CC BY
68
Вестник ДВО РАН. 2013. № 5
УДК 612.0-053.2 (1-17)
Е.А. ЛУГОВАЯ, А.Л. МАКСИМОВ, Е.М. СТЕПАНОВА
Особенности минерального обмена у старших школьников г. Магадан
Для выявления особенностей содержания макро- и микроэлементов у старших школьников г. Магадан определены диапазоны крайних значений на основе построения таблицы центильных шкал. При определении концентраций 25 химических элементов в волосах обследуемых методами атомной эмиссионной и масс-спектрометрии установлено, что в возрасте 15—18 лет происходит существенная половозрастная деформация элементного профиля, выраженная различной степенью избытка и дефицита основных жизненно важных химических элементов. В группе юношей степень адаптированности элементной системы организма выше аналогичного показателя в группе девушек, что свидетельствует о более стабильном состоянии элементной системы у лиц мужского пола даже на фоне постоянного дефицита биоэлементов.
Ключевые слова: микроэлементы, дисбаланс, старшие школьники, Север, адаптация.
Peculiarities of mineral metabolism of high-school children in Magadan. E.A. LUGOVAYA, A.L. MAXIMOV, E.M. STEPANOVA (Scientific Research Center «Arktika», FEB RAS, Magadan).
To detect the peculiarities of macro- and trace elements' content in the organism of high-school children, the range of the extreme values by the tabulation of centile scores was ascertained. When examining the content of 25 chemical elements in hair sample of surveyed children by atomic-emission and mass spectrometry, it was discovered that from 15 to 18 years, there is sex-age deformation of elemental profile presented in different degrees of excess and deficiency of basic vital chemical elements. The adaptiveressindex in the group of boys exceeds the same index in the group of girls. This fact indicates more stable status of elemental system of men even in the setting of the significant deficiency of bioelements.
Key words: trace element, misbalance, high-school children, the North, adaptation.
Магаданская область имеет особые не только климатические, но и биогеохимические условия. Природные питьевые воды этой зоны характеризуются бедным минеральным составом. В связи с этим поступление в организм жизненно необходимых микроэлементов ограниченно и усугубляется недостаточным потреблением натуральных, неочищенных продуктов и все большим использованием в пищу рафинированных, консервированных и термически обработанных. Длительный дефицит витаминов и микроэлементов при повышенной потребности в них в состоянии постоянного экологического стресса в экстремальных условиях циркумполярного региона оказывает существенное влияние на эффективность адаптации и потенциал здоровья населения.
Согласно данным исследований, выполненных в ФГБУ «Научный центр здоровья детей» РАМН, в настоящее время не более 2-15% детей и подростков (в зависимости от возраста) можно признать здоровыми. Среди детей всех возрастных групп отмечается рост хронической патологии, частота которой за последнее десятилетие увеличилась на 22%, а ее доля среди всех нарушений здоровья достигла 32% [3].
Ранее нами были проанализированы показатели элементной системы организма дошкольников 4-7 лет и подростков 7-14 лет (уроженцев-европеоидов), постоянно проживающих в г. Магадан и посещающих детские дошкольные и школьные учреждения [5, 6]. При сравнении диапазонов крайних нормальных значений с референтными значениями
*ЛУГОВАЯ Елена Александровна - кандидат биологических наук, ученый секретарь, МАКСИМОВ Аркадий Леонидович - член-корреспондент РАН, директор центра, СТЕПАНОВА Евгения Михайловна - младший научный сотрудник (НИЦ «Арктика» ДВО РАН, Магадан). *Е-таП: elena_plant@mail.ru
в аналогичной группе детей [10] выявлено, что большинство интервальных показателей и средние концентрации элементов у обследуемых детей отличались в меньшую сторону, однако в возрастной группе 7-14 лет значения 75-го процентиля № и N1 у мальчиков, Мп у девочек, а Сг и 81 у детей обоего пола были выше референтных. Содержание биоэлементов в волосах у мальчиков и девочек дошкольного возраста существенно не различалось, тогда как у подростков 7-14 лет средние концентрации А1, В, С^ К, №, РЬ в волосах мальчиков значительно выше, чем у девочек, а содержание Ве, Са, Н^, Mg, Мп, 81, 2п, напротив, оказалось достоверно выше в волосах девочек (р < 0,05) [5, 6].
Не меньшего внимания заслуживает проблема обеспеченности биоэлементами организма детей старшего подросткового и юношеского возрастов (15-18 лет), ведь именно этому возрастному периоду свойственны интенсивные физические и психоэмоциональные нагрузки, сопутствующие учебному процессу, не всегда полноценное (сбалансированное) питание, курение, употребление алкоголя и других психоактивных веществ. Кроме того, этот возраст является критичным с точки зрения формирования целого ряда нарушений в состоянии здоровья, сопровождающих человека в течение всей дальнейшей жизни.
Учитывая эти аспекты, мы провели подробный анализ «элементного портрета» организма и определили диапазон крайних значений (минимальных и максимальных), отражающий типичное содержание макро- и микроэлементов в волосах старших школьников г. Магадан на основе построения таблицы центильных шкал.
Материал и методы исследования
Для изучения состояния минерального баланса организма старших школьников Магадана методами атомной эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой в Центре коллективного пользования Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток) и в лаборатории Автономной некоммерческой организации «Центр биотической медицины» (г. Москва) определяли концентрации 25 химических элементов (А1, АБ, В, Ве, Са, С4 Со, Сг, Си, Бе, I, К, Ь1, Mg, Мп, №, N1, Р, РЬ, 8е, 81, 8п, V, 2п) в волосах 146 обследованных, среди которых 72 (49%) - лица женского, 74 (51%) - мужского пола. Средний возраст девушек составил 15,6 ± 0,1, юношей - 15,7 ± 0,1 лет. Как известно, содержание элементов в волосах адекватно отражает состояние их баланса в организме в целом [1, 11].
Характер распределения химических элементов в организме молодых людей оценивали методом построения центильных шкал. Учитывая, что к «абсолютной» норме могут быть отнесены 50% значений концентраций (от 25-го до 75-го процентиля), а к биологически допустимым границам - 80% (от 10-го до 90-го процентиля) [8], значения, попадающие в интервал Р25-Р75, мы принимали за региональную норму.
«Формулы» элементного дисбаланса были выведены на основе частот избытка или дефицита элемента, встречающихся более чем у 25% от числа лиц, обследованных в каждой группе. На основании силы и количества корреляционных связей между микроэлементами нами был определен показатель степени адаптированности элементной системы организма к условиям окружающей среды:
л=пЖ,
N
где А - степень адаптированности, усл. ед., п - количество корреляционных связей между элементами с коэффициентом корреляции 10,51 и более, ХК - сумма коэффициентов корреляции без учета знака, N - число микроэлементов, объединенных в плеяды [2].
Для определения общей доли вариации коррелируемых показателей концентраций микроэлементов в волосах обследуемых рассчитывали коэффициент детерминации (Я2), применимый в том числе при интерпретации данных физиологических исследований [7].
Статистическая обработка данных осуществлена с использованием методов параметрической и непараметрической статистики в пакете прикладных программ Excel 97. Рассчитывались средние значения (М) и ошибки измерения (m), стандартное отклонение (SD), медиана (Me), минимальное (min) и максимальное (max) значения в выборке. Проводился корреляционный анализ по Пирсону с учетом значений коэффициентов корреляции от |0,5| и более, характеризующих средний и сильный уровни связи. Половые различия значений концентраций элемента устанавливались по t-критерию Стьюдента при оценке уровня достоверности p < 0,05.
Результаты и обсуждение
У большинства обследуемых старших школьников Магадана установлена существенная деформация элементного профиля, выраженная различной степенью избытка или дефицита основных жизненно важных химических элементов (см. таблицу). Для девушек характерен дефицит Со (у 82% обследованных), Са (79%), Мя (78%), I (71%), К (60%), Си (53%), гп (51%), Сг (46%), Р (39%), Бе (29%), № (25%). В группе юношей выявлен дефицит Со (93%), Са (82%), I (74%), Си (68%), Мя (68%), гп (45%), Мп (35%), Бе, К и 81 (30%). Избыток условно-эссенциальных и токсичных элементов в волосах подростков установлен в единичных случаях: у девушек - N1 и РЬ, у юношей - РЬ, V и С^ Избыток бора более выражен у лиц мужского пола, чем женского (22% и 3% случаев, соответственно). По данным Т.Р. Гришиной с соавторами [4], у жителей Ивановской области в возрасте 15-18 лет избыток бора, напротив, чаще отмечается у лиц женского пола, чем мужского. Накопление этого элемента может быть объяснено тем, что он входит в состав консервантов для рыбных и мясных продуктов, употребление которых в северных регионах широко распространено, при этом бор и его соединения, содержащиеся в пище, быстро всасываются в желудочно-кишечный тракт (усвоение более 90%). Бор участвует в метаболизме магния, кальция и фосфора, и на фоне дефицита этих элементов у жителей г. Магадан бор может накапливаться в организме с функциональной целью усиления противовоспалительного, гиполипидемического, антиостеопоротического и противоопухолевого эффектов [11].
В общем виде элементный портрет подростков г. Магадан можно представить в виде «формулы» элементного дисбаланса, где в числителе показаны элементы, дефицит концентраций которых установлен в волосах девушек, в знаменателе - юношей, в скобках - у обследованных лиц обоего пола
Сг, N8, Р
(Са, Со, Си, Бе, К, I, Мв, 2п) —-—.
4 5 Мп, 81
Результаты анализа средних значений концентраций элементов также указывают на наличие достоверных половых различий: средние содержания В, С^ Сг, К, Ы, №, РЬ в волосах юношей были значительно выше, чем в волосах девушек, а содержание Са, Со, Мя, Мп, 8п, напротив, оказалось достоверно выше у девушек. Сравнение полученных данных с референтными значениями концентраций химических элементов в волосах здоровых лиц от 1 года до 18 лет [9] показало явное превышение концентраций 81 только в волосах девушек (в 1,3 раза). Следует, однако, отметить, что ранее проведенное нами исследование волос детей дошкольного и школьного возрастов г. Магадан показало избыток 81 в волосах детей обоего пола [5, 6].
Элементный профиль девушек характеризуется низким уровнем К и №, выходящим за пределы нижней границы физиологической нормы. В волосах юношей ниже нормальных значений оказались концентрации Са, Бе, N1. У подростков обоего пола содержание Со и 8е в волосах оказалось в 1-2 раза ниже минимальной границы нормы. Среднее содержание в волосах таких токсичных микроэлементов, как А1, С^ РЬ, не достигает нижней
Содержание макро- и микроэлементов (мкг/г) в волосах школьников в возрасте 15-18 лет г. Магадан
Макро- Девушки (72 чел.) Юноши (74 чел.) Границы
и микро- нормы [9]
элементы M ± m Me P -P 25 75 M ± m Me P -P 25 75 P -P 25 75
Al 6,42±0,55 4,72 3,04-8,65 7,12±0,68 5,03 3,82-8,21 9,00-23,00
As 0,07±0,01 0,04 0,04-0,044 0,07±0,01 0,05 0,04-0,07 0,00-0,69
B* 0,55±0,09 0,24 0,13-0,66 10,78±3,25 0,62 0,22-3,05 -
Ca* 317,37±25,56 260,55 185,34-383,39 229,61±12,54 213,80 157-294,54 254,00-611,00
Cd* 0,02±0,004 0,01 0,01-0,012 0,06±0,01 0,02 0,01-0,04 0,03-0,18
Co* 0,02±0,004 0,01 0,006-0,01 0,01±0,002 0,01 0,005-0,01 0,02-0,11
Cr* 0,39±0,03 0,28 0,22-0,45 0,48±0,04 0,40 0,28-0,59 0,26-0,70
Cu 9,64±0,25 9,50 7,91-10,97 9,22±0,26 8,83 7,59-10,64 8,00-12,00
Fe 19,65±3,18 14,05 10,34-19,05 15,44±1,01 12,90 9,59-20,28 13,00-27,00
Hg 0,39±0,04 0,30 0,23-0,44 0,33±0,003 0,28 0,17-0,42 -
I 0,52±0,11 0,30 0,30-0,44 0,58±0,09 0,30 0,30-0,39 -
K* 48,01±9,33 20,71 11,06-39,19 162,48±34,32 71,30 30,59-133,37 53,00-663,00
Li* 0,01±0,001 0,01 0,01-0,012 0,02±0,002 0,01 0,01-0,02 0,00-0,04
Mg* 33,02±4,68 23,74 16,40-34,23 21,32±1,22 20,78 13,33-26,56 18,00-56,00
Mn* 0,70±0,08 0,46 0,32-0,84 0,42±0,04 0,33 0,21-0,53 0,32-0,93
Na* 144,01±26,80 74,39 32,91-166,73 374,59±82,16 169,5 63,23-286,46 75,00-562,00
Ni 0,23±0,06 0,16 0,10-0,28 0,19±0,02 0,14 0,10-0,19 0,15-0,55
P 135,91±4,06 138,90 116,80-159,45 134,08±4,23 135,9 114,73-154,77 118,00-156,00
Pb* 0,26±0,08 0,13 0,10-0,21 0,88±0,24 0,34 0,21-0,81 0,76-2,73
Se 0,51±0,04 0,45 0,31-0,57 0,49±0,04 0,44 0,35-0,55 0,65-2,43
Si 50,12±8,27 35,19 18,53-50,87 34,85±5,44 24,98 14,05-38,18 10,00-27,00
Sn* 0,18±0,04 0,07 0,04-0,14 0,10±0,01 0,07 0,05-0,10 -
Zn 182,73±7,62 171,30 158-199,98 182,49±9,34 172,32 146,93-202,86 94,00-183,00
Примечание. Обозначения см. в тексте. Для элементов, помеченных «*», установлены достоверные половые различия при р < 0,05. Полужирным шрифтом отмечены медианы концентраций элементов, выходящие за пределы референтных значений. Прочерк означает отсутствие данных.
границы физиологического уровня, что позволяет отнести г. Магадан к экологически благополучному по содержанию ряда тяжелых металлов и их солей в объектах окружающей среды и пищевых продуктах.
С целью установления типичных диапазонов содержания эссенциальных элементов в волосах нами впервые были рассчитаны границы стандартных центильных интервалов для жителей г. Магадан 15-18 лет. В таблице представлены интервалы концентраций от 25-го до 75-го процентиля как соответствующие региональной физиологической норме. При сравнении наших данных с референтными значениями в аналогичной группе лиц [9] видно, что почти все интервальные показатели и средние концентрации элементов в Магадане меньше, кроме Zn и Si.
Поскольку химические элементы обладают широким спектром синергических и антагонистических взаимоотношений в организме, нами проведен анализ их корреляционных связей. В структуре корреляционных плеяд девушек выявлены 3 положительные сильные корреляционные связи: Cr/V (r = 0,84), Ca/Mn (r = 0,75), As/Co (r = 0,73), в то время как в группе юношей зафиксировано 6 таких взаимосвязей: Cr/V (r = 0,93), K/Na (r = 0,93), Co/Mg (r = 0,81), Na/Pb (r = 0,78), Cd/Se (r = 0,73), K/Pb (r = 0,73) при уровне достоверности р < 0,05. При этом значения коэффициентов детерминации у девушек варьировали от 0,53до 0,71 усл. ед., у юношей от 0,53 до 0,86 усл. ед., т.е. степень проявления взаимовлияний в элементной системе организма для указанных пар элементов у лиц обоего пола была значительной.
На основании числа корреляционных связей, суммы их коэффициентов и числа элементов, объединенных в плеяды, нами рассчитан показатель степени адаптированности (сбалансированности) системы. Оказалось, что в группе юношей показатель адаптированности составил 16, а в группе девушек - 4 усл. ед., что свидетельствует о более прочном состоянии элементной системы организма юношей даже на фоне постоянного дефицита биоэлементов. Меньшая степень адаптированности элементной системы у девушек может быть связана с активными физиологическими гормональными перестройками женского организма. Следует отметить, что в различные возрастные периоды степень адаптированности элементной системы организма жителей г. Магадан подвержена значительным вариациям [5, 6].
Заключение
Таким образом, у старших школьников обоего пола (15-18 лет), проживающих в г. Магадан, выявлены существенные нарушения минерального обмена и глубокий дефицит эссенциальных макро- и микроэлементов: Co, Ca, I, Mg, Cu (у 50-93% от числа обследованных лиц). В условиях Севера такого рода нарушения могут привести к снижению адаптационных резервов организма. При этом хронический дефицит основных биоэлементов в экстремальных северных условиях создает благодатную основу для развития дисфункций многих физиологических систем и широкого спектра патологий. В связи с этим в условиях Севера система диспансеризации должна включать контроль элементного состояния организма детей и подростков, что позволит своевременно оптимизировать питание и осуществлять раннюю коррекцию выявляемых нарушений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Сезонные колебания обеспеченности организма человека макро- и микроэлементами // Природные и социальные сферы как части окружающей среды и как объекты воздействий. М.: Янус-К, 2002. С. 489-495. (Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов; т. 3).
2. Баевский Р.М., Максимов А.Л., Берсенева А.П. Основы экологической валеологии человека. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2001. 267 с.
3. Баранов А.А. Состояние здоровья детей в Российской Федерации // Педиатрия. 2012. Т. 91, № 3. С. 9-14.
4. Гришина Т.Р., Сатарина Т.Е., Калачева А.Г., Громова О. А., Шиляев Р.Р., Золотова Е.А. Элементный статус подростков и молодых людей, проживающих на территории Ивановской области // Вестн. Иванов. мед. акад. 2012. Т. 17, № 1. С. 15-19.
5. Луговая Е.А., Атласова Е.М. Содержание биоэлементов в волосах детей дошкольного возраста г. Магадана // Фундаментальные исследования. 2012. № 9, ч. 4. С. 811-815.
6. Луговая Е.А., Атласова Е.М., Максимов А.Л. Элементный «портрет» детей 7-14 лет г. Магадана // Фундаментальные исследования. 2012. № 11, ч. 4. С. 846-850.
7. Мельников А. А., Савин А.А., Емельянова Л.В., Викулов А.Д. Устойчивость позы во время статического напряжения до и после субмаксимального аэробного велоэргометрического теста у спортсменов // Физиология человека. 2012. Т. 38, № 2. С. 66-72.
8. 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. № 4 (2). С. 5-10.
9. Скальный А.В. Референтные значения концентраций химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС / АНО Центр биотической медицины // Микроэлементы в медицине. 2003. № 4 (1). С. 55-56.
10. Скальный А.В. Установление границ допустимого содержания химических элементов в волосах детей с применением центильных шкал // Вестн. СПб. гос. мед. акад. им. И.И. Мечникова. 2002. № 1/2 (3). С. 62-65.
11. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. М.: Оникс 21 век, 2004. 215 с.
