CC BY
131
ВЕСТНИК ТГГПУ. 2008. №4(15)
УДК 616.3
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВОЛОСАХ ДЕВОЧЕК 16-17 ЛЕТ, ПРОЖИВАЮЩИХ И ОБУЧАЮЩИХСЯ В РАЙОНЕ Г.КАЗАНИ С РАЗВИТОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ
© Н.Б.Дикопольская, Э.Салахиева, Н.В.Святова, Ф.Г.Ситдиков
Микроэлементы играют важную роль в функционировании всех живых организмов. Избыток или недостаток в организме отдельных химических элементов или их соединений нередко приводит к возникновению патологических состояний. Особой патогенностью при этом отличаются тяжелые металлы - загрязнители среды обитания. Наиболее чувствительным контингентом к действию неблагоприятных факторов окружающей среды являются дети. Существует прямая зависимость роста заболевания детей от общего ухудшения экологической обстановки, которая приводит к изменению природного содержания микроэлементов. Микроэлементный статус человека напрямую зависит от состояния окружающей среды, продолжительности воздействия патологического фактора, а также реактивности организма. Необходимо постоянное осуществление эффективного контроля над уровнем содержания металлов в организме. С этой целью должно проводиться определение их в биологических средах организма.
Ключевые слова: химические элементы, микроэлементный статус человека, окружающая среда
В последнее время отмечается особенно быстрый рост парка автотранспорта. Для многих городов загрязнение воздуха выбросами отработанных газов является основной экологической проблемой, поскольку на их долю приходится до 60-90% общего объема выбросов. Экологическая обстановка в Казани в настоящее время является достаточно сложной, на автодорогах центра города при южном, западном и восточном ветрах отмечается превышение ПДК в приземном слое воздуха по ряду загрязняющих веществ. Наибольший объем транзитных транспортных потоков приходится на улицы Московская, Саид-Галеева, Декабристов, Тукая, Эсперанто, Татарстан, Павлюхина, Большая Крыловка, Поперечно-Базарная, Даурская, проспекты Ибрагимова, Амирхана, Кировскую и Ленинскую дамбы и т.д. [1].
Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат свыше 500 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в восемь групп. Первая группа включает свинец, его соединения и другие тяжелые металлы. В придорожном пространстве примерно 50% выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Ореолы загрязнения свинцом, цинком, никелем, хромом, медью и некоторыми другими тяжелыми металлами сопровождают все крупные транспортные магистрали, а
также центральные части городов с интенсивным движением транспорта. Содержание цинка и меди вблизи дорог в 5-7 раз превышает фоновую концентрацию [2].
Тяжелые металлы, поступающие в атмосферу от транспортных средств, находятся во взвешенном состоянии. Вместе с частицами пыли они попадают в легкие человека и кровь, где происходит накопление и усвоение до 50% их количества. В результате возникает нарушение работы кроветворных органов и центральной нервной системы. В то же время попадание тяжелых металлов в организм человека с пищей не приводит к их усвоению и накоплению, так как 95% металлов в этом случае выводится [2].
В настоящее время большое число исследований посвящено изучению микроэлементных аномалий техногенного характера [3, 4, 5]. Особенно выраженное отрицательное воздействие химических веществ оказывается на развивающийся детский организм, так данные литературы свидетельствуют, что абсорбция токсичных элементов протекает у детей более активно, чем у взрослых [6, 7].
Микроэлементный состав различных биосред (кровь, моча, волосы, ногти, зубы) во многом отражает суммарное поступление загрязняющих веществ в организм [4]. В группе этих индикаторных биосред считается, что элементный состав волос лучше других отражает воздействие на человека динамику накопления микроэлементов (прежде всего, свинца, кадмия, хрома и других тяжелых металлов) в условиях хронического техногенного загрязнения [8]. Уникальным свой-
ством волос является то, что они могут хранить данные о процессах метаболизма, в частности минерального обмена всего организма [9].
Несмотря на большое количество работ по тяжелым металлам, предметом дискуссии являются уровни накопления тяжелых металлов в биосредах детей, в частности волосах. Нет опубликованных данных о характере распределения концентраций тяжелых металлов в волосах детей в зависимости от степени загрязнения природной среды на территории их проживания.
Содержание микроэлементов в биосубстратах оценивается путем сопоставления с физиологическими, допустимыми и критическими уровнями. Допустимый уровень соответствует верхней границе физиологического содержания. Критический уровень содержания микроэлементов приводит к биохимическим изменениям в организме и выше допустимого уровня в 1,5-3 раза. В литературе имеются различные данные о содержании тяжелых металлов в волосах взрослых людей, так Т.Н.Мжельская, Э.Г.Ларский [9] приводят в своей публикации крайние границы концентраций микроэлементов в волосах взрослых людей: медь - 9,1-55,6 мкг/г; цинк - 80-228 мкг/г; никель - 0,19-4,21 мкг/г; свинец - 6,0-26,7 мкг/г; кадмий - 0,24-2,76 мкг/г. Другие исследователи приводят иные интервалы нормальных значений содержания микроэлементов в биосубстратах (волосах) человека: свинец - 0,1-5 мкг/г; цинк - 100-250 мкг/г; медь - 7,5-80 мкг/г; железо
- 5-50 мкг/г; кадмий - 0,05-0,25 мкг/г; стронций
- 0,5-5 мкг/г; никель - 0,1-2 мкг/г [4]. За допустимый уровень содержания свинца в волосах детей принимают величину 8-9 мкг/г, а критический уровень свинца в волосах равен 24 мкг/г. Исследователями установлены пороговые уровни свинца в волосах, соответствующие риску развития ряда заболеваний: для болезней органов дыхания - 4,2±1,3 мкг/г, для инфекционных заболеваний - 2,0±0,8 мкг/г; нервной системы -9,8±1,9 мкг/г. Из полученного следует, что содержание свинца в волосах детей до 9,8±1,9 мкг/г следует рассматривать как условие, а более 24,0±14,2 мкг/г как причину развития ряда заболеваний [10].
Установлено, что такие потенциально токсичные металлы, как медь и цинк, имеющие репутацию важных промышленных отходов, наряду с этим являются в определенных дозах жизненно необходимыми микроэлементами. Концентрация цинка ниже 110 мкг/г, меди ниже 7 мкг/г в волосах говорит о 2п и Си - недостаточности у детей [4].
Утверждают, что содержание цинка в волосах детей в пределах 118 мкг/г, меди - 6,91 мкг/г
не опасны для здоровья, однако, избыточное поступление меди в организм приводит к нарушению жизненно-важных функций [4]. Установлено, что низкие концентрации меди в волосах коррелируют с умственной отсталостью у детей [4]. Высокие концентрации меди с другими тяжелыми металлами в волосах детей сочетаются с плохой успеваемостью. Физиологическими антагонистами меди являются свинец и кадмий. Установлен антагонизм между цинком и медью, нарушение баланса этих элементов в организме влечет за собой сдвиги в обмене незаменимых жирных кислот [6].
Одним из аномальных состояний человека является - дефицит железа - важнейшего из жизненно необходимых микроэлементов, главная роль которого - обеспечение организма кислородом (96% железа находится в крови), участие во многих окислительно-восстановительных реакциях организма. Как дефицит, так и избыток железа отрицательно влияет на состояние здоровья человека.
Железодефицитной анемией (ЖДА) страдают до 40% детей. В формирующемся организме ребенка железодефицитная анемия проявляется в виде быстрой утомляемости, снижением концентрации внимания, ослаблением в первую очередь положительных психоэмоциональных реакций. У детей младшего школьного возраста перенесших анемию в раннем возрасте отмечаются существенные трудности с устным и письменным изложением мысли, а также повышенная возбудимость и неадекватные реакции поведения [4].
Исследователи утверждали, что содержание кадмия в волосах детей в пределах 4,2 мкг/г не опасны для здоровья [4]. Однако в РФ установлены допустимые уровни кадмия в волосах - 1 мкг/г. Кадмий является ингибитором активности целого ряда ферментов. Хроническое воздействие кадмия на человека вызывает нарушения почечной функции, легочную недостаточность, остеомаляцию, анемию и потерю обоняния. Существуют данные о канцерогенном, мутагенном, гонадо- и эмбриотоксическом эффектах кадмия, о его вероятном участии в развитии сердечнососудистых заболеваний, в частности гипертонии [11]. Кадмий оказывает выраженное влияние на обмен некоторых микроэлементов, в первую очередь цинка, меди, железа. Данное воздействие проявляется на уровне ферментативных процессов, всасывания, отложения и выделения элементов. Кадмиевое отравление в значительной степени зависит от его взаимодействия с цинком. При избытке кадмия происходит снижение в организме меди [6]. Перечисленные выше металлы в свою очередь снижают всасывание кадмия, чем
отчасти можно объяснить их защитный эффект при кадмиевом отравлении. Таким образом, данный физиологический антагонизм может иметь определенное практическое значение для предупреждения отравления кадмием в регионах, загрязненных кадмием.
Никель относится к числу условно-эссенци-альных микроэлементов. Однако никель, находясь в организме в повышенных концентрациях, проявляет себя уже как канцерогенный и токсичный элемент. Так, средние концентрации никеля в волосах часто болеющих детей составляют 0,44±0,06 мкг/г [4]. Токсический эффект никеля сопровождается снижением активности ряда металлоферментов, нарушением синтеза белка, РНК и ДНК. Никель, поступающий с атмосферным воздухом в высоких концентрациях, уменьшает жизнеспособность альвеолярных макрофагов, его накопление в легких и почках связывается с его канцерогенным потенциалом, так как известны случаи никелевого рака почек и легких. Экспериментально установлена эмбриотоксичность никеля [6].
Методика
Для наших исследований была сформирована качественно однородная группа девочек 16-17 лет, для этого применялся метод анкетирования. Использовались анкеты разработанные Институтов возрастной физиологии РАО. В группу обследуемых включались дети 1 и 2 групп здоровья. Все дети должны были иметь примерно одинаковые жилищно-бытовые условия. Обязательным условием при отборе детей было наличие хорошей психологической атмосферы в семье. Нами также учитывалось социальное положение родителей.
Определение микроэлементов в волосах проводилось методом спектрального анализа в испытательной лаборатории аккредитованной в Федеральном центре Госсанэпиднадзора при МЗ РФ, на базе АНО Центр биотической медицины (Москва).
Было исследовано содержание 25 микроэлементов, из них 11 - условно-эсенциальные и токсичные: алюминий (А1), мышьяк(Л8), 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
По данным наших исследований установленные концентрации таких элементов как: алюминий (6,783±0,75 мкг/г), мышьяк (0,0472±0,017 мкг/г), бор (0,5101±0,045 мкг/г), бериллий (0,0025±0,00017 мкг/г), литий (0,0132±0,0019 мкг/г), кадмий (0,0172±0,0044 мкг/г), никель (0,2383±0,022 мкг/г), свинец (0,2073±0,029 мкг/г), олово (0,0853±0,024 мкг/г), ванадий (0,021±0,0027 мкг/г), ртуть (0,2146±0,039 мкг/г), калий (37,098±8,207 мкг/г), фосфор
(150,37±4,136 мкг/г), магний (106,926±12,25 мкг/г), марганец (0,7371±0,153 мкг/г), натрий (71,837±13,45 мкг/г), кальций (1368,57±221,468 мкг/г) и медь (9,932±0,644 мкг/г) соответствуют значениям границ биологически допустимого уровня.
В волосах девочек 16-17 лет, проживающих в районе с развитой транспортной сетью, было выявлено повышенное содержание кремния (52,153±19,328 мкг/г), одного из наиболее распространенных в земной коре химических элементов, однако в обычных условиях он усваивается организмом в очень малых количествах. Играет важную роль как структурный компонент соединительной ткани. Повышенное содержание кремния в волосах (дисбаланс) может указывать на умеренные нарушения водно-солевого обмена со склонностью к мочекаменной болезни, остеохондрозу, артрозам, болезням почек, волос, ногтей, бронхов и легких. Встречается у лиц проживающих в местностях с избытком соединений кремния в воде и в воздухе.
Нами также было выявлено повышенное содержание цинка (262,12±41,999 мкг/г) в волосах девочек. Цинк относится к важнейшим микроэлементам. Он участвует в регуляции активности более чем 200 ферментных систем и поэтому влияет на очень многие функции человеческого организма. Важнейшими из этих функций являются участие в регуляции деления клеток, Т-клеточного иммунитета, синтеза пищеварительных ферментов и инсулина поджелудочной железой, белков - печенью, полового гормона тестостерона, роста волос, ногтей и регенерации кожи, образования белков памяти в ЦНС, переработке алкоголя и др. Повышенная концентрация в волосах цинка свидетельствует обычно не об его избыточном поступлении, а о нарушении обмена, приводящему к потере цинка (то есть отражает усиленное выведение цинка из организма). Этот процесс проявляется в виде "напряжения" иммунитета, нарушении состояния кожи, волос, ногтей, поджелудочной железы, может отражаться на росте и развитии, половом
созревании (у мальчиков), могут отмечаться аутоиммунные реакции.
Нами установлена пониженная концентрация кобальта (0,0124±0,0015 мкг/г) в волосах девочек 16-17 лет, проживающих в районе с развитой транспортной сетью. Кобальт - один из важнейших микроэлементов, необходимый в первую очередь для нормального кроветворения (как составная часть витамина В12), а также для активации многих ферментов, деятельности ЦНС, регуляции функций вегетативной нервной системы, щитовидной железы, деления клеток. Йод, белковая пища, марганец, медь, никель могут усиливать усвоение кобальта, а натрий - замедлять. Дефицит кобальта часто встречается у вегетарианцев, лиц с пониженной кислотностью желудочного сока и недостаточной функцией поджелудочной железы. При дефиците кобальта в организме могут развиваться анемия (малокровие), общая слабость, утомляемость, снижение чувствительности, усиливаться проявления дисфункции вегетативной нервной системы, перебои в работе сердца; медленнее происходит выздоровление после хронических заболеваний, у детей замедляется развитие.
В проведенных исследованиях было установлено пониженное содержание хрома (0,2103±0,035 мкг/г), элемента который 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 у детей ведет к снижению толерантности к глюкозе (риск развития сахарного диабета), нарушению белкового обмена (может развиваться дефицит белка), может усиливать утомляемость, появление беспокойства, бессонницы, головных болей, способствовать увеличению веса, повышению уровня холестерина в крови, развитию ишемической болезни сердца.
В волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в районе с развитой транспортной сетью, также было выявлено пониженное содержание железа (8,591±0,682 мкг/г). Железодефицитное состояние обычно проявляется у детей в виде анемии (железо-дефицитной), головокружения и головных болей, слабости, повышенной утомляемости, нарушения концентрации внимания (отвлекаемость на уроках и проч.), снижения памяти, бледности кожных покровов, повышенной склонности к простудным и инфекционным заболеваниям, ломкости ногтей и костей, шумов в сердце, извращений вкуса, воспалительных и атрофических изменений слизистой рта, носа, иммунодефицитных состояний; возможна за-
держка темпов развития и полового созревания (особенно у девочек). Причинами дефицита железа являются: неадекватное питание (например, вегетарианство, недоедание, низкое потребление витаминов, в частности С, и избыточное потребление фосфатов и др.), кровопотери (операции), гормональные нарушения (дисфункция щитовидной железы), глистная инвазия, отравления (например, свинцом, ртутью), поступление железосвязывающих веществ (комплексонов) извне (медикаменты, в т.ч. препараты фтора, антациды) и их образование в организме при ряде заболеваний (опухоли, ревматизм, гастрит с пониженной кислотообразующей функцией, дисбактериоз).
В волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в районе с развитой транспортной сетью, также было выявлено пониженное содержание селена (0,3527±0,029 мкг/г), жизненно важного ультрамикроэлемента, который стимулирует процессы обмена веществ, является мощным иммуностимулирующим, антиоксидантным и антиканцерогенным агентом, обладающим широким спектром воздействия на наш организм. Уровень селена в волосах достоверно коррелирует с концентрацией этого элемента в сыворотке и клетках крови, печени, сердечной мышце, активностью фермента глютатионпероксидазы (ГПО), стоящего на страже мембран наших клеток от повреждений свободными радикалами. Недостаточность селена чаще всего проявляется в виде заболеваний кожи, волос, ногтей, иммунодефи-цитных состояний, воспалительных заболеваний суставов, аллергозов, снижения белоксинтези-рующей и дезинтоксикационной функций печени, дистрофических изменений в миокарде и мышцах в целом. Недостаточность селена может также отразиться на синтезе гормонов щитовидной железы, склонности к новообразованиям, катаракте, снижению остроты зрения, регенерации поврежденных тканей. Причиной дефицита селена чаще всего являются перенесенные заболевания печени, интоксикации (органические вещества, металлы, мышьяк и др.). При недостатке селена в организме усиленно накапливаются мышьяк, кадмий и ртуть. В свою очередь, мышьяк, кадмий и ртуть усугубляют дефицит селена в организме. Обмен селена в организме тесно связан с обменными процессами витаминов Е, С, А и каротиноидами.
Установленное содержание йода, в волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в районе с развитой транспортной сетью, находится на нижней границе биологически допустимого уровня (0,4202±0,111 мкг/г). Йод - элемент, который является жизненно-важным, он не генотоксический элемент, обладающий высокой
физиологической активностью, является обязательным структурным компонентом тиреотроп-ного гормона и тиреоидных гормонов щитовидной железы. К числу основных функций йода в организме относятся: участие в регуляции скорости биохимических реакций в организме; участие в регуляции обмена энергии, температуры тела; участие в регуляции белкового, жирового, водноэлектролитного обмена, регуляция обмена некоторых витаминов; индукция повышения потребления кислорода тканями. Основной причиной снижения содержания йода в организме является недостаточный уровень этого элемента (10 мкг/день и менее) в пище и воде. Это, в свою очередь, приводит к развитию йододефицитных состояний и заболеваний (эндемический зоб, гипотиреоз, дистериоз, кретинизм и др.), сопровождающихся многообразными функциональными и структурными нарушениями. Для устранения дисбаланса йода в организме в рацион питания могут быть включены продукты богатые йодом.
Заключение
Исследование условно-эсенциальных и токсичных микроэлементов в волосах девочек 16-17 лет, проживающих и обучающихся в районе городе Казани с развитой автотранспортной сетью, показало, что их содержание находится в пределах биологически допустимого уровня. Тогда как приведенные данные о содержании жизненно необходимых микроэлементов, свидетельствуют о неотложной необходимости организации и проведения оздоровительных мероприятий, которые позволят выровнять показатели элементного статуса детей. Следует особо отметить, что выявленная степень выраженности микроэлементов не может быть полностью скорректирована только за счет продуктов питания, для этого необходимо проведение работ по нескольким направлениям: пополнение рациона питания
продуктами, содержащими в повышенных концентрациях дефицитные в организме вещества с добавлением витаминно-минеральных препаратов; элиминация обнаруженных токсичных элементов, как с использованием продуктов, так и специальных препаратов - сорбентов; нормализация кишечной микрофлоры которая позволит
более эффективно включать в обменные процессы поступающие с пищевыми продуктами основные питательные вещества, витамины и микроэлементы.
1. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и охраны окружающей среды РТ в 2002 году. - Казань, 2004.
2. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно -транспортная экология. - М.: Высш.шк., 2003. -С.21-215.
3. Похачевский А.Л., Пальмина Л.С., Похачев-
ская Э.В. Исследовательское направление - мик-роэлементный пейзаж // Тез. Всерос. научно-практ. конф. "Безоп. жизн. - проф. XXI века". -СПб., 2002. - С.131.
4. Скальный А.В., Яцык Г.В., Одинаева Н.Д. Мик-роэлементозы у детей: распространенность и пути коррекции. - М., 2002. - 86 с.
5. Павлова Г.А., Биктемирова Р.Г., Святова Н.В., Дикопольская Н.Б. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье младшего школьного возраста // Матер. Всерос. конф. "Достижения биологической функциологии и их место в практике образования". - Самара, 2003. - С.176.
6. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Стручкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.
7. Вендланд Г.И. Нарушение обмена цинка у подростков: Автор. ... канд. дис. - М., 1993. - 24 с.
8. 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.
9. 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.
10. Антонов В.Б. Антропогенные экологические болезни // Клиническая медицина. - 1993. - Т.71. -№3. - С.15-19.
11. Надеенко В.Г., Сайченко С.П. Эмбриотоксиче-ский и мутагенный эффект как критерий при регламентировании металлов в окружающей среде // Актуальные проблемы гигиенического регламентирования химических факторов в объектах окружающей среды. - Пермь, 1989. - С.128-130.
THE ANALYSIS OF THE CONTENTS OF THE CHEMICALS IN THE HAIR OF GIRLS OF 16-17-YEARS OLD WHO LIVE AND STUDY IN THE DISTRICTS OF KAZAN WITH THE DEVELOPED TRANSPORT SYSTEM
N.B.Dickoposkaya, E.Salakhieva, N.V.Svyatova, F.G.Sitdikov
Microelements play a very important part in the functioning of all living organisms. Their excess or deficit leads to pathologies. Heavy metals as a cause of environmental pollution have special pathogenicity. Children are especially sensitive to the negative factors of the environment. There is a direct dependence of the increase of the level of children’s diseases on the worsening of the ecological conditions which leads to the changes of the natural contents of microelements. The level of microelements depends on the environment, duration of pathological influence and reactivity of an organism. The regular and effective control of the contents of metals in an organism is necessary. To measure it we need to study biological factors of an organism.
Key words: chemicals, micro elemental status of a man, environment
Дикопольская Наталья Борисовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Салахиева Эльвира - студентка естественно-географического факультета Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
Святова Наталья Владимировна - кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета Ситдиков Фарит Габдулхакович - доктор биологических наук, заведующий кафедрой анатомии и физиологии Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета
E-mail: [email protected]
