CC BY
59
Физико-химическая биология Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 2 (2), с. 178-182
УДК 504.75.05
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС ДЕТЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ (на примере Ярославского региона)
© 2011 г. А.В. Еремейшвили, А.Л. Фираго, Н.В. Жукова
Ярославский госуниверситет им. П.Г. Демидова
dean@bio.uniyar.ac.ru
Поступила в редакцию 05.04.2011
В биосубстратах детей в возрасте от 1 до 3 лет методом инверсионной вольтамперометрии определено содержание микроэлементов ^п, Си, РЬ, Cd). Выявлено, что для детей, проживающих в условиях техногенной нагрузки Ярославской области, характерно повышенное содержание в биосубстратах меди и кадмия. Установлена зависимость микроэлементного статуса обследованных детей от качественного состава окружающей среды (почвы, атмосферного воздуха).
Ключевые слова: цинк, медь, свинец, кадмий,
продукты, микроэлементный статус.
Введение
Среди многообразия неблагоприятных факторов среды обитания, формирующих риск здоровью населения, значительную часть составляют химические загрязнители, в частности соединения тяжелых металлов [1-4]. Выявление и снижение воздействия факторов риска на здоровье детской популяции имеет особое значение, т.к. организм детей характеризуется значительной пластичностью и в большей степени, чем у взрослых, подвержен негативному влиянию окружающей среды [5, 6].
Наличие на территории Ярославской области большого количества предприятий химического, машиностроительного и теплоэнергетического комплексов; транспортная нагрузка в регионе, в сочетании с естественным геохимическим фоном области [7], характеризующимся избыточным содержанием одних и недостаточным - других химических элементов, формируют специфическую геохимическую провинцию в регионе.
Исходя из вышесказанного, целью нашего исследования стало: определение степени влияния техногенной нагрузки на содержание микроэлементов ^п, ^, Pb, Cd) в биосубстратах детей (на примере Ярославского региона).
Материал и методы
В ходе работы нами были обследованы дети (п = 230) в возрасте от 1 до 3 лет, постоянно проживающие в «условно загрязненном»
биосубстраты, почва, снег, питьевая вода, пищевые
г. Ярославле (р-ны № 1-5) (рисунок) и «условно чистых» Дмитриевском сельском поселении Даниловского района (р-ны № 6, 7, располагаются на расстоянии 35 км на северо-северо-восток от г. Ярославль), и поселке Бурмакино Некрасовского района (р-н № 8, располагается на расстоянии 25 км на юго-восток от Ярославля). Среди обследуемых детей 127 мальчиков и 103 девочки, все они посещали дошкольные образовательные учреждения (ДОУ), т.е. находились в сопоставимых условиях питания, воспитания и медицинского обслуживания. Пробы биосубстратов (волосы и ногти) у детей отбирали с ноября по январь 2006-2010 гг.; сбор биосубстратов производили по стандартной методике [8].
Для оценки влияния техногенной нагрузки на микроэлементный статус детей нами были отобраны и проанализированы на содержание цинка, меди, свинца и кадмия образцы почвенного (п = 98) и снежного (п = 117) покровов исследуемых районов. Для оценки алиментарного статуса детей было определено содержание изучаемых микроэлементов в пробах пищевых продуктов (п = 255) и питьевой воды (п = 165) из ДОУ, а также проанализированы рационы питания детей по примерным десятидневным меню-раскладкам и технологическим картам в ДОУ.
В качестве метода определения содержания микроэлементов в исследуемых объектах была выбрана инверсионная вольтамперометрия [9], поскольку этот высокочувствительный метод позволяет точно определить содержание метал-
Рис. Карта-схема Ярославля (южная часть города) с указанием исследуемых районов
Примечание: а - ОАО «Ярэнерго» ТЭЦ-3, б - ОАО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез», в - ОАО «Ярославский технический углерод», г - ОАО «Ярославский завод силикатного кирпича», д - ОАО «Ярославский радиозавод», е - ОАО «Ярославский завод нефтяной тары», ж - ОАО «Ярославский судостроительный завод»; №№ 15 - районы исследования.
лов даже в следовых количествах. Статистическая обработка полученных в результате исследования данных проводилась с помощью пакета программ «Microsoft Excel 2003» и «Statistica 5.5» методами описательной статистики. Для определения достоверности различий между средними значениями производилась проверка статистических гипотез с использованием t-критерия Стьюдента, либо U-критерия Манна -Уитни. Различия считались достоверными при р < 0.05. При исследовании связей между изучаемыми признаками применяли коэффициент корреляции Спирмена (в случае нормального распределения коэффициент корреляции Пирсона). Корреляции считали значимыми при р < 0.05.
Результаты и обсуждение
В целом по исследуемой выборке детей (n = = 230) концентрации изучаемых микроэлементов составили (М±т): в волосах - кадмий 0.40±0.03, медь 18.85±0.68, свинец 3.11±0.17,
цинк 130.74±5.08 мг/кг; в ногтях - кадмий 1.61±0.14, медь 29.48±1.09, свинец 5.62±0.36, цинк 233.45±8.82 мг/кг.
В результате нашего исследования было выявлено, что для микроэлементного статуса детей, проживающих в исследуемых районах, даже в пределах одного административного района города (Фрунзенский район) характерно пространственное распределение (таблица).
В целом, содержание цинка в волосах и ногтях обследованных детей находилось в пределах нормы (в волосах значительно ближе к ее верхней границе), за исключением района № 8, где был зарегистрирован минимальный уровень этого элемента в волосах (106.69±5.74 мг/кг). Содержание цинка в ногтях детей из р-на № 8 было достоверно ниже, чем во всех остальных районах. Средние концентрации меди в волосах и ногтях обследуемых детей значительно превышают нормативные референтные значения для данного элемента (по А.В. Скальному [10]), но не выходят за границы нормы при сравнении с данными Park и др. [11] (волосы). Минималь-
Таблица
Содержание микроэлементов в биосубстратах детей в возрасте от 1 до 3 лет, проживающих в Ярославском регионе (М±т)
Район Микроэлемент, мг/кг
исследования Zn Cu Pb Cd
Биосубстрат Волосы
№ 1 (п = 33) 145.11±14.368 17.90±1.572’4’6’8 3.25±0.44v=8 0.40±0.075’8
№ 2 (п = 29) 132.67±15.29 21.32±1.311=8 3.84±0.575’8 0.34±0.075’8
№ 3 (п = 28) 143.76±13.178 19.08±1.526’8 4.23±0.535’6’8 0.31±0.104=5=6
№ 4 (п = 29) 129.10±12.53 22.54±2.181=8 3.63±0.40w-8 0.50±0.083’5’8
№ 5 (п = 25) 126.16±16.30 19.61±2.748 0.94±0.141,2’3’4’6’7,8 0.98±0.161,2’3’4’6’7,8
№ 6 (п = 28) 142.66±17.328 22.97±1.54м=8 2.40±0.273AV 0.46±0.083’5’8
№ 7 (п = 15) 144.06±25.898 18.78±3.158 5.38±1.081,4’5’6’8 0.45±0.155=8
№ 8 (п = 43) 106.69±5.74ма/ 12.54±2.96waw 2.13±0.471’2’3’4’5’/ 0.19±0.021A4A6=/
Норма 51.00—143.00а 7.80—11.40а 0.68-3.05а 0.07-0.38а
30.00-130.00в 8.00-36.00в 0.00-3.00в 0.01-0.20в
Биосубстрат Ногти
№ 1 (п = 33) 271.32±20.594’8 31.08±2.018 5.11±0.685’7’8 1.75±0.324=6=8
№ 2 (п = 29) 257.11±20.638 31.50±2.928 5.96±1.055’8 1.52±0.374=5=6=8
№ 3 (п = 28) 254.40±19.248 31.91±2.354’8 5.28±0.735,/’8 1.86±0.334=6=8
№ 4 (п = 29) 211.88±28.791=8 28.50±4.95v 5.76±1.785’8 2.82±0.531=2=3,6,8
№ 5 (п = 25) 244.00±17.708 25.20±2.98 1.47±0.261,2’3’4’6’7,8 2.33±0.452=6=8
№ 6 (п = 28) 254.79±22.898 33.11±3.768 6.31±1.005 0.74±0.301А3А5
№ 7 (п = 15) 221.92±32.858 28.95±3.944 7.82±1.651,3,5 2.40±0.68
№ 8 (п = 43) 145.30±15.95WAW 22.97±3.221,2’3’6 8.40±1.351,2’3’4’5 0.52±0.081А3А5
Норма 195.00—375.00с 3.25-7.50с 0.00-7.50с 0.00-0.75с
Примечание: индексами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 отмечены достоверные (р < 0.05, р < 0.01, р < 0.001) различия между выделенными группами (р-ны №№ 1-8 соответственно); индексами а, в, с отмечены референтные данные: аСкальный А.В., 2002 [10]; вРагк H.-S. et al., 2007 [11]; спо Скальному А.В., 2004 [5].
ное содержание меди в биосубстратах было отмечено у детей, проживающих в р-не № 8 (волосы - 12.54±2.96 мг/кг; ногти - 22.97± ±3.22 мг/кг).
Наибольшие концентрации свинца были выявлены в волосах детей, проживающих в р-не № 7 (5.38±1.08 мг/кг); в ногтях детей из р-нов № 6 (6.31±1.00 мг/кг), № 7 (7.82±1.65 мг/кг) и № 8 (8.40±1.35 мг/кг), определенных в настоящем исследовании как «относительно чистые» территории. Одновременно содержание свинца в волосах детей р-нов № 6 (2.40±0.27 мг/кг) и № 8 (2.13±0.47 мг/кг) находилось в пределах нормативных референтных значений [10, 12]. Содержание кадмия в волосах детей из р-на № 5 - 0.98±0.16 мг/кг было достоверно выше, чем в остальных исследуемых районах. Высокое содержание этого элемента было также зарегистрировано в ногтях детей из р-нов № 4 (2.82±0.53 мг/кг) и № 7 (2.40±0.68 мг/кг). Минимальные концентрации кадмия были отмечены в биосубстратах детей из р-на № 8 (волосы -
0.19±0.02 мг/кг; ногти - 0.52±0.08 мг/кг).
При исследовании причин микроэлементных дисбалансов в биосубстратах обследуемых детей нами были проанализированы возможные
пути поступления микроэлементов в организм: ингаляционный и алиментарный.
Оценка химического загрязнения атмосферного воздуха осуществлялась путем определения содержания микроэлементов в депонирующих средах - почве и снеге. Установлено, что возможным источником поступления свинца в организм детей является автомобильный транспорт, что подтверждается выявленной достоверной положительной корреляцией между содержанием этого элемента в волосах детей и почве районов проживания (г = 0.57; р < 0.05), а также между содержанием свинца в почве и интенсивностью движения автомобильного транспорта (г = 0.81 ; р < 0 .001). Кроме того источником эмиссии свинца в окружающую среду может служить железнодорожный транспорт, поскольку в р-не № 7, через который проходит крупная ветка ОАО «РЖД», в почвенном покрове был зарегистрирован один из наибольших среди всех изучаемых районов уровень свинца, сходная ситуация отмечена и в биосубстратах детей из этого района. Содержание меди в почве (г = 0.90; р < 0.001) и снеге (г = 0.77; р < 0.001) также коррелировало с уровнем транспортной нагрузки в исследуемых районах.
При известном антагонизме свинца и меди в организме человека [1, 4] слабые положительные корреляционные связи между содержанием этих двух элементов были выявлены в волосах (г = 0.20; р < 0.01) и ногтях (г = 0.28; р < 0.001) обследуемых детей. Таким образом, мы предполагаем, что загрязнение от автомобильного и железнодорожного транспорта - один из возможных источников поступления этих элементов в организм обследуемых детей.
Обращает на себя внимание тот факт, что в р-нах № 4 и № 5 с зарегистрированным высоким содержанием кадмия в почвенном покрове (относительно фонового уровня) в биосубстратах детей также были выявлены максимальные концентрации этого элемента, что в данном случае, возможно, является следствием влияния стационарных источников техногенного загрязнения - промышленных предприятий, расположенных на изучаемых территориях (ОАО «Ярославский радиозавод», ОАО «Ярославский судостроительный завод»). Содержание кадмия в почвенном покрове районов исследования положительно коррелировало с содержанием его в волосах (г = 0.46; р < 0.05) и ногтях (г = 0.68; р < 0.001) обследуемых детей.
По данным проведенного анализа проб питьевой воды было выявлено, что среднегодовое и средне-сезонное содержание цинка, меди, свинца и кадмия в питьевой воде не превышало ПДК, однако максимальные абсолютные концентрации изучаемых микроэлементов в отдельные периоды года находились на уровне от
0.1 до 3.8 ПДК. Превышение ПДК было отмечено для ряда продуктов, являющихся необходимыми в питании детей - сливочном масле, твороге, сметане, яйцах, некоторых овощах и фруктах. При анализе рационов питания детей в ДОУ было показано избыточное поступление (от рекомендуемой нормы [4, 12, 13]) в среднем по всем изучаемым районам: свинца (на 370%), меди (на 77%) и цинка (на 46%).
Положительные корреляционные зависимости были выявлены между содержанием меди, цинка и кадмия в биосубстратах детей и потреблением этих элементов в рационе питания с некоторыми группами пищевых продуктов: овощи (медь, кадмий), крупы (цинк, медь), мясо (цинк, кадмий), творог (цинк). Кроме того, положительные корреляционные связи были выявлены между содержанием меди (г = 0.57; р < 0.01) и кадмия (г = 0.48; р < 0.001) в ногтях обследуемых детей и количественным потреблением этих элементов с пищевыми продуктами в рационах питания за время нахождения детей в ДОУ.
Заключение
Микроэлементный статус обследованных нами детей характеризуется повышенным содержанием меди и кадмия (относительно нормативных референтых значений). В биосубстратах детей, проживающих в р-не № 8 (пос. Бурмакино Некрасовского р-на Ярославской обл.), содержание всех изучаемых микроэлементов находилось в пределах нормативных референтных значений (за исключением уровней цинка и свинца в ногтях детей), то есть данный район можно охарактеризовать как наиболее благополучный и использовать его в качестве «контрольного» в дальнейших исследованиях.
Для кадмия и свинца, согласно полученным данным, был показан ингаляционный путь поступления в организм обследуемых детей. Выявлена зависимость содержания этих элементов в биосубстратах детей от степени техногенной нагрузки на исследуемых территориях. Для цинка, меди и кадмия также был показан алиментарный путь поступления; таким образом, правильно организованное питание, сбалансированное по содержанию этих элементов, можно использовать для коррекции выявленных дисбалансов в биосубстратах обследуемых детей.
Список литературы
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина, 1991. 496 с.
2. Юдина Т.В., Ракитский В.Н., Егорова М.В., Скальный А.В. Микроэлементный и антиоксидант-ный статус человека: развитие современных методических проблем донозологической диагностики // Микроэлементы в медицине. 2003. Т. 4. Вып. 1. С. 7-11.
3. Krajewski P., Chudzik A., Pokrzywnicka M., Ka-linka J., Kwiatkowska M. Macro-, micro- and trace elements concentrations in mother’s and newborn’s hair and its impact on pregnancy outcome: a review // Archives of perinatal medicine. 2009. V. 15. № 2. Р. 67-71.
4. Мамбеткаримов Г.А. Обмен макро- и микроэлементов у новорожденных детей и их матерей в Приаралье // Микроэлементы в медицине. 2000. № 1. С. 57-59.
5. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: Мир, 2004. 255 с.
6. Vaghri Z., Barr S., Wong H., Chapman G., Hertzman C. Age-based differences in hair zinc of Vancouver preschoolers // Biological trace element research. 2008. V. 126. Supp. 1. Р. 21-30.
7. Доклад о состоянии и охране окружающей среды Ярославской области в 2007-2008 годах. Ярославль: Департамент охраны окружающей среды и природопользования Ярославской области, 2010. 350 с.
8. Иванов С.И., Подунова Л.Г., Скачков В.Б. и др. Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрией: Методические указания (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03). М.: Федеральный Центр Г оссанэпиднадзора Минздрава России, 2003. 56 с.
9. Прохорова Г.В. Электрохимический мониторинг биогенных микроэлементов // Соро-совский образовательный журнал. 2004. Т. 8. №
1. С. 51-56.
10. Скальный А.В. Установление границ допустимого содержания химических элементов в волосах детей с применением центильных шкал // Вест-
ник СПб. ГМА им. И.И. Мечникова. 2002. № 1-2. С. 62-65.
11. Park H.-S., Shin K.-O., Kim J.-S. Assessment of reference values for hair minerals of Korean preschool children // Biological trace element research. 2007. V. 116. № 2. Р. 119-130.
12. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: МР 2.3.1.2432-08: введен в действие с 18.12.2008. М.: Федеральный Центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2009. 43 с.
13. Тутельян В.А. Биологически активные добавки к пище как неотъемлемый элемент оптимального питания // Вестник СПб. ГМА им. И.И. Мечникова. 2001. № 1. С. 5-9.
TRACE ELEMENT STATUS OF CHILDREN LIVING UNDER TECHNOGENIC LOAD (based on the example of the Yaroslavl region)
A. V. Eremeyshvili, A.L. Firago, N.V. Zhukova
Trace element (Zn, Cu, Pb, Cd) content has been determined in biosubstrates of children (aged 1-3 years) living under conditions of technogenic load in the Yaroslavl region using stripping voltammetry. Increased levels of copper and cadmium in children biosubstrates have been found. A dependence has been established of the children’s trace element status on the quality of the environment (soil, atmospheric air).
Keywords: zinc, copper, lead, cadmium, biosubstrates, soil, snow, drinking water, foodstuff, trace element status.
