CC BY
30ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ СТАТУС МИКРОЭЛЕМЕНТОВ У ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА, ПРОЖИВАЮщИХ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ХМАО-ЮГРЫ
Чиглинцев В.М.1, Привалова А.Г.1
'ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет», г. Нижневартовск, Российская Федерация 2ФГБОУ ВПО «Сургутский государственный педагогический университет», г. Сургут, Российская Федерация
Сегодня северные территории выделяют в особую зону, требующую пристального внимания, так как имеющий тенденцию к резкому увеличению с возрастом удельный вес хронических болезней детей крайнего Севера, как из числа коренного населения, так и из некоренного. Условия Севера создают для растущего организма дополнительные сложности. В этой связи проблема ухудшения здоровья детей, проживающих в северных регионах, является особо сложной и актуальной.
Ключевые слова: микроэлементный статус; дети коренной и некоренной национальности; северный регион.
PHYSIOLOGICAL STATUS OF MICROELEMENTS IN CHILDREN OF SCHOOL AGE LIVING IN THE CLIMATIC CONDITIONS OF THE KHANTY-MANSIYSK AUTONOMOUS DISTRICT-YUGRA
Chiglintsev V.M.1, Privalova A.G.2
'Nizhnevartovsk State University, Nizhnevartovsk, Russian Federation 2Surgut State Pedagogical University, Surgut, Russian Federation
Today, the northern territories allocate a special area that requires attention, as tending to a sharp increase with age, the proportion of chronic diseas-
es of children of the Far North, as the indigenous and non-indigenous. Terms of North creates for the growing organism added complexity. In this context, the problem of deterioration in the health of children living in the northern regions, is particularly complex and challenging
Keywords: trace element status; Indigenous children and non-indigenous; Northern region.
Введение
Актуальность работы обусловлена тем, что в последние два десятилетия рациональному питанию населения посвящено много работ, как в нашей стране, так и за рубежом [2, с. 573; 5, с. 7; 7, с. 177]. Проблема сохранения здоровья населения на Севере, особенно в местах организации крупных промышленных комплексов с высоким уровнем загрязнения окружающей среды, крайне актуальна [6, с. 290]. Следствием этого - большинство хронических заболеваний человека берут свои истоки в детском и подростковом возрасте.
Развитие большинства заболеваний, так или иначе, связано с факторами окружающей среды, «набор» которых для Севера России хорошо известен. Это низкая температура среды, фотопериодичность, перепады атмосферного давления и др. Их неблагоприятное воздействие на организм может привести к развитию сдвигов в его основных физиологических системах и формированию патологии у человека.
В современной литературе существенно повысился интерес к изучению веществ, не являющихся лекарственными средствами, но необходимых для поддержания на адекватном уровне обменных процессов и гомеостаза. К таким веществам относятся в первую очередь витамины и микроэлементы.
Хронический недостаток микронутриентов и других биологически активных соединений связан как с низким уровнем их потребления, переходом к рафинированной, консервированной и термически обработанной пище, богатой углеводами и жирами, бедной витаминами и минеральными веществами, так и высоким расходованием в условиях хронического экологического стресса.
Таким образом, недостаточность сведений о взаимосвязи показателей микронутриентного статуса детей, проживающих в северном регионе РФ, определяет значимость выбранного научного направления.
Целью исследования явился анализ микроэлементного статуса детей коренного и некоренного населения, проживающих в северном регионе.
Материалы и методы исследования
Для решения поставленной цели и задач было проведено комплексное изучение микронутриентного статуса организма школьников коренного населения и некоренного населения в возрасте от 7 до 17 лет. Всего было обследовано 150 школьников коренного населения (ханты) и 150 - некоренного населения, проживающих в климатических условиях ХМАО-Югры.
Исследования проводились на базе общеобразовательных учреждений (школы-интернаты для детей малочисленных народов Севера: п. Ля-мино, д. Русскинские, СОШ: п. Белый Яр, п. Сайгатино), расположенных на территории Сургутского района.
Согласно современным представлениям, элементный состав волос лучше других биоиндикаторных сред отражает воздействие на человека, как повышенных концентраций комплекса химических элементов, так и обеспечение физиологических потребностей в них, поэтому за основу метода был принят анализ волос человека.
Волосы человека, как никакой другой биологический субстрат, отражают процессы, годами протекающие в нашем организме, и поэтому могут служить средством диагностики ряда заболеваний, связанных с нарушениями элементного обмена. Также волосы человека хранят интегральную информацию о минеральном обмене всего организма за период времени своего роста. Проведение элементного анализа волос позволяет с высокой степенью надежности выделить группы риска по гипер- и гипоэлементозам для их дальнейшего углубленного изучения и своевременно принять меры профилактического характера, которые способны восстановить нарушения гомеостаза элементов и связанных с ним биохимических и физиологических функций организма.
С этой целью образцы волос отбирали с 3-5 участков затылочной части головы, ближе к шее, помещали их в специальные пакеты, затем в конверты с идентификационными записями.
Аналитические исследования выполняли в испытательной лаборатории АНО «Центр Биотической медицины» (г. Москва), аккредитованной при ФЦ ГСНЭ (аттестат аккредитации ГСНЭ^и. ЦОА. 311, регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU. 0001.513118 от 28 мая 2003 г.) по стандартной методике в соответствии с требованиями МАГАТЭ, методическими рекомендациями МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ.
В волосах всех обследованных лиц определяли содержание трех химических элементов (Ca, J, Se) методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой согласно МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03 «Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой», утвержденной Минздравом РФ в 2003 г.
В рамках теории хаоса и синергетики (ТХС) и с использованием компьютерных технологий нами был выполнен анализ динамики поведения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) для микроэлементного статуса коренного и некоренного населения Югры в m-мерном пространстве состояний [1, с. 173; 4]. В данной работе использовалось программное обеспечение NeuroPro 0.25, разработанное специально для работы с искусственными нейронными сетями [3, с. 9].
Результаты и обсуждения
Полученные результаты статистической обработки данных измерений микроэлементного статуса некоренного населения показывают, что не все показатели соответствуют нормальному распределению (р>0.05): Са (у девочек среднего и старшего возраста и у мальчиков младшего возраста), I (у мальчиков младшего и среднего возраста), а также Se (у мальчиков младшего и старшего возраста). Остальные показатели соответству-
ют нормальному распределению. (р>0.05). Это показывает, что данные являются непараметрическими.
Из таблицы 1, 2 мы видим, что по критерию Краскела-Уоллиса (Kruskal-Wallis test) три возрастные группы детей коренного и некоренного населения Югры различимы (при р<0,017) с высоким достигнутым уровнем критической значимости при р=0,0001 и не принадлежат одной генеральной совокупности, по микроэлементам Ca, Se.
Таблица 1.
Результаты сравнения параметров микроэлементного статуса девочек коренного и некоренного населения с помощью критерия Краскела-Уоллиса (Kruskal-Wallis test) (с допустимым уровнем значимостир<0,017)
Микроэлементы Сумма рангов H P Население
мл ср стар
Ca 3430 1615,5 1697 52,65 ,0000 ханты
1498 1637 2368,5 пришлое
I 1988,5 2025,5 2079,5 15,99 ,0069 ханты
2772,5 1866,5 1513,5 пришлое
Se 1597,5 3052,5 2741 51,16 ,0000 ханты
1105 2065 1685 пришлое
Таблица 2.
Результаты сравнения параметров микроэлементного статуса мальчиков коренного и некоренного населения с помощью критерия Краскела-Уоллиса (Kruskal-Wallis test) (с допустимым уровнем значимостир<0,017)
Витамины Сумма рангов H P Население
мл ср стар
Ca 3257 2491 2075 50,49 ,0000 ханты
1596 1488 1339 пришлое
I 1760 1478,5 2202,5 15,69 ,0078 ханты
2448 2500 1857 пришлое
Se 2495 2712,5 3241 81,33 ,0000 ханты
1740,5 835 1222 пришлое
Содержание микроэлемента Са у девочек некоренного населения Югры с возрастом увеличивается, в то время как у детей коренного на-
селения Югры концентрация микроэлемента Са не имеет выраженной динамики. Пик содержания микроэлемента Са у детей коренного населения Югры приходится на младший возраст (у девочек - 418.98 мкг/г, у мальчиков - 402.53 мкг/г).
У детей коренного населения в подавляющем большинстве содержание кальция находилось в пределах физиологических значений. Также было установлено, что у школьников обоего пола (младший возраст) и у мальчиков среднего возраста имел место выраженный дефицит йода, который был присущ почти половине обследованных лиц. Концентрация селена во всех возрастных группах не выходила за пределы физиологических величин. Отметим, что у детей коренного населения Югры количество селена в организме в 1.2 раза выше, чем у детей некоренного населения Югры.
Принимая во внимание полученные в ходе обследования учащихся некоренной национальности данные, можно сделать заключение, что в рационе питания учащихся присутствовало оптимальное количество Ca за исключением микронутриентов йода и селена. У детей некоренного населения Югры концентрация микроэлемента Са достигает максимума в группе девочек старшего возраста - 367.41 мкг/г, а у мальчиков в среднем возрасте 274.47 мкг/г.
Содержание йода в организме девочек некоренного населения Югры только в средней и старшей возрастной группе было ниже допустимого уровня (0,61 мкг/г и 0,54 мкг/г соответственно).
Наибольшая концентрация селена наблюдается в средней возрастной группе девочек некоренного (0.84 мкг/г) и коренного (1.01 мкг/г) населения Югры (при р>0.001). Содержание селена в организме детей некоренного населения находится ниже биологически-допустимого уровня в следующих группах: 0,56 мкг/г - у девочек младшего возраста, 0,45 мкг/г - у мальчиков среднего возраста и 0,54 мкг/г - у мальчиков старшего возраста.
Достоверность межгрупповых различий определяли с использованием критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney U test). Пороговое значение статистической значимости принималось равное 0,05. По данному кри-
терию между группами девочек коренного и некоренного населения существуют различия (при р<0.05), кроме девочек младшего возраста по микроэлементу Se (0,057 мкг/г при р<0.05), девочек среднего возраста по микроэлементам Са, I (0,69 мкг/г, 0,66 мкг/г при р<0.05) и девочек старшего возраста по микроэлементу I (0,14 мкг/г при р<0.05) (Табл. 3). А между группами мальчиков коренного и некоренного населения существуют различия (при р<0.05), кроме мальчиков среднего возраста по микроэлементу йод (0,34 мкг/г при р<0.05) (Табл. 4).
Таблица 3.
Результаты попарного сравнения содержания микроэлементов у девочек коренного и некоренного населения с помощью критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney U test) (р<0.05)
Микроэлементы U Z P
Девочки младшии возраст Са 68 4,94 0,000001
I 189,5 -2,72 0,0066
Se 234 1,9 0,057
Девочки среднии возраст Са 316 0,4 0,69
I 314 0,44 0,66
Se 164,5 3,18 0,0015
Девочки старшии возраст Са 198,5 -2,55 0,011
I 257 1,48 0,14
Se 158,5 3,29 0,001
Примечание: Наименьшая из двух сумм (независимо от знака) используется для расчета величины Z, по которой рассчитывается уровень значимости критерия; р - достигнутый уровень значимости при попарном сравнении с помощью критерия Манна-Уитни (с измененным критическим уровнем значимости принятым равным р<0,05).
В настоящей работе использовалась нейро-ЭВМ для идентификации значимости содержания микроэлементов в организме детей коренного и некоренного населения Югры координат. На вход НЭВМ предъявлялись две обучающие выборки в виде набора признаков (в общем случае в трехмерном фазовом пространстве состояний - ФПС) х. (/ = 1,...,3) для двух групп испытуемых. Были выбраны микроэлементы Са, I и Se. Особенность нашей настройки: число итераций (повторов идентификации)
p брали в трёх диапазонах (р<100, р< 103, р< 104), но при каждому-м цикле значения w¡0 задавались из равномерного закона распределения в интервале (0, 1).
Таблица 4.
Результаты попарного сравнения содержания микроэлементов у мальчиков коренного и некоренного населения с помощью критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney U test) (р<0.05)
Микроэлементы U Z P
Мальчики младшии возраст Са 93 4,48 0,000007
I 212,5 -2,29 0,022
Se 179 2,91 0,004
Мальчики среднии возраст Са 152 3,4 0,0007
I 178,5 -2,92 0,0035
Se 47,5 5,32 0,00
Мальчики старшии возраст Са 188 2,75 0,006
I 285,5 0,96 0,34
Se 32 5,6 0,00
Примечание: Наименьшая из двух сумм (независимо от знака) используется для расчета величины Z, по которой рассчитывается уровень значимости критерия; р - достигнутый уровень значимости при попарном сравнении с помощью критерия Манна-Уитни (с измененным критическим уровнем значимости принятым равным р<0,05).
Динамика изменения весовых коэффициентов трех параметров порядка нейроэмулятором микроэлементной обеспеченности организма девочек старшего возраста коренного и некоренного населения Югры колеблется в среднем от 59,16 у.е. до 100 у.е., т.е. наблюдается сильная вариация диагностических признаков. При р=50 интервал из вариаций усредненных значений < Аw¡ > изменяется в пределах от ^=2,87 до ^3=4,82 (Табл. 5).
При переходе от р=100 и р=1000 резко (на порядок) уменьшаются. Например, для <^ > - микроэлемента Se мы имеем для р=100 А<^1> = 1,4, а для р=1000 А<А^1> = 1,172. Такое резкое снижение отклонений в величинах средних весов показывает сходимость весов признаков при р^-да и нарастании числа повтором настройки нейронной сети. Наиболее значи-
мым микроэлементом в организме детей коренного и некоренного населения Югры является йод, вторым по значимости микроэлементом является селен (Табл. 6).
Таблица 5.
Усредненные значения отдельных координат весов признаков ж вектора состояния системы при идентификации параметров порядка нейроэмулятором после р>1000 итераций (настроек ЭВМ) в режиме бинарной классификации
у девочек старшего возраста коренного и пришлого населения
Нейросети с р<1000=10*100
Расчеты итераций Средние значения весов признаков <ж>
по выборкам (N>1000) для координат вектора состояния системы х .
Са I
р=1000 j=(1000,...,2000) 69,811 100 61,123
р=100 ^=(1.....100) 68,55 100 60,48
р=100 j=(100,...,200) 67,91 100 60,04
р=100 j=(200,...,300) 71,42 100 60,61
р=100 j=(300,...,400) 69,68 100 60,31
р=100 j=(400,...,500) 69,83 100 60,85
р=100 j=(500,...,600) 71,16 100 63,21
р=100 j=(600,...,700) 70,08 100 63,98
р=100 j=(700,...,800) 70,92 100 62,29
р=100 j=(800,...,900) 69,65 100 60,3
р=100 j=(900,...,1000) 68,91 100 59,16
Вариационный размах средних значений Д<^> 2,87 0 4,82
Таблица 6.
Усредненные значения отдельных координат весов признаков ж вектора состояния системы при идентификации параметров порядка нейроэмулятором после р>5000 итераций (настроек ЭВМ) в режиме бинарной классификации
у девочек старшего возраста коренного и пришлого населения
Нейросети с р<5000=5*1000
Расчеты итераций по выборкам (N>1000) Средние значения весов признаков <ж> для координат вектора состояния системы х.
Са I
р=5000 ]=(1,...,5000) 70,012 100 60,8436
р=1000 ]=(1,...,1000) 69,811 100 61,123
р=1000 ]=(1000,...,2000) 69,873 100 60,924
р=1000 ]=(2000,...,3000) 69,792 100 61,426
р=1000 ]=(3000,...,4000) 69,935 100 60,491
р=1000 ]=(4000,...,5000) 70,649 100 60,254
Вариационный размах средних значений Д<ж> 0,857 0 1,172
Таким образом, метод нейро-ЭВМ позволил не только разделить группы, т.е. показать, что две выборки не принадлежат одной генеральной совокупности (причем с позиций стохастики различия в данных группах не установлены), но и выделить значимые параметры порядка.
Нейроэмуляторы нецелесообразно использовать для решения задачи выбора параметров порядка (главных диагностических признаков х.) при анализе компонент вектора состояния экологической системы, если процедура идентификации производится однократно. Точность идентификации параметров порядка на базе нейросетевых технологий возрастает с ростом числа итераций.
Выводы
1. Сравнительный анализ содержания микроэлементов у детей коренного и некоренного населения Югры с позиции стохастического подхода показал, что в обеих этнических группах содержание йода в организме учащихся находилось на минимальном уровне, в то время как другие химические элементы, такие как Са и Se были в пределах оптимальных значений.
2. Используя методы теории хаоса-самоорганизации выявили закономерности изменения количества микроэлементов у детей коренного и некоренного населения Югры в зависимости от возраста и этнической принадлежности. Объемы квазиаттракторов у коренного населения по показателям микроэлементов (Са, I, Se) с возрастом увеличиваются (от 45.28 у.е. до 277.84 у.е.), а у некоренного населения с возрастом уменьшаются (от 347.41 у.е. до 76.25 у.е.). Увеличение значения объемов квазиаттракторов ВСОЧ для коренного населения свидетельствует о том, что некоторые испытуемые находятся на грани нормы и патологии, вследствие изменения традиционного рациона питания.
3. Метод нейро-ЭВМ позволил установить различия по содержанию микроэлементов у детей коренного и некоренного населения Югры с помощью нейро-ЭВМ. Нейроэмулятор не только разделил группы, продемонстрировав, что две выборки не принадлежат одной генеральной совокупности (причем с позиции стохастики различия в группах мальчиков младшего возраста и девочек старшего возраста не установлены), но и выделил значимые параметры порядка. Точность идентификации параметров порядка на базе нейросетевых технологий возрастает с ростом числа итераций.
4. Наиболее значимыми микроэлементами, участвующие в формировании детско-юношеского населения Югры являются микроэлементы I, Se.
Список литературы
1. Брагинский М.Я. Системный анализ, уравнение и обработка информации в биологии и медицине. Часть IX. Биоинформатика в изучении физиологических функций жителей Югры / М.Я. Брагинский, И.В. Буров. Самара: ООО «Офорт», 2011. С. 173.
2. Буганов А.А. Здоровье населения Ямало-Ненецкого автономного округа: состояние и перспективы. Надым-Омск, 2006. С. 567-643.
3. Еськов В.М., Еськов В.В., Филатова Д.Ю., Нехайчик С.В. Новый метод использования нейроэмуляторов в психофизиологии // Вестник новых медицинских технологий. 2014. Т. 21. № 3. С. 7-12.
4. Еськов В.М., Брагинский М.Я., Русак С.Н., Устименко А.А., Добрынин Ю.В. Программа идентификации параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2006613212 от 13 сентября 2006 г РОСПАТЕНТ. Москва, 2006.
5. Нифонтова О.Л. Эколого-физиологический портрет коренного населения ХМАО - Югры / О.Л. Нифонтова, В.И. Корчин, С.В. Власова, Т.Я. Корчи-на и др. Ханты-Мансийск: Изд-во Юграфика, 2012. С. 6-15.
6. Привалова А.Г. Сравнительный системный анализ функционального и биохимического статуса детей коренной и некоренной национальности, проживающих в Югре / Автореферат дис. ...канд. биологических наук. Сургут, 2008. 27 с.
7. Фролова О.О., Шакула А.В. Патогенные изменения элементного статуса человека в условиях комплексного воздействия производственной среды // Вестник ОГУ 2006. № 12. С. 289-293.
8. Coroli S., Senofonte O., Violante N. Assessment of reference values for elements i hair of urban normal subjects // Microchem. Y.,1992. Vol.46. N 2, рр. 174-183.
