CC BY
35
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВЫ ЗДОРОВЬЯ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС НАСЕЛЕНИЯ
□
□
УДК 616-092 (571.56)
П.Г. Петрова, Н.В. Борисова, Г.А. Егорова
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВЫ ЗДОРОВЬЯ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС НАСЕЛЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
В результате исследования установлено, что значения напряжения углекислого газа в капиллярной крови у обследуемых ниже зимой, а уровень С02 в атмосферном воздухе - летом. Выявлено, что частота сердечных сокращений и минутный объем дыхания у обследуемых достоверно выше зимой, а частота дыхания и минутный объем кровообращения - летом (р<0,05). На репрезентативной выборке проведено скрининг-диагностическое исследование макро- и микроэлементов у взрослого и детского населения Республики Саха (Якутия).
Адаптация человека к природно-климатическим факторам характеризуется напряжением регуляторных механизмов и проявляется, в частности, изменениями структуры биологических ритмов различных функциональных систем организма. Закономерные, регулярно повторяющиеся изменения условий среды (сезонные колебания уровня освещенности, температуры и влажности воздуха, геомагнитного поля и др.) обусловливают способность организма к «предупредительному реагированию». В условиях высоких широт сезонные изменения окружающей среды оказывают значительное влияние на динамику физиологических, биохимических и иммунологических процессов. Тем самым осуществляется модулирующее влияние сезонных изменений условий среды на функциональное состояние, уровень физической работоспособности, состояние адаптационных возможностей и резистентности организма [1].
В настоящее время отрицательные факторы антропогенного воздействия, включая избыточное поступление тяжелых металлов, дефицит жизненно важных химических элементов и неблагоприятные климатогеографические условия проживания значительной части населения России, способствуют снижению здоровья на индивидуальном и популяционном уровнях, а в некоторых регионах -нарастанию процессов депопуляции [2]. Отклонения поступления в организм макро- и микроэлементов, нарушение их соотношений в рационе питания непосредственно сказываются на деятельность организма и могут влиять на его сопротивляемость, а, следовательно, и способность к адаптации.
Проблема распространенности дисбалансов макро- и микроэлементов в различных регионах Российской Федерации, в том числе
в Республике Саха (Якутия), до настоящего времени остается малоизученной. Практически не затронуты такие аспекты проблемы, как взаимосвязи ме^ду особенностями элементного статуса жителей и заболеваемостью населения Республики Саха (Якутия), особенно в сельской местности.
Цель наших исследований - изучениие эколого-физио-логических особенностей характеристик функциональных резервов организма и их связи с элементным статусом и здоровьем населения Республики Саха (Якутия). Были проведены 2 серии.
Общая характеристика, объем и методы исследования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Общая характеристика, объем и методы исследования
Методы исследования Кол-во обследованных человек Изучаемые показатели
Антропометрия 296 Рост, масса тела, ИМТ, индекс Рорера
Исследование параметров КОС крови 296 pH, рС02, р02, НСО3-, АВ, ВЕ, БВ, БаЮ2, НЪ
Компьютерная спирометрия 296 ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ЧД, ДО, МОД, МОС75, МОС50, МОС25
Вариационная пульсометрия 296 ЧСС, УО, МОК, Мо, АМо, АХ, ИН, ИВР, ВПР, ПАРП, ДВ, МВЬ МВ2, ИЦ
Измерение АД 296 САД, ДАД, ПАД, СДД, ОПСС, ДП, ВИК
Элементный анализ биосубстратов с использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП) 1858 А1, Д8, Са, Са, Со, Сг, Си, Ре, К, М§, Мп, Ка, N1, Р, РЪ, Бе, Б1, Бп, Т1, V, 7п,
В первой серии проводилось исследование сезонной динамики показателей кардиореспираторной системы у 296 коренных жителей мужского пола Центральной зоны в возрасте от 18-23 лет. Все обследованные на момент исследования не имели признаков заболеваний и были признаны практически здоровыми.
Во второй серии с помощью системы мультиэлемент-ного анализа с использованием методов АЭС-ИСП иМС-ИСП исследовано содержание химических элементов в волосах 1858 человек (752 взрослых в возрасте от 20 до 60 лет и 1106 детей в возрасте от 1 до 15 лет включительно).
Сравнительный анализ антропометрических характеристик обследованных мужчин Центральной зоны показал, что по некоторым параметрам они имеют различия. Так, длина и площадь поверхности тела достоверно выше (р<0,05) у мужчин, проживающих в г. Якутске, а индекс Кетле и Рорера - в сельских районах. Индекс Кетле являет-
ся важным физиологическим параметром, характеризующим конституциональные особенности человека, степень физического развития и уровень его энергетического обмена.
Проведенные нами исследования показали, что все данные газового и кислотно-основного состояния крови обследуемых юношей соответствовали принятым по России данным [4, 5], за исключением р02, который оказался сниженным, а показатели БаЮ2 приближаются к нижней границе нормы. Вне зависимости от сезона года у всех обследованных наблюдалось снижение pH в кислую сторону, особенно в зимний период, что объясняется хронической гиповентиляцией при вдыхании холодного воздуха. При этом парциальное напряжение углекислого газа в капиллярах крови приближалось к высшей границе нормы, наблюдалась тенденция к снижению уровня буферных оснований, что говорит о компенсированном газовом ацидозе.
Таблица 2
Динамика показателей газового и кислотно-основного состояния крови у мужчин в разные сезоны года (М+т)
Показатели Сезоны года
зима лето
1 -я группа 2-я группа 1 -я группа 2-я группа
pH, ед. 7,373±0,004 7,379±0,002 7,388±0,003 7,397±0,002*
р02, мм рт. ст. 69,9±0,6 74,9±0,8** 77,8±0,5 81,1±0,8***
рС02, мм рт. ст. 39,9±0,3 40,3±0,3 42,4+0,5** 41,2+0,4
НЪ, г/л 144,1±1,1 146,5±1,2 146,8±1,2 148,4±1,4*
БаЮ2, % 92,9±0,2 93,9±0,2 94,3±0,2 95,5±0,3**
БВ, мэкв/л 23,6±0,1 23,7±0,1 23,7±0,2 23,9±0,2
ВЕ, мэкв/л -0,72±0,19** -0,61 ±0,14 -0,58±0,19 -0,36±0,13
Примечание: 1-я группа - мужчины, проживающие в г. Якутске;
2-я группа - мужчины, проживающие в сельских районах Центральной зоны при сравнении показателей по сезонам: *р<0,05; **р<0,01; ***р<0,001
Как видно из материалов этой таблицы, напряжение кислорода и насыщение капиллярной крови кислородом у обследованных в зимний период года имеют тенденцию к снижению, что согласуется с данными Л. А. Малышевой [3]. Нами было проведено исследование содержания углекислого газа в атмосферном воздухе. Установлено, что значения напряжения углекислого газа в капиллярной крови у обследуемых ниже зимой, а уровень С02 в атмосферном воздухе - летом. При этом выявлена обратная корреляционная связь между значениями напряжения С02 в капиллярной крови и его уровнем в атмосферном воздухе: коэффициент парной корреляции составил г=-0,4. Зимой (декабрь), когда уровень С02 в атмосферном воздухе высокий, в капиллярной крови его напряжение оказалось более низкое, чем летом (июнь), когда содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе снижается (рис. 1). Как известно, углекислый газ оказывает прямое и рефлекторное
возбуждающее действие на дыхательный центр, вызывая учащение и углубление дыхания, что способствует вымыванию С02 из крови зимой [4].
Полученные материалы показали наличие тесной зависимости между параметрами атмосферного воздуха, в частности содержания в нем С02, и его напряжением в капиллярной крови. При этом у обследованных была выявлена обратная корреляционная зависимость между парциальным давлением С02 в атмосферном воздухе и его напряжением в крови. Иными словами, небольшое повышение С02 в атмосфере (до 0,5-0,8%) стимулирует дыхание и вызывает снижение содержания С02 в альвеолярном воз -духе.
Сравнительный анализ полученных значений ЖЕЛ и МОД у обследованных показал достоверное повышение этих показателей в летний период года (р<0,05). При этом у городских жителей они достоверно выше, чем у сельских
Рис. 1. Зависимость рС02 в капиллярной крови от уровня рС02 в атмосферном воздухе у обследованных людей
(р<0,05). Сезонные изменения ЖЕЛ у городского и сельского населения составили 2,4% и 3,9% соответственно. У городского населения в это время года выявлены более высокие значения МОД за счет увеличения частоты дыхания (рис. 2). Наблюдаемые изменения частотно-объемных соотношений легочной вентиляции в сторону относительного преобладания частоты дыхания могут указывать на снижение функциональных резервов внешнего дыхания. У лиц, проживающих в г. Якутске, сезонные изменения ДО
12 11,5 11 -4 10,5 -10 9,5
иМОД составили 14,3 и 8,4%, а у сельских жителей - 16,4 и 7,7% соответственно (р<0,05).
Как известно, причина снижения МОД и ЖЕЛ у обследованных в зимний период может быть связана с Холодовым сужением бронхов и централизацией кровотока, а увеличение частоты дыхания с повышенным содержанием С02 в атмосфере, которое включает хеморецепторы, центры и эффекгорное звено химического контура регуляции дыхания.
18 -- 17 -- 16 15
ЗИМА
ЛЕТО
Рис. 2. Соотношение МОД и ЧД у обследуемых в разные сезоны года
Обозначения: 1 - обследуемые, проживающие в г. Якутске;
2 - обследуемые, проживающие в сельских районах Центральной зоны
1
2
1
2
Изучение трахеобронхиальной проходимости (рис. 3) показало, что ФЖЕЛ у обследованных обеих групп превышает среднеевропейские возрастные нормы на 3-12%, особенно летом (все показатели даны в процентах). В зимний период наблюдалось достоверное снижение проходимости бронхов независимо от места проживания (р<0,05).
Установлено, что у лиц, проживающих в сельских районах Центральной зоны, проходимость различных отделов трахеобронхиального дерева более низкая, чем у городского населения. Можно предположить, что такое снижение является компенсаторным структурно-функциональным компонентом, выполняющим функцию защиты ткани легкого от переохлаждения и отражающим физиологические механизмы регуляции теплоотдачи через дыхатель-
ные пути. Одновременно сужение бронхов увеличивает нагрузку на сердечно-сосудистую систему.
Результаты статистического анализа сезонной динамики показателей сердечно-сосудистой системы у обследованных существенно различались в различные сезоны года (табл. 3). Так, частота сердечных сокращений в покое достоверно выше в зимний период у городских жителей, а минутный объем кровообращения - в летнее и у сельских жителей (р<0,05). Сезонные изменения МОК у городского населения составили 3,3%, а в сельской местности - 4,4%. Эти изменения указывают на умеренное преобладание тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы, что в условиях холодового стресса может способствовать преждевременному истощению функциональных
115-,
ЗИМА ЛЕТО
Рис. 3. Динамика проходимости бронхов у обследуемых в разные сезоны года
Обозначения: 1 - обследуемые, проживающие в г. Якутске;
2 - обследуемые, проживающие в сельских районах Центральной зоны
Таблица 3
Некоторые показатели сердечно-сосудистой системы у обследованных в различные сезоны года (М±ш)
Показатели Сезоны года
зима лето
1-я группа 2-я группа 1-я группа 2-я группа
САД, мм рт. ст. 121,7±1,1 119,7±1,1 118,3±1,3 118,2±0,9
ДАД, мм рт. ст. 79,4±1,1 77,6±0,9 76,6±0,8 74,8±0,8
СДД, мм рт. ст. 93,9±0,9 91,7±0,6 90,5±0,8 90,6±0,7
ЧСС, уд/мин 78,1±0,9* 76,7±0,7** 73,1±0,5 71,8±0,8
МОК, л/мин 4,48±0,05 4,57±0,06 4,63±0,04** 4,77±0,06**
ОПСС, дин/см/сек-5 1679±55 1610±61 1549±33 1519±32
ДП, уел. ед. 95,5±1,1* 91,8±0,9 87,4±0,7 84,9±0,9
Примечание: 1-я группа - обследованные, проживающие в г. Якутске;
2-я группа - обследованные, проживающие в сельских районах Центральной зоны при сравнении показателей по сезонам: *р<0,05; **р<0,01; ***р<0,001
резервов организма. В то же время показатели артериального давления (САД, ДАД СДД и ОПСС) у обследованных не имели достоверных различий в различные сезоны года, что свидетельствует о более выраженной инертности и стабильности этих показателей.
Важным показателем, характеризующим функцию кровообращения, является двойное произведение (ДП), которое отражает уровень гемодинамической нагрузки на сер-дечно-сосуцистую систему. Этот показатель наиболее высокий в группе городских мужчин зимой за счет увеличения САД, а низкий - летом в группе сельских жителей. Это свидетельствует о более экономичном функционировании системы кровообращения в это период.
Оценка уровня функционирования системы кровообращения по адаптационному потенциалу (АП) при всей своей простоте обеспечивает системный подход к решению задачи количественного измерения уровня здоровья. Это определяется тем, что АП как комплексный, интегральный показатель отражает сложную структуру взаимосвязей, характеризующих уровень функционирования сердечно-сосудистой системы. Вегетативная регуляция деятельности сердца (ритм и сила
сокращений) происходит под воздействием различных факторов [5].
Анализ уровня функционирования системы кровообращения показал, что у мужчин, проживающих в сельской местности Центральной Якутии, показатель адаптационного потенциала летом достоверно ниже, чем в зимний период (р<0,05). Стабильность артериального давления оптимизирует микроциркуляцию и транскапиллярный обмен в тканях, сохраняя устойчивый уровень метаболизма, что свидетельствует о более высоком уровне адаптации человека к суровым климатогеографическим условиям Республики Саха (Якутия).
В процессе наших исследований установлены характерные особенности «элементного портрета» жителей различных климатогеографических зон РС (Я). Как видно из материалов (рис. 3, 4), для взрослого населения всех регионов Якутии характерен выраженный дисбаланс содержания макро- и микроэлементов. Отклонения от границ физиологической нормы [2] наиболее выражены у жителей Полярной зоны. Здесь преобладает наличие повышенного содержания в волосах как эссенциальных (К, №, 2п, Бе, Мп - у всех взрослых, Сг, V - у мужчин), так и токсичных
Мужчины
Б®^. : №Мп
Со :80: 53
Де
СО ... 5п
5Є ■:■■■■ ІЧІ ■ Нд
60- й-Г/ ■40-':Ш?'
>20 Ш
Мд
...Ре
:Сг
I
Са
Си : ч Д| ръ
zn
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаП южная зона
□ Якутск
Рис. 3. Уровень гиперэлементозов у взрослого населения в разных зонах Республики Саха, (в %)
Женщины
5П
100
80
Со
Са
zn
8э
ІРь
N
Нд СО ; Бе Б Дэ
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаПюжная зона
□ Якутск
Мужчины
Со
Г.! вилюйская зона □ полярнаязона
□ центральная зонаИ южная зона
□ Якутск
Рис. 4. Уровень гипоэлементозов у взрослого населения в разных зонах Республики Саха, (в %)
(РЬ, С4 Hg) химических элементов на фоне дефицита Са, 2п, I, 81, Со (у всех обследованных) и Mg, Р, 8е (у женщин).
Установлено, что в организме взрослого населения Южных районов Якутии характерно развитие гипоэлементозов (К, Са, Mg, 2п, Си, I, Ы, Со - увсех обследованных, Р, 8е - у женщин; Бе, 81 - у мужчин).
У населения Вилюйской и Центральной зон относительно часто встречаются как гипо-, так и гиперэлементозы, однако в первом случае несколько чаще отмечен дефицит, а во втором - избыточное накопление этих элементов в волосах.
Следует отметить, что наиболее благоприятным является «элементный портрет» мужчин, проживающих в г. Якутске, по сравнению с остальными жителями Республики Саха (Якутия). Элементный состав в волосах мужчин и женщин имеет достоверные различия (табл. 4).
При этом у мужчин чаще обнаруживается превышение верхней границы нормы содержания токсичных и условно-токсичных элементов, которое проявляется независимо от места проживания.
Таблица 4
Частота проявления гипер- и гипоэлементозов у мужчин по отношению к женщинам
Зоны Гиперэлементозы Гипоэлементозы
Полярная зона Cd, Fe, Pb,V Са, Mg
Вилюйская зона - Со, I Сг
Южная зона №, РЬ, Zn Si Сг, Р, Zn
Центральная зона Fe, РЬ^ Со, I
Са, Mg, Na Р, Se, Zn
г. Якутск Сг, Щ Со, Мп, Na Р, Se, Zn
Примечание: в числителе - частота гипо/гиперэлементоза у мужчин выше, чем у женщин;
в знаменателе - частота гипо/гиперэлементоза у мужчин ниже, чем у женщин
Полученные нами материалы показывают, что у мужчин из Полярной зоны достоверно чаше встречается избыточное накопление в волосах 2п, Бе, РЬ и С4 Южной -N1, 2п и РЬ, Центральной - Бе, РЬ и V и в г. Якутске - ^ и Сг. Однако у женщин, проживающих в центральных районах Якутии, характерен риск дисбаланса таких эссенциаль-ных элементов, как Са, Mg и №.
Таким образом, обнаруженная нами закономерность (возрастание поступления химических элементов в организм жителей Республики Саха (Якутия) в направлении юг-север достоверно повышает риск развития гиперэлемен-
тозов токсических элементов (РЬ, С^ ^) и дисбалансов эссенциальных химических элементов как у женского, так и у мужского населения; в направлении север-юг достоверно возрастает риск развития гипоэлементозов как у женского, так и у мужского населения.
Для оценки «элементного портрета» детей Республики Саха (Якутия) нами также использовались относительные данные, то есть оценка частот дисбалансов содержания химических элементов в волосах детей, согласно предложенным А.В. Скальным [2] границам физиологического (нормального) содержания химических элементов (рис. 5, 6).
Девочки
Мп
Со
Бе
Б
Дэ
о-
РЬ
Мд
Р
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаП южная зона
□ Якутск
М апьчики
Мп
Сґ
РЬ
Мд
Р
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаП южная зона
□ Якутск
Рис. 5. Уровень гиперэлементозов у детей в разных зонах Республики Саха (Якутия), (в %)
Девочки
Со
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаП южная зона
□ Я<утск
Мальчики
Со
Г.! вилюйская зона □ полярная зона
□ центральная зонаП южная зона
□ Я<утск
Рис. 6. Уровень гипоэлементозов у детей в разных зонах Республики Саха (Якутия), (в %)
Как и у взрослого населения, существует достоверная разница между частотами дисбаланса химических элементов в волосах детей из различных зон Республики Саха (Якутия). Однако группа химических элементов, дисбалансы (дефицит или избыток) содержания которых в волосах характерны для всех обследованных групп районов, у детей несколько меньше, чем у взрослых. Данный факт, в первую очередь, обусловлен состоянием элементного обмена девочек из южных районов Якутии, резко отличным от остальных обследованных групп детей. В целом, для девочек свойственно несколько низкое содержание в волосах Со (до 96% случаев), Си (до 100%), I (кроме центральных районов) и 8е и относительно повышенное содержание Мп, К, Бе и № (во всех группах районов частота дефицита/ избытка данных элементов в волосах превышала 30%).
Таким образом, установлено, что для мальчиков характерен более выраженный риск развития гиперэлементо-зов токсичных химических элементов, в первую очередь, РЬ и 8п, а также Бе - в Полярной и № - в Южной зонах. При этом у мальчиков Вилюйской и Центральной зон относительно реже встречается избыток эссенциальных химических элементов - Mg, Мп, I и Са, Mg.
Достоверные отличия частот гипоэлементозов установлены только в Вилюйской зоне и в меньшей степени в Южной и Центральной зонах. В Вилюйской зоне у девочек в большей степени, чем у мальчиков, характерно сниженное содержание в волосах 2п, 8е, I и Сг, а в Южной - только Сг. У мальчиков в Южной зоне относительно чаще наблю -дается дефицит Мп, а в Центральной - I.
Полученные нами материалы показывают, что у детей накопление в волосах токсичных химических элементов в большей степени свойственно мальчикам, а недостаточное содержание эссенциальных - девочкам. В то же время
у девочек обычно достоверно выше частота повышенного содержания эссенциальных химических элементов. Тенденция к возрастанию средней концентрации химических элементов в волосах в направлении с юга на север для детей характерна толькодая мальчиков, в то время как у девочек наиболее элементдефицитной является Центральная зона. Полученные нами результаты не позволяют четко показать тенденцию нарастания поступления химических элементов в организм при продвижении с юга на север, что, в первую очередь, обусловлено оригинальностью элементного портрета детского населения Центральной зоны, выпадающего из предполагаемой закономерности (поступление Са, Mg, Си и 81 здесь принципиально отлично от других зон).
Таким образом, результаты эколого-физиологических исследований свидетельствуют о необходимости комплексного подхода при оценке состояния здоровья и уровня функциональных резервов организма человека в различных регионах и их связи с факторами окружающей среды.
Литература
1. Агаджанян Н.А., Петрова П.Г. Человек в условиях Севера. М.: АГМА, 1996. 179 с.
2. Скальный А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение). М.: Изд-во «КРУК», 1999. 96 с.
3. Малышева Л.А. Патофизиологические аспекты функциональных нарушений кардиореспираторной системы у жителей Республики Саха (Якутия): Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. Якутск, 2004. 17 с.
4. Агаджанян Н.А., Елфимов А.И. Функции организма в условиях гипоксии и гиперкапнии. М.: Медицина, 1986. 272 с.
5. Ермакова Н.В. Экологический портрет человека на Севере. М.: Изд-во РУДН, 2003. 183 с.
PG. Petrova, N. V Borisova, G. A. Egorova
Functional health reserves and elemental status of population of the Sakha Republic (Yakutia)
As a result of research there was established a level of carbon dioxide tension in the capillary blood for examined patients. According to the research, a level of carbon dioxide tension is lower in winter period and the level of C02 in the atmospheric air is low in summer period. It has been determined that a frequency of systole and a minute breath dimension of the examined patients is truly high in winter and a breath frequency and minute blood circulation volume is high in summer (p<0,05). During the representative sample there was conducted a screening-diagnostic research of macro- and micro elements among adult and children population of the Sakha Republic (Yakutia).
■ФФФ-
