлементов. Причинами микро-элементозов являются стрессы, избыточное или недостаточное поступление в организм микроэлементов с пищей, радиация, загрязнение окружающей среды токсичными веществами и т.д. Все это приводит к дисбалансу в организме человека жизненно необходимых химических элементов [11].

Опасность экологического неблагополучия особенно высока для здоровья и развития детей. Дети и подростки отличаются некоторыми ана-томо-физиологическими характеристиками и особенностями поведения, в связи с которыми

повышается неблагоприятное влияние на них, по сравнению со взрослыми, загрязнения окружающей среды. У ребенка на единицу массы тела выше объем дыхания, а тем самым и поглощаемые дозы токсического вещества, загрязняющего воздух [14]. Знание закономерностей воздействия антропонегативных факторов на детский организм может позволить спрогнозировать вредные эффекты этого влияния и вероятность возникновения функциональных нарушений со стороны определенных органов и систем организма.

Методика

Исследование проводилось в общеобразовательной средней школе №39, которая расположена в Вахитовском районе г.Казани (экспериментальная группа). На центральную часть города приходится наибольший объем транзитных транспортных потоков. При этом отмечается превышение ПДК в приземном слое воздуха по ряду загрязняющих веществ [15]. В качестве контроля была выбрана школа №42, которая расположена в относительно экологически благоприятном районе - Горки 2 (контрольная группа). Обследовались практически здоровые девочки в возрасте 16-17 лет (11 класс). Проводился рейтинг нарушений здоровья девочек, проживающих и обучающихся в экологически неблагоприятном районе Казани с использованием метода анкетирования (Институт возрастной физиологии РАО, Москва). Определялись основные показатели физического развития: длина и масса тела, окружность грудной клетки. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы оценивалось по частоте сердечных сокращений, артериальному давлению, ударному объему крови и минутному объему крови.

Определение микроэлементов в волосах проводилось методом спектрального анализа в испытательной лаборатории, аккредитованной в Федеральном центре Госсанэпиднадзора при МЗ, на базе Центра биотической медицины (Москва).

Содержание микроэлементов в биосубстратах оценивалось путем сопоставления с физиологическими допустимыми и критическими уровнями. Было исследовано содержание 25 микроэлементов, из них 11 - условно-

эссенциальные и токсичные: алюминий (А1), мышьяк(А8), бор (В), бериллий (Ве), литий (Ы), кадмий (Сё), никель (N1), свинец (РЬ), олово (8п), ванадий (V), ртуть(^) и 14 - жизненно необходимые: йод (I), калий (К), фосфор (Р), магний (Mg), марганец (Мп), натрий (№), селен (8е), кремний (81), цинк (2п), кальций (Са), кобальт (Со), хром (Сг), медь (Си), железо (Бе).

Результаты исследований

Проведя анализ анкет был составлен рейтинг нарушений здоровья девочек, проживающих и обучающихся в экологически неблагоприятном районе Казани. Было установлено, что чаще всего у них встречаются заболевания и патологии опорно-двигательной системы. Они были выявлены у 63% обследованных детей. На втором месте находятся заболевания желудочнокишечного тракта. Количество детей с нарушениями составляет 32%. Третье место в структуре патологии занимают заболевания и нарушения органов зрения (27%). 6% исследуемых детей имеют заболевания органов выделения и 6% детей страдают кожными заболеваниями. Заболевания сердечно-сосудистой системы встречаются только у 4% обследуемых. 3% девочек имеют заболевания органов дыхания.

По данным комплексной оценки состояния здоровья выявлено следующее распределение детей по группам здоровья. Установлено, что первую группу здоровья имеют 17%, численность второй группы здоровья составляет 80%, к третьей группе здоровья относят 3% обследованных детей.

Анализ показателей физического развития показал, что длина тела у девочек, обучающихся в экологически неблагоприятном районе, составляет 160±1,87 см, у девочек, обучающихся и проживающих в экологически чистом районе г.Казани, длина тела равна 163,3±1,85 см, что на 2% выше. Масса тела у девочек экспериментальной группы (45,9± 1,25 кг) была ниже на 13% массы тела девочек контрольной группы (52,9±2,21 кг).

Рассматривая показатели окружности грудной клетки (ОГК), мы выявили, что значения ОГК в покое у девочек в экологически неблагоприятном районе составляет 86,4±0,58 см, что достоверно больше (р<0,05), чем у девочек в экологически чистом районе г. Казани, где величина ОГК в покое равна 82,8±1,46 см.

Исследуя показатели функционирования сердечно-сосудистой системы, мы выявили, что частота сердечных сокращений у девочек, проживающих в экологически неблагоприятном районе г.Казани, составляет 70,7±1,62 уд/мин, тогда как у девочек в экологически чистом районе частота сердечных сокращений составляет - 72,8±2,91 уд/мин, что на 3% выше. По показателям артериального давления у девочек, проживающих и обучающихся в разных экологических районах, существенных отличий обнаружено не было. Так, значение систолического артериального давления у девочек школы №39 составило

107,5±3,10 мм.рт.ст., а у девочек школы №42 -106±2,21 мм.рт.ст. Величина диастолического артериального давления (ДАД) составила

71±1,79 мм.рт.ст. и 70±1,49 мм.рт.ст. соответственно.

Величина ударного объема крови (УОК) у девочек, проживающих в районе с неблагоприятной экологической обстановкой, была несколько выше (45,1±3,0 мл), чем у девочек, проживающих и обучающихся в экологически чистом районе (40,78±3,63 мл). Такая же тенденция была отмечена и в показателях минутного объема кровообращения. У девочек, проживающих в экологически чистом районе минутный объем крови составляет 2,98±0,29 л/мин, тогда как в экологически неблагоприятном районе он равен 2,73±0,21 л/мин, что на 8% ниже.

По данным наших исследований содержание условно-эссенциальных и токсичных микроэлементов в волосах девочек экспериментальной группы соответствовало биологически допустимым нормам. При определении жизненнонеобходимых микроэлементов была установлена пониженная концентрация йода, селена, фосфора, кобальта и хрома. Также было выявлено повышенное содержание в волосах девочек микроэлемента натрия.

Концентрация йода в волосах девочек составила 0,3±0 мкг/г, тогда как нижняя граница биологически допустимого уровня этого микроэлемента составляет 0,42 мкг/г. Йод является жизненно-важным элементом, обладает высокой физиологической активностью, является обязательным структурным компонентом гормонов щитовидной железы - тироксина и трийодтиронина. Основная метаболическая функция этих гормонов состоит в повышении синтеза АТФ и связанном с этим увеличении потребления кислорода митохондриями в процессе окислительного фос-форилирования. Через этот универсальный механизм гормоны щитовидной железы оказывают на организм системное действие. Поэтому дефицит йода приводит к снижению основного обмена. Прежде всего, он сказывается на состоянии центральной нервной системы. У детей гипотиреоз приводит к глубоким нарушениям высшей нервной деятельности, неполному развитию интеллектуальных возможностей человека, кретинизму. У взрослых дефицит йода приводит к психической инертности, заторможенности,

снижению мыслительных способностей, уменьшению силы и частоты сердечных сокращений, диастолической гипертонии. Вследствие торможения энергообеспечивающих процессов происходит недоокисление продуктов обмена, что ведет к нарушению эндоэкологического состояния

организма. Одновременно тормозится окисление холестерина и накопление его атерогенных форм, что ведет к раннему атеросклерозу, а в сочетании с нарушениями функций сердечнососудистой системы - к инфаркту миокарда и инсульту. В организме человека йод не функционирует без микроэлемента селена: йод и селен метаболически тесно связаны.

Содержание селена в волосах девочек также было меньше нормы и составило 0,24±0,04 мкг/Т, тогда как биологический допустимый уровень составляет 0,8 мкг/Т. При дефиците селена в организме могут возникать следующие изменения: снижение иммунитета, повышение склонности к воспалительным заболеваниям; снижение функции почек; болезни кожи, волос и ногтей; заболевание щитовидный железы; замедление роста; анемия. Считается, что присутствие селена в организме оказывает антиоксидантное действие, замедляя его старение. Кроме того, селен помогает поддерживать юношескую эластичность в тканях. При дефиците селена в организме усиленно накапливаются мышьяк и кадмий, которые в свою очередь, усугубляют дефицит селена.

Дефицит фосфора (116±17,85 мкг/г), наблюдаемый у девочек 16-17 лет, встречается нечасто. Обычно он сопутствует заболеваниям иммуно-дефицитных состояний, паращитовидных желез, наблюдается после различного рода интоксикаций (в том числе алкоголь, наркотики), недостаточного потребления богатой белком пищи и длительных хронических заболеваний. Нижняя граница биологически допустимого уровня этого микроэлемента составляет 140 мкг/г. При недостатке фосфора может наблюдаться повышенная утомляемость, истощение, определенное снижение антиоксидантной защиты организма, легочная недостаточность. У детей возможно возникновение рахита и пародонтоза. Фосфор в виде своих соединений играет важнейшую роль во всех процессах организма: фосфорная кислота участвует в построении многочисленных ферментов (фосфатаз) - главных двигателей химических реакций клеток. Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета.

При дефиците кобальта в организме могут развиваться анемия, общая слабость, утомляемость, снижение чувствительности, усиливается проявления дисфункции вегетативной нервной системы, перебои в работе сердца; медленнее происходит выздоровление после хронических заболеваний, у детей замедляется развитие. Концентрация кобальта в волосах девочек составила

0,021±0,01 мкг/Т. Нижняя граница биологически допустимого уровня этого микроэлемента составляет 0,2 мкгТ. Кобальт - один из важнейших

микроэлементов, необходимый в первую очередь для нормального кроветворения, как составная часть витамина В12. Кобальт также используется организмом для активации многих ферментов, деятельности ЦНС, регуляции функций вегетативной нервной системы, щитовидной железы, деления клеток.

Содержание хрома в волосах девочек экспериментальной группы также было понижено и составило 0,291±0,06 мкг/Т, при минимальном биологически допустимом уровне этого микроэлемента - 0,5 мкг/Т. Хром, с одной стороны, -жизненно важный микроэлемент, участвующий в регуляции углеводного и жирового обмена, деятельности сердечной мышцы, сосудов, а с другой стороны - может быть опасным токсикантом при избыточном поступлении. Дефицит хрома значительно повышает риск развития атеросклероза. Дефицит хрома у детей ведет к снижению толерантности к глюкозе (риск развития сахарного диабета), нарушению белкового обмена, может усиливать утомляемость, появление беспокойства, бессонницы, головных болей, способствовать увеличению веса, повышению уровня холестерина в крови. Хром оказывает действие на процессы кроветворения, на работу инсулина (ускоряет), на углеводный обмен и энергетические процессы. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания.

У девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в экологически неблагоприятном районе, была выявлена повышенная концентрация натрия (144,696±33,50 мкг/г), тогда как верхняя граница биологически допустимого уровня составляет 100 мкг/г. Это внеклеточный элемент, электролит, играющий важную роль в водносолевом обмене, регуляции нервно-мышечной деятельности, функции почек. Повышенное содержание его в волосах отражает нарушение водно-солевого обмена, дисфукцию коры надпочечников и может встречаться при избыточном потреблении поваренной соли, сахарном диабете, нарушении выделительной функции почек, склонности к гипертонии, отекам, неврозах. Такие люди чаще всего возбудимы, впечатлительны, гиперактивны. Может наблюдаться повышенная жажда и потливость. Иногда возможно накопление натрия в волосах при длительном контакте с морской водой и отдельными видами моющих средств.

Заключение

Проведя анализ полученных данных, мы установили, что, несмотря на относительно неблагоприятную экологическую обстановку, в которой обучаются и проживают дети, уровень токсических микроэлементов в волосах соответст-

вует биологически допустимым нормам. Тем не менее наблюдаются отклонения в содержании жизненно-необходимых микроэлементов в организме детей: количество йода, кобальта, селена, фосфора и хрома было меньше нижней границы биологически допустимого уровня. Содержание жизненно-важного микроэлемента натрия в волосах детей было выше верхней границы биологически допустимого уровня. Данные полученные в ходе обследования позволяют заключить, что частота отклонений в элементном составе достаточно высока (на уровне 100% обследованных).

При исследовании показателей физического развития у детей, проживающих в экологически разных районах города, была выявлена небольшая разница в показателях. Достоверные различия отмечались только при измерении окружности грудной клетки. Частота сердечных сокращений у девочек экспериментальной группы была ниже, чем у девочек контрольной группы. Показатели артериального давления, ударного и минутного объемов кровообращения у девочек 16-17 лет, проживающих в экологически неблагоприятном районе несколько выше, чем у детей, проживающих в экологически благоприятном районе города Казани. Это может отражать, вероятно, напряженное функционирование сердечно-сосудистой системы девочек в условиях загрязнения окружающей среды.

Таким образом, исследования закономерностей воздействия негативных факторов окружающей среды позволяют оценить риск возникновения тех или иных нарушений в состоянии здоровья ребенка и откорректировать эти нарушения на ранних этапах развития.

1. Зыятдинов К.Ш., Сабирзянова Г.Е., Хайрулли-на Л.М. и др. Состояние здоровья населения Республики Татарстан и факторы окружающей среды // Матер. Междунар научно-практич. конф. "Роль неправительственных научно-общественных организаций в решении проблем, связанных с разработкой и внедрением инновационных технологий". - Казань, 2009. - С.240-243.

2. Абдуллина А.А. Экологически обусловленные нарушения в состоянии здоровья населения г. Салавата // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Труды межд. экол. конф. - СПб., 2000. - Т.2. - С.322

3. Боев В.М. Среда обитания и экологически обусловленный дисбаланс микроэлементов у населения урбанизированных и сельских территорий // Гигиена и санитария. - 2002. - №5. - С.3-8.

4. Даутов Ф.Ф., Яруллин А.Х. Изучение связи между загрязнением окружающей среды и уровнем за-

болеваемости детского населения города // Гигиена и санитария. - 1993. - №8. - С.4-6.

5. Саркисов О.Р. Организационно-правовые аспекты в области охраны окружающей среды // Матер. Междунар. научно-практич. конф. "Роль неправительственных научно-общественных организаций в решении проблем, связанных с разработкой и внедрением инновационных технологий". - Казань, 2009. - С.326-333.

6. Буштуева К.А., Случанко И.С. Методы и критерии оценок состояния здоровья населения в связи с загрязнением окружающей среды // Медицина. -М., 1979. - 167 с.

7. Скальный А.В. Эколого-физиологическое обоснование эффективности использования макро- и микроэлементов при нарушениях гомеостаза у обследуемых из различных климатогеографических регионов: Автореф. дисс. ... д-ра мед. наук.

- М., 2000. - 43 с.

8. Бондарев Л.Г. Микроэлементы - благо и зло. -М.: Знание, 1984. - 142 с.

9. Гудков А.В., Багрянцев В.Н., Кузнецов В.Г. Общая детская заболеваемость и тяжелые металлы в окружающей среде г.Владивостока // Инфекционная патология в Приморском крае. - Владивосток: Дальнаука, 1994. - С.96-97.

10. Нигматуллина Ю.Ф. Эколого-физиологические факторы, влияющие на формирование элементного статуса детей Оренбуржья: Автореф. канд. мед. наук: 03.00.13. - М., 2007. - 18 с.

11. Скальный А.В., Яцык Г.В., Одинаева Н.Д. Микро-элементозы у детей: распространенность и пути коррекции: практ. пособ. - М.: Изд-во КМК, 2002.

- 86 с.

12. Луковенко В.П., Подрушняк А.Е. Содержание свинца и кадмия в волосах как показатель воздействия их на организм // Гигиена и санитария. -1991. - №11. - С.56-58.

13. Мжельская Т.Н., Ларский Э.Г. Исследование содержания микроэлементов и ферментов в волосах как новый подход к изучению метаболизма на тканевом уровне // Лабораторное дело. - 1983. -№1. - С.3-10.

14. Гресь Н.А., Аринчин А.И. Синдром экологической дезадаптации у детей Беларуси и пути его коррекции // Медицинские знания. - 2001. - №5. -С.9-10.

15. Дикопольская Н.Б., Салахиева Э.С., Святова Н.В., Ситдиков Ф.Г. Анализ содержания химических элементов в волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в районе г.Казани с развитой транспортной сетью // Вестник ТГГПУ. -2008. - №4(15). - С.67-71.

ADAPTIVE REACTIONS OF CHILDREN OF THE SCHOOL AGE IN POLLUTED ENVIRONMENT

N.B.Dikopolskaya, F.G.Sitdikov

The article deals with the research of indicators of physical development, cardiovascular system and the maintenance of microcells in the hair of 16-17-year-old girls living and studying in the conditions of polluted environment.

Key words: environment, child's organism, physical development, cardiovascular system, chemical elements, adaptation.

Ситдиков Фарит Габдулхакович - доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета.

E-mail: fgsitdikov@mail.ru

Дикопольская Наталья Борисовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета.

E-mail: bettydn@mail.ru

Поступила в редакцию 11.10.2010