Геоэкологические аспекты проблемы сахарного диабета 2-го типа Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 574.24:504+551.24

геоэкологические аспекты проблемы сахарного диабета 2-го типа

© и.м. Фархутдинов,

доцент кафедры,

зам. декана по науке,

Башкирский государственный

университет,

ул. Заки Валиди, 32,

450074, г. Уфа, Российская Федерация,

младший научный сотрудник,

Институт геологии,

Уфимский научный центр РАН,

ул. К. Маркса, 16/2,

450000, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]

© л.м. Фархутдинова,

доктор медицинских наук, профессор кафедры, Башкирский государственный медицинский университет, ул. Ленина, 3,

450077, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]

Рассмотрена взаимосвязь развития сахарного диабета 2-го типа с геологическими условиями местности проживания на территории Республики Башкортостан, характеризующейся большим разнообразием геологических структур (платформа, предгорный прогиб, складчатая область) и горных пород (осадочные, вулканогенные, магматические, метаморфические породы различного состава, строения и возраста). Распространенность заболевания оценивалась по данным регистра диабета Республики Башкортостан за 2010-2014 гг. Проведено картирование распространенности диабета с использованием компьютерной программы Агс01Б 10.2. Микроэлементный состав местности в различных районах республики проанализирован на основании данных геохимических исследований по содержанию в почве 45 химических элементов. В пределах республики выделено 3 кластера, из которых западный характеризуется в 2 раза более высокой распространенностью сахарного диабета по сравнению с северным и уральским. Сравнительно меньшая распространенность сахарного диабета в пределах северного кластера ассоциируется с развитием известняков, характеризующихся относительно высокой доступностью содержащихся в них минералов. Особенностью геологического строения сравнительно благополучного по диабету уральского кластера является высокая концентрация тектонических дислокаций, способствующих повышению биодоступности микроэлементов. Закономерности распространенности диабета на территории республики соответствуют особенностям распределения элементов-примесей по площади, обусловленной геологическим строением. Пониженное содержание железа и бериллия на территории западного кластера, по сравнению с северным и уральским, выявленное по данным геохимических исследований, согласуется с региональными геологическими условиями. Увеличение содержания железа и бериллия в почве ассоциируется с меньшей распространенностью сахарного диабета 2-го типа, что свидетельствует о возможной протективной роли данных химических элементов.

Ключевые слова: сахарный диабет 2-го типа, геоэкология, микроэлементы, медицинская геология, геотектоника, разломы, Урал

© I.M. Farkhutdinov,1 L.M. Farkhutdinova2

geo-environmental aspects of the problem of type 2 diabetes

1Bashkir State University 32, ulitsa Zaki Validy, 450074, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]

2Bashkir State Medical University, 3, ulitsa Lenina,

450076, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]

Consideration is given to the interrelation between type 2 diabetes and regional geological conditions in the Republic of Bashkortostan characterized by a great diversity of geological structures (platform, foredeep, folded region) and rocks (sedimentary, volcanic, igneous, metamorphic rocks of different composition, structure and age). The prevalence of the disease was evaluated according to the Diabetes Register of the Republic of Bashkortostan over 2010 to 2014. Mapping of the diabetes prevalence was made using ArcGIS 10.2 software. Trace element composition in different areas of the region was analyzed on the basis of geochemical studies on the content of 45 chemical elements in soil. Three clusters were recognized within the region, with the Western cluster characterized by 2 times higher prevalence of diabetes compared to the Northern and the Ura-lian clusters. Relatively lower prevalence of diabetes within the Northern cluster is associated with wide distribution of limestones characteristic of a relatively high availability of minerals they contain. The Uralian cluster with lower prevalence of diabetes is characterized by higher occurrence of tectonic dislocations that increase the bioavailability of trace elements. The pattern of diabetes prevalence in the republic is in line with the peculiarities of the trace element distribution due to the geological structure. Reduced levels of iron and beryllium found through geochemical studies in the Western cluster are consistent with the regional geological conditions.

вестник академии наук рб

v /2

The Northern and Uralian clusters with relatively high content of iron and beryllium in soil are characterized by lower prevalence of type 2 diabetes that suggests a possible protective role of these elements.

Key words: diabetes 2 type, geoecology, trace elements, medical geology, geotectonics, faults, Urals

Введение. Сахарный диабет (СД) представляет собой острейшую медико-социальную проблему современности, что обусловлено широкой распространенностью заболевания, ранней инвалидизацией и высокой смертностью больных. В 2014 г., по данным Международной федерации диабета, 387 млн человек во всем мире были больны диабетом, а к 2030 г. прогнозируется их увеличение до 550 млн; в России зарегистрировано ок. 4 млн больных СД, в Республике Башкортостан — около 90 тыс., при этом 90% случаев составляет сахарный диабет 2-го типа (СД2). В связи с этим фундаментальные исследования по выяснению причин возникновения и механизмов развития диабета являются одними из наиболее приоритетных.

В настоящее время СД2 считается многофакторной болезнью, развитие которой инициирует внешняя среда на фоне генетической предрасположенности. Однако факторы внешней среды и механизмы их влияния на формирование заболевания мало изучены. Сведения о влиянии местности проживания на развитие СД2 появились в 1970-1980-е годы благодаря проведению эпидемиологических исследований, показавших значительную вариабельность распространенности заболевания в различных странах. Например, в Великобритании этот показатель составляет около 3%, в то время как в Мексике — более 14%. Крайне редко СД2 страдают некоторые популяции Меланезии, а в Омане распространенность заболевания среди арабов достигает 30%. О роли среды проживания свидетельствует также факт изменения распространенности диабета в популяции при миграции. Так, среди индийцев, мигрировавших в Сингапур, диабет встречается в 5 раз чаще по сравнению с живущими на родине, и выявленное различие не объясняется особенностями питания и ожирением [1].

Сегодня имеется целый ряд сведений о влиянии геологических условий среды проживания на состояние здоровья населения [2;

3; 4]. Среди них большой интерес представляют литологические (химический состав и структура горных пород местности) и тектонические (наличие разломов, надвигов, сдвигов и других дислокаций).

Одним из ведущих факторов геологической среды, влияющих на состояние здоровья человека, являются содержащиеся в горных породах микроэлементы, которые, как известно, в организме не синтезируются. За последние годы выявлена тесная взаимосвязь между микроэлементным статусом организма человека и зоны проживания, а также роль микроэлементного состава среды проживания в развитии различных заболеваний [2; 4]. Однако данные о значимости геолого-геоморфологических условий и микроэлементного статуса местности в развитии диабета единичны.

Целесообразность исследования взаимосвязи микроэлементного профиля геологической среды и сахарного диабета обоснована также хорошей изученностью геологического строения территории Республики Башкортостан и накопившимися за последние десятилетия сведениями о роли различных микроэлементов в регуляции углеводного обмена [5; 6].

Материалы и методы. Исследование взаимосвязи геологических условий и распространенности СД2 проведено на территории РБ. Широкий диапазон геологических структур (платформа, предгорный прогиб, складчатая область) и горных пород (осадочные, вулканогенные, магматические, метаморфические породы различного состава, строения и возраста), обусловливающий разнообразие микроэлементного профиля биосферы [7; 8], позволяет использовать данный регион как уникальный научный полигон для изучения биологической роли геологических факторов

[9; 10].

В геологическом отношении западная часть РБ приурочена к юго-восточной окраине Восточно-Европейской платформы, восточная часть — к складчатому Уралу, что обусловливает их геохимическую спецификацию.

вестник академии наук рб /

/2016, том 21, № 1 (81)

Для выявления закономерностей микроэлементного состава местности в различных районах РБ были проанализированы результаты исследования почвы по содержанию 45 химических элементов из отчета Л.А. Кри-ночкина и А.Б. Шкарина «Составление геохимических основ масштаба 1:1000 000 листов N-40,41,42, Р-45,52,55,57, О-38,55,56» (Институт минерализации, геохимии и кристаллографии редких элементов РАН) [11].

Распространенность СД2 оценивалась по данным регистра диабета РБ за 2010—2014 гг. (руководитель регистра, кандидат медицинских наук Г.Г. Байбурина). С целью нивелирования техногенных факторов промышленные центры РБ — Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Сибай, Кумертау, Межгорье исключены из статистики. Население, включенное в исследование, составило 2 189 026 человек — 53,83% жителей республики (численность населения РБ по данным Госкомстата России составляет 4 065 993 человек (2010), в сельской местности проживает 1 612 628 человек (39,6%)).

Проведено картирование распространенности СД2 в РБ с использованием компьютерной программы ArcGIS 10.2. Районы классифицировались по уровню распространенности СД2 на 4 группы, метод классификации — "natural breaks".

Статистическая обработка полученных результатов проводилась с применением пакета программ Statistica 10, Microsoft Excel 2007. Достоверными считались результаты при р<0,05.

Результаты. Анализ распространенности СД2 на территории РБ выявил значительные различия в показателях (почти в 3 раза) и закономерности, свидетельствующие о влиянии геологической среды проживания на развитие заболевания.

Средняя распространенность СД2 составила 1 806 случаев на 100 000 населения (1,52%). Минимальные показатели зарегистрированы в Бурзянском и Зилаирском районах — 906 и 1 036 на 100 000, а максимальные — в Ишимбайском и Учалинском — 2 658 и 2 509 на 100 000 жителей соответственно.

Рис. 1. Распространенность сахарного диабета 2-го типа в Республике Башкортостан:

1 - 4 - количество заболеваний СД2 на 100 000 (классифицировано по принципу "natural breaks"): 1 - 905 -1277; 2 - 1278 - 1745; 3 - 1746 - 2213; 4 - 2214 - 2844; 5 - тектонические нарушения; 6 - населенные пункты; 7 - западный кластер; 8 - северный кластер; 9 - уральский кластер; 10 - места отбора проб

вестник академии наук рб/

/2

Картирование распространенности СД2 в РБ позволило выделить 3 кластера — группа районов с высокими показателями на западе (западный), а также две другие группы с относительно низкими показателями на севере (северный) и в зоне Южного Урала (уральский) (см. рис. 1). Так, в западном кластере (28 районов с населением 1 153 523 человек) распространенность СД2 оказалась в 1,4 и 1,7 раз выше по сравнению с северным и уральским кластерами соответственно и составила 1931 человек на 100 000 жителей. В северном кластере (11 районов с населением 271 921 человек) и уральском (6 районов с населением 278 992) распространенность СД2 составила соответственно 1 334 и 1 155 на 100 000 населения.

Следует отметить, что распространенность СД2 в западной части РБ значительно варьировала от сравнительно низкой — 1268, 1378 на 100 000 жителей, до высокой — 2845, 2300, 2253 на 100 000 жителей. Выявленный разброс показателей соответствует региональным особенностям геологического строения, характеризующегося развитием пород континентального генезиса на западе РБ, обусловливающих мозаичное распределение химических элементов в зависимости от рельефа и палеорельефа местности.

В геологическом отношении районы сравнительно благополучного северного кластера расположены в области Уфимского плато, где широко развиты известняки, выходящие на дневную поверхность. Обнаруженное снижение распространенности СД2 в зоне развития карбонатных пород согласуется со сведениями литературы о позитивном влиянии известняков на состояние растительного и животного мира. Карбонатные породы отличаются высокой доступностью содержащихся в них элементов-примесей, что, возможно, определяет их позитивное влияние на биосферу [3]. Кроме того, обращает на себя внимание равномерно низкая распространенность СД2 на севере РБ, что соответствует равномерному распределению элементов-примесей по площади в этой зоне, обусловленному развитием здесь пород морского происхождения.

Особый интерес, на наш взгляд, представляют результаты исследования в горной части республики. Дело в том, что геологические условия горного Башкортостана характе-

ризуются высокой концентрацией тектонических дислокаций (надвигов, шарьяжей) [12; 13]. Согласно шарьяжно-надвиговой теории, в приконтактовых зонах тектонических пластин происходит нарушение сплошности покровных структур, что способствует повышению биодоступности заключенных в породах элементов-примесей. Кроме того, в результате горизонтальных движений литосферы происходит выведение на дневную поверхность богатых металлами тяжелых (ультраосновных) пород океанической коры, излияние лав с формированием магматических пород, которые также отличаются высокой концентрацией элементов-примесей. Разрушение и выветривание минералов, слагающих эти породы, повышают содержание химических элементов в окружающей среде. Выведение на земную поверхность глубинных пород под действием тектонических движений является, по-видимому, важнейшим механизмом формирования элементного статуса биосферы, в отсутствии которого за миллионы лет все более тяжелые минералы оказались бы погружены под многокилометровые толщи более легких минералов, и доступность первых была бы невозможна.

Повышение биодоступности микроэлементов в зонах разрывной тектоники установлено многими авторами. Исследования на Западном Урале и в Приуралье обнаружили большое количество геохимических аномалий (РЬ, 2п, Сё, Ве, Р и др.), приуроченных к геодинамически активным зонам [14]. Ю.Л. Ахкозов с соавторами [15] выявил, что зоны разрывных нарушений характеризуются повышенной мобильностью воды, микроэлементов, радионуклидов. В приразломных зонах Тянь-Шаня и Памира установлено, что люцерны содержат в три раза более высокие концентрации марганца, мышьяка, циркона, ниобия и других тяжелых металлов, чем растения, произрастающие в отдалении [16].

По данным литературы, избыток химических элементов в зонах тектонической активности ассоциируется с повышенным риском развития целого ряда заболеваний. Так, по данным С.И. Галяутдиновой и соавторов [17], проживание в непосредственной близости с разломом повышает риск психических и онкологических забоеваний. Среди населения Республики Литва установлена роль приразломных зон в развитии ишемической

вестник академии наук рб /

/21

Таблица - Спектр элементов в почвах западного, северного и уральского кластеров, мг/кг

Элемент/ кластер Западный Северный Уральский

Ве 0,346 0,631 0,571

0,804 0,795 0,733

V 11,609 13,529 10,424

Сг 4,673 6,855 6,438

Мп 334,263 452,284 362,378

Бе 2563,842 5176,970 4444,933

Со 5,511 7,718 7,337

N1 23,268 25,753 26,518

Си 10,308 12,049 15,626

гп 13,234 21,226 19,637

Оа 0,694 0,837 0,793

Вг 4,856 1,346 0,996

ШЬ 0,936 0,940 1,001

8г 77,554 46,969 39,092

У 6,657 8,666 8,973

гг 0,538 0,546 0,510

№ 0,015 0,020 0,015

Мо 0,051 0,056 0,036

Сё 0,197 0,394 0,153

8п 0,116 0,035 0,006

I 1,230 0,441 0,343

С8 0,001 0,001 0,001

Ва 111,865 104,435 102,411

Ьа 9,126 10,621 11,705

Се 19,115 21,528 21,952

Рг 2,497 2,920 3,250

Ш 10,241 12,074 13,260

2,167 2,600 2,842

Еи 0,516 0,608 0,638

Оё 2,072 2,472 2,652

ТЬ 0,297 0,360 0,379

Бу 1,656 2,010 2,097

Но 0,317 0,385 0,400

Ег 0,805 0,963 1,019

Тш 0,109 0,131 0,141

УЬ 0,633 0,756 0,819

Ьи 0,089 0,106 0,116

Ш 0,023 0,022 0,018

Та 0,002 0,002 0,002

^^ 0,034 0,011 0,012

Т1 0,009 0,010 0,007

РЬ 6,186 9,857 7,987

В1 0,007 0,006 0,007

ТИ 0,122 0,106 0,137

и 0,407 0,459 0,714

болезни сердца, сахарного диабета, гипертонической болезни, заболеваний желудочно-кишечного тракта и почек, рака мочевого пузыря, генетических нарушений [18].

Вместе с тем результаты анализа распространенности СД2 на территории Южного Урала выглядели на первый взгляд парадоксальными — уральский кластер характеризовался сравнительной низкой распространенностью заболевания. Полученные данные позволяют предполагать возможность благоприятного влияния геодинамически активных зон на состояние здоровья населения, возможно, обусловленное особенностями элементного статуса.

Результаты исследования согласуются со сведениями о влиянии тектонической активности на развитие человеческой цивилизации. Так, большинство мест зарождения древнейшего земледелия в восточной части Средиземноморья и на Ближнем Востоке приурочено к зонам активных разломов, что объясняется их позитивной ролью в формировании богатого разнообразия диких предков культурных растений [16].

Следует отметить, в Учалинском районе, расположенном в горной части республики, распространенность СД2 оказалась сравнительно высокой — 1 703 случая на 100 000 жителей. Однако неблагоприятная ситуация в данном районе, по-видимому, обусловлена влиянием техногенного фактора. Так, З.С. Те-регулова с соавторами достоверно более высокую общую заболеваемость взрослого населения в Учалинском районе по сравнению с республикой связывают с негативным воз-

5000,0 -,

4000,0 -

4580,2

3000,0 -

2000,0

1000,0 -

I Западный кластер □ Северный кластер Щ Уральский кластер

Рис. 2. Содержание железа и бериллия в почвах западного, северного и уральского кластеров Республики Башкортостан, мг/кг

вестник академии наук рб/

/2

действием горно-обогатительного комбината, вокруг которого в радиусе 4—6 км и более установлено: содержание в почве цинка превышает ПДК цинка в 50 раз, свинца — в 20, кадмия и меди — в 10 раз [19].

Для выяснения роли элементного статуса геологической среды в развитии СД2 проведен сравнительный анализ результатов геохимического опробования в западном, северном и уральском кластерах. Оценка содержания 45 элементов в 472 пробах западного кластера, в 224 пробах северного кластера и в 346 пробах уральского кластера выявила снижение уровня железа и бериллия с высокой степенью значимости на территории западного кластера по сравнению с более благополучными северным и уральским.

Так, в западном кластере среднее содержание железа и бериллия в пробах составило

2563.8 и 0,346 мг/кг, в то время как в северном - 5176,9 и 0,631 мг/кг (при р=0,0148 и р=0,0001, соответственно), а в уральском —

4444.9 и 0,571 мг/кг (при р=0,000144 и р=0,0001, соответственно) (табл., рис. 2).

Обращает на себя внимание, что северный и уральский кластеры, наряду с относительно меньшей распространенностью диабета, характеризовались сходством в результатах геохимических исследований.

Полученные нами результаты позволяют предполагать, что направленность биоло-

гического влияния приразломных зон зависит от целого комплекса факторов — структуры и состава пород, их плотности, проницаемости и т.д., определяющих элементный статус местности. Обогащение почвы минералами в зоне разломов может позитивно влиять на биосферу, в то время как выраженный избыток вызывает негативные эффекты.

Выводы. Исследованиями установлена связь региональных геологических условий с распространенностью сахарного диабета 2-го типа.

Снижение распространенности сахарного диабета 2-го типа ассоциируется с зоной развития карбонатных пород, характеризующихся высокой доступностью содержащихся в них минералов.

Сравнительно низкая распространенность сахарного диабета 2-го типа наблюдается в пределах Южного Урала, где высокая концентрация тектонических разломов обусловливает повышение уровня элементов-примесей в биосфере.

Повышение содержания железа и бериллия в почве коррелирует с меньшей распространенностью СД2, что свидетельствует о возможной протективной роли данных химических элементов.

Авторы выражают благодарность ведущему геологу ООО «БашНИПИнефть» О.Ю. Князевой за консультации по работе в программе ЛеОК 10.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дедов И.И., Шестакова М.В. Сахарный диабет: диагностика, лечение, профилактика. М.: МИА, 2011. 820 с.

2. Рихванов Л.П., Язиков Е.Г., Сухих Ю.И., Барановская Н.В., Волков В.Т., Волкова Н.Н., Архангельский В.В., Архангельская Т.А., Денисова O.A., Шатилов А.Ю., Янкович Е.П. Эколого-геохимические особенности природных сред Томского района и заболеваемость населения. Томск: Томский политехнический ун-т, 2006. 216 с.

3. Фархутдинова Л.М. Зоб как биогеохимическая проблема // ДАН. 2004. Т. 396. № 5. С. 705-706.

4. Фархутдинова Л.М. Микроэлементное районирование теорритории Башкортостана // ДАН. 2005. Т. 401. № 6. С. 814-816.

5. Pittas A.G., Harris S.S., Stark P.C., Dawson-Hughes B. The effects of calcium and vitamin D supplementation on blood glucose and markers of inflammation in nondiabetic adults // Diabetes Care. 2007, vol. 30, pp. 980-986.

6. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1991.496 с.

7. Фархутдинова Л.М., Байбурина Г.Г., Фархутдинов И.М. Сахарный диабет: на стыке медицины и геоэкологии // Мед. вестн. Башкортостана. 2010. Т. 5. № 4. С. 15-19.

8. Фархутдинова Л.М., Байбурина Г.Г., Фархутдинов И.М. Сахарный диабет: проблемы, достижения, перспективы // Вестн. Акад. наук Респ. Башкортостан. Уфа, 2010. Т. 15. № 3. С. 32-39.

9. Фархутдинов И.М., Фархутдинова Л.М. Влияние геологических факторов на развитие сахарного диабета на примере Республики Башкортостан // Геология. Изв. Отд-ния наук о Земле и природных ресурсов Акад. наук Респ. Башкортостан. 2014. № 20. С. 85-88.

10. Фархутдинов И.М., Фархутдинова Л.М. О влиянии геотектонических факторов на состояние здоровья населения // Геология. Изв. Отд-ния наук о Земле и природных ресурсов Акад. наук Респ. Башкортостан. 2015. № 21. С.132-135.

11. Криночкин Л.А., Шкарин А.Б. Составление геохимических основ масштаба 1: 1000 000 листов N-40, 41,42, P-45,52,55,57, 0-38,55,56. М.: Росгеолфонд, 2011.

12. Камалетдинов М.А. К вопросу о покровной тектонике Урала в свете новых данных // Геотектоника. 1965. № 1. С.93-105.

17. Galyautdinova S.I., Belan L.N., Gumerova R.B. K voprosu o vliyanii zon biologicheskogo diskomforta na cheloveka [On the effect of biological discomfort zones on human beings]. Vestnik Bashkirskogo Universiteta -Herald of the Bashkir State University, 2012, vol. 17, no. 3, pp. 1403-1406 (In Russian).

18. Pronin A.P., Volfson I.F., Oderova A.V. Flyuidna-ya aktivnost zemli i sreda obitaniya, biogeohimicheskie provintsii, geopatogennye zony, geoekologiya cheloveka [Earth's fluid activity, biogeochemical provinces, geopa-thogenic zones, human geoecology]. Meditsinskaya ge-

ologiya: sostoyanie i perspektivy [Medical geology: Current state and prospects]. Moscow, Rosgeo, 2010, pp. 24-37 (In Russian).

19. Teregulova Z.S., Belan L.N., Askarov R.A., Te-regulova Z.F., Altynbaeva A.I. Osobennosti zagryazneni-ya sredy obitaniya i zabolevaemost naseleniya v gorno-dobyvayushchem regione Respubliki Bashkortostan [Features of environmental pollution and morbidity in the mining region of the Republic of Bashkortostan]. Medi-tsinskiy vestnik Bashkortostana - Medical Bulletin of Bashkortostan, 2009, vol. 4, no. 6, pp. 20-25 (In Russian).

Хусаинова Р.И., Хуснутдинова Э.К. Генетика остео-пороза. - Уфа: Гилем, Башк. энцикл, 2015. - 392 с.

В монографии, посвященной комплексному исследованию остеопороза, проведен анализ современных тенденций и направлений молекулярной генетики заболевания, приведены результаты многолетних исследований по поиску генетических факторов, формирующих предрасположенность к переломам и низкому уровню минеральной плотности костной ткани (МПКТ) у женщин постмено-паузального возраста из Волго-Уральского региона России; затрагиваются вопросы, связанные с генетической архитектурой остео-пороза в целом и с его отдельными фенотипами, уделяется внимание связи предрасположенности к заболеванию с особенностями структуры генофонда популяций различных географических регионов и подходам к персонифицированной медицине.

Для специалистов по медицинской генетике, научных работников, преподавателей и аспирантов медико-биологического профиля, практикующих врачей, а также может быть использована в качестве справочного и методического руководства при составлении специализированных учебных курсов.

_1