Микроэлементы и некоторые параметры здоровья человека Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

УДК 616.15-074.2

Э.Я. Журавская, К.П. Куценогий, О.В. Чанкина, Т.И. Савченко, Н.А. Андрюшина, Л.А. Гырголькау

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И НЕКОТОРЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА

НИИ терапии СО РАМН, Новосибирск

Институт химической кинетики и горения СО РАН, Новосибирск

Ретгенофлюоресцентным методом с применением синхротронного излучения (РФА СИ) исследован многоэлементный состав крови у «условно здоровых» мужчин и женщин г. Новосибирска. У мужчин в возрасте 34-54 лет обнаружен дефицит следующих элементов: калия, германия, селена, рубидия и выявлен избыток свинца, никеля, кобальта, хрома. У женщин в возрасте 30-40 лет обнаружен дефицит химических элементов: калия, кальция, железа, цинка, селена, а избытка тяжелых металлов, ртути и свинца не обнаружено. В подвыборке из открытой популяции мужчин в возрасте 45-69 лет сохраняется дефицит калия, цинка, селена и избыток: титана, хрома, никеля, меди, рубидия, свинца.

Ключевые слова: многоэлементный состав крови, популяция, Новосибирск, РФА СИ

Введение

Параметры в исследованиях о составе человека часто плохо сопоставимы, т.к. неодинаковы по методическому и аппаратно-техническому обеспечению аналитической базы данных, поэтому отличаются большой вариабельностью [1, 2]. В докладе Комитета II, 1959 [3] приводятся данные

о содержании 46 естественных элементов, обнаруженных в организме взрослого человека. В то же время величины элементов, определенных для «условного человека» ни в коей мере не отражают популяционные значения, которые большинством исследователей определены как 25-75% или 10-90% значения вариационного ряда, тем более параметры отдельных индивидуумов. На процесс изменения величины влияет множество факторов (технический уровень исследований, объем выборок, экологический статус региона и др.). Многие химические элементы жизненно необходимы для выполнения основных функций человека: репродуктивной ^п), кроветворения (Fe) и другие. Важно определение наиболее опасных, токсических для человека химических элементов, к таковым относятся, по данным ООН, ^, Pb, Cd [2], но и другие. Так, в рамках Международной программы химической безопасности ВОЗ [4] опубликованы следующие элементы ^, Be, Pb, Sn, Mn, As, Т1 Позже к ним добавили ряд других элементов.

Недостаточные сведения о многоэлементном составе человека предполагают дальнейшие исследования на группах людей в разных странах и регионах отдельных государств. Объединение

данных, сопоставимых по методике исследований, критериям отбора обследуемых, статистической обработке данных, позволяет выработать критерии «здоровья» и «патологии».

Целью исследования было: определение 25 химических элементов крови в группах «условно здоровых», а также подвыборке из популяционных исследований в сравнении с известными данными.

Объект и методы исследования

I группа обследованных состояла из «условно здоровых» мужчин в возрасте 34-54 лет, II группа — «условно здоровых» женщин 30-50 лет и подвыборки из популяционной выборки мужчин в возрасте в возрасте 45-69 лет жителей г. Новосибирска. Определение химических элементов проводилось с помощью ретгенофлюоресцен-тного метода с применением синхротронного излучения 25 химических элементов крови людей, определялись: К, Ca, Ті, V, Сг, Mn, Fe, Со, №, Ca, Zn, Ga, Ge, Ая, Se, Br, Rb, Sг, X Zг, МЬ, Mo, Н& Pb, Bi. Т^ и и S, С1, Ьа.

Результаты

В группе «условно здоровых» мужчин выявлен дефицит следующих элементов: калия, селена, германия, рубидия, а также избыток свинца, ртути, мышьяка, никеля, кобальта, хрома у единичных индивидуумов (Таблица 1).

Содержание калия у мужчин г. Новосибирска колебалось от 214 до 1313 со средней 889 мкг/мл, что ниже (в 2 раза) приводимых данных (Скальный А.В. — 1622±1,5) [5]. Содержание кальция колебалось от 34,6 до 138, со средней геометри-

Таблица 1

Многоэлементный состав крови у мужчин «условно здоровых» г. Новосибирска (п=38)

Элементы <Хі> о п Мах Міп

К 889 1,57 38 1313 214

Са 78,5 1,3 36 138 34,6

Ті 2,81 2,24 7 12,2 1,26

Сг 0,81 2,72 6 4,62 0,23

Мп 1,44 3,73 22 13,7 0,26

Бе 467 1,18 38 729 337

Со 1,48 1,54 35 2,63 0,39

Мі 0,18 2,59 6 0,79 0,07

Си 1,01 1,71 36 4,62 0,2

гп 7,13 1,3 38 12,4 4,1

Ga 0,09 1,8 20 0,23 0,03

Ge 0,08 2,05 15 0,43 0,02

Л8 0,15 2,19 17 0,73 0,04

8е 0,09 1,74 32 0,2 0,02

Вг 4,42 1,41 38 8,21 2,02

ЯЬ 1,85 1,27 38 3,16 1,15

8г 0,12 1,84 32 0,47 0,04

У 0,12 4,63 18 1,75 0,01

г- 0,03 2,06 21 0,13 0,01

№ 0,03 1,96 13 0,14 0,01

Мо 0,04 3,23 17 0,51 0,01

0,07 1,66 24 0,22 0,03

РЬ 0,28 2,45 23 1,25 0,05

Ві 0,06 1,62 21 0,16 0,03

ТЬ 0,05 2,39 32 0,39 0,01

и 0,04 1,55 13 0,06 0,01

Примечание. <^1> — среднее геометрическое значение концентрации, мкг/мл; о — стандартное отклонение

ческой 78,5 мкг/мл, что ниже данных одних исследователей (Скальный А.В. — 90-100 мг/мл)

[5], но близко к данным других исследователей (Эмсли Дж. — 60) [6]. Содержание титана колеблется от 1,26 до 12,2, в среднем 2,81 мкг/мл при нормативах (Эмсли, 1997 г. — 0,054 мкг/мл) [6]. Таким образом, содержание титана у мужчин г. Новосибирска не выходит за пределы нормативов. Ванадия содержится от 0,80 до 14,65, в среднем 4,20 мкг/мл (Эмсли Дж. < 0,1) [6]. Содержание хрома колеблется от 0,23 до 4,62, в среднем 0,81 мкг/мл (Эмсли Дж. 0,006-0,11 [6], Lyengar G.V. — 0,00280,0045 [7]), что значительно выше данных других исследователей (в 8 раз). По марганцу у мужчин г.Новосибирска значения колебались от 0,26 до 13,7 мкг/мл, со средней геометрической 1,44, по Lyengar G.V. et а1. эти значения меньше от 0,2 до 4,4 [8], а у Вей-ата Н.Р. от 0,1 до 2,0 [9]; Вгайег Р.

— от 7 до 10 [10], Эмсли Дж. — от 1,6 до 7,5 [6]. Т.е. у мужчин г. Новосибирска средние значения не выходят за пределы, указываемые другими исследователями [11, 12]. Средняя геометрическая содержания железа у мужчин г. Новосибирска составила 467 с колебаниями от 337 до 729 мкг/мл,

в то время как Эмсли Дж. приводит содержание в 447 [6], Lyengar G.V. et а1. — 309-521 [7], т.е. данные по Новосибирску практически совпадают с данными вышеперечисленных исследователей, хотя максимальные величины у мужчин города Новосибирска несколько выше и могут отражать вероятность наличия среди мужчин гетерозигот гена гемохроматоза или заболевания печени. Низкие значения железа в 5 процентильной зоне предполагают вероятность дефицита железа среди мужчин в возрасте 34-54 лет. Соотношение Fe:Mn = 467:1,44=311. Кобальт содержится у мужчин в количествах от 0,39 до 2,63 мкг/мл, в среднем 1,48, что значительно превышает данные других авторов (Эмсли Дж. 0,002-0,04) [6]. Соотношение сопряженных элементов кобальта и никеля 1,5:0,2, в то время как это соотношение по Эмсли Дж. 0,04:0,05, т.е. 1:1 [6], причем обращает внимание однонаправленность изменения их концентрации, а именно увеличение.

Никель — химический элемент, ингибирующий ацетилхолинэстеразу, содержится в количествах от 0,07 до 0,79 мкг/мл, средняя геометрическая 0,18, что в три раза выше, чем данные, приводимые другими авторами: Lyengar G.V.

— 0,0045-0,028 [7], Эмсли Дж. — 0,001-0,05 [6] и в

2 раза выше ПДК (0,1).

Медь — селеноантагонист, содержание ее у мужчин г.Новосибирска колеблется от 0,2 до 4,62 мкг/мл, среднее геометрическое значение 1,01, что совпадает с данными других исследователей (Lyengar G.V. — 0,8-1,3 [8], Эмсли Дж. — 1,01 [6], при ПДК менее 0,9). Цинк выявлен у мужчин в количестве от 4,1 до 12,4 мкг/мл, в среднем 7,13 (Lyengar G.V. — 4,4-8,6 [7], Вгайег Р. — 4-7,5 [10], Эмсли Дж. — 1,01 [6], при ПДК менее 3,3). Наши данные не выше приведенных другими исследователями, но выше ПДК. Соотношение медь: цинк; 1:7=0,14; соотношение медь:цинк:марганец = 1:7 :1,4. Метод РФА СИ позволил определять в крови человека Ga, Ge, X Rb, №, о роли которых известно мало. Галлий — редкий элемент, содержание его колеблется от 0,03 до 0,23, в среднем 0,09 мкг/мл (Эмсли Дж. — 0,08) [6], что не выходит за рамки нормативов, но у ряда индивидуумов его больше нормы.

Германий также редкий элемент, его содержание было от 0,02 до 0,43, со средней 0,08 мкг/мл (Эмсли Дж — 0,44) [6], что входит в границы нормы. Мышьяк обнаружен только в 17 пробах, что составляет менее 50%, содержался в количествах от 0,04 до 0,73 со средней геометрической 0,15 мкг/мл, что несколько выше данных других исследователей (Lyengar G.V. — 0,002-0,023 [7], Эмсли Дж. — 0,0017-0,09 [6]). Селен у мужчин г. Новосибирска колеблется в пределах от 0,02 до 0,2,

средняя геометрическая составила 0,09 мкг/мл, в то время как Lyengar G.V. приводит значения 0,058-0,234 [7], а Эмсли Дж. 0,171 [6], что дает основание рассматривать наши данные близкими к норме, но клинические данные (по Англии- 0,32, США — 0,26, Канаде — 0,18 и) скорее как дефицит селена. При недостатке селена может обнаруживаться токсичность небольших количеств некоторых металлов.

Бром колебался от 2,02 до 8,21, в среднем 4,42 мкг/мл. Дефицита брома у человека нет, избыток вызывает ринит, бронхит, энтерит, неврологические расстройства [13]. Избыток обнаруживается у 3%, при нормативах до 10 мг/л [5]. Рубидий у мужчин содержится в количествах от 1,15 до 3,16, в среднем 1,85 мкг/мл, что не выше приведенных нормативов (Эмсли Дж. — 2,49) [6].

Стронций колеблется в пределах от 0,04 до 0,47, в среднем 0,12 мкг/мл, что несколько выше приводимых данных (Эмсли Дж. — 0,031) [6], а у некоторых индивидуумов даже на порядок выше. Иттрий содержался в пределах от 0,01 до 1,75, в среднем 0,12 мкг/мл, что значительно выше данных других исследователей (Эмсли Дж. — 0,0047) [6]. Цирконий у мужчин г.Новосибирска был в пределах от 0,01 до 0,13, в среднем 0,03, что также выше приводимых данных (Эмсли Дж. — 0,011)

[6]. Ниобий колебался в пределах от 0,01 до 0,14, в среднем 0,03 мкг/мл.

Молибден обнаружен в количестве от 0,01 до

0,51 мкг/мл, средняя геометрическая 0,04 (Эмсли Дж. приводит величины от 0,001 [6], а Lyengar

G.V. — 0,0008-0,0033 [7]), что значительно выше и требует дальнейших проверок. Существуют широкие индивидуальные и географические различия в содержании этого элемента, в пределах от 0,33 до 7,2 мкг на 100 мл. Цезий — редкий элемент, колебался в пределах от 0,01 до 0,39, в среднем 0,05 мкг/мл.

Ртуть обнаружена только у 24 человек, что составило 75%, и содержалась в количествах от 0,03 до 0,22, средняя геометрическая 0,07 мкг/мл, что почти равно приводимым данным других исследователей, но превышает допустимые значения у некоторых индивидуумов (Bowen H.J.M 0,0078, от 0,003 до 0,011 [14], Иванов В.В. < 0,0001-0,002 (0,005) [15], Химия, 2000 — 0,0006-0,059 [16]).

Свинец содержался в количествах от 0,05 до 1,25 со средней геометрической равной 0,28 мкг/ мл, что слегка превышает цифры, приводимые другими авторами (Эмсли Дж. — 0,21), [6] и выше предельно допустимых у отдельных индивидуумов, что может быть связано с профессиональной деятельностью (вождение автомобиля) или проживанием вблизи напряженных транспортных магистралей, где, как известно, почва загрязнена

на расстоянии до 30 метров от них, в том числе и свинцом. Кроме того, загрязнены вблизи дорог грибы и ягоды. Эти микроэлементы наиболее часто вызывают распространенные гиперэлемен-тозы в индустриальных районах России, избыток свинца появляется в результате деятельности промышленных предприятий и автомобильного транспорта [17].

Висмут содержался в количествах от 0,3 до

0,39, в среднем 0,06 мкг/мл, что меньше приводимых данных (Эмсли Дж. — <3 мг/г [6], Bertram

H.P. — <3 мг/г [9]).

Уран также относится к редким элементам, радиоактивный, короткоживущий, встречался у мужчин в крайне незначительных количествах: от 0,01 до 0,06, в среднем 0,04 мкг/мл (Эмсли Дж.

— 0,0005) [6], однако выше на порядок приводимых данных. В воде урана — 0,05-5 ppm. Учитывая минимальные значения вышеперечисленных элементов, чуть выше предела обнаружения, относиться к полученным данным следует с осторожностью, дополнительно проверяя их в режиме мониторинга. Особое внимание следует обращать на индивидуумов, у которых встречается сочетанное увеличение этих редких элементов, урана и цезия, для выяснения причин этого.

Таким образом, у мужчин «условно здоровых» города Новосибирска в возрасте 34-54 лет выявлен сочетанный дисбаланс химических элементов. Обнаружен дефицит следующих элементов: калия, германия, селена, рубидия. Выявлен избыток следующих элементов: свинца, никеля, кобальта, хрома.

В группе «условно здоровых» женщин (Таблица 2) обнаружен дефицит химических элементов: калия, кальция, железа, цинка, селена, а избытка тяжелых металлов; ртути и свинца не обнаружено. Достоверна разница по полу: у мужчин выше содержание хрома, марганца, железа и меди.

Третья группа обследованных — клиническая группа, подвыборка из популяционных исследований по программе «HAPIEE», которая включает как здоровых, так и больных (открытая популяция), n=50 человек (Таблица 3). Сохраняется однонаправленность с I группой по следующим элементам: Ca, Cr (повышение), Cu (повышение), Fe (равно), калий (повышен), Mg (равно), Mo (равно), Ni (в пределах ПДК), Pb (повышен), селен (дефицит в обеих группах), Sr ( в пределах ПДК), Zn (одинаково повышен в 2 раза).

Полученные данные отражают в том числе и неблагоприятную экологическую обстановку в крупном промышленном городе — Новосибирске [18]. Состояние микроэлементного статуса как в закрытой популяции, так и открытой, отражает дисбаланс химических элементов, в том числе

Таблица 2

Микроэлементы женщин, «здоровые», Новосибирск (n=7)

Примечание. Х — средняя арифметическая, ±m — ошибка среднеарифметической; <X> — среднее геометрическое значение концентрации, мкг/мл; о — стандартное отклонение.

токсических элементов — Сг, Си, РЬ и др., что создает неблагоприятный фон для развития сердечно-сосудистых заболеваний, в генезе которых эти элементы играют важную роль, в том числе в формировании дисфункции эндотелия.

Таким образом, в подвыборке из популяции мужчин (где есть больные и здоровые) сохраняется дефицит калия, цинка, селена и избыток титана, хрома, никеля, меди, рубидия, свинца. В первый фактор по значимости входят следующие элементы: калий, медь, цинк, во II фактор — галлий, а в III — рубидий.

Выводы:

1. Элементный состав крови «условно здоровых» мужчин и женщин отличается дисбалансом, у мужчин дефицит калия, селена, цинка, германия, рубидия, у женщин этот дисбаланс сложнее — дефицит калия, кальция, железа, селена, цинка.

2. У мужчин обнаружен избыток свинца, никеля, кобальта, хрома, у женщин в крови тяжелые металлы не обнаружены.

Таблица 3

Микроэлементы мужчин, по программе HAPIEE, Новосибирск (n=50)

Х <X> о ±m min max n

S 36,68 35,78 8,01 1,13 22,00 53,00 50

Cl 290,02 286,83 41,96 5,93 189,00 370,00 50

K 1194,78 1178,84 192,50 27,22 770,00 1594,00 50

Ca 44,78 40,04 23,60 3,34 15,00 135,00 50

Ti 1,73 1,41 1,17 0,17 0,30 6,20 49

Cr 0,14 0,09 0,10 0,02 0,01 0,38 23

Mn 0,58 0,48 0,31 0,04 0,09 1,22 50

Fe 368,58 358,49 92,41 13,07 227,00 727,00 50

Co 1,61 1,55 0,46 0,07 1,00 3,10 50

Ni 0,05 0,04 0,03 0,01 0,01 0,13 9

Cu 0,70 0,64 0,29 0,04 0,26 1,30 50

Zn 4,23 4,09 1,16 0,16 2,40 8,30 50

Ga

Ge

As

Se 0,07 0,07 0,02 0,003 0,02 0,14 50

Br 3,06 2,95 0,77 0,11 1,40 4,70 50

Rb 1,36 1,32 0,38 0,05 0,78 2,20 50

Sr 0,05 0,03 0,06 0,009 0 0,35 38

Y 0,17 0,06 0,05 0,007 0,07 0,28 50

Zr 0,16 0,03 0,31 0,13 0,01 0,79 6

Nb

Mo 0,009 0,007 0,009 0,003 0 0,03 8

Hg

Pb 0,06 0,04 0,09 0,02 0,01 0,51 30

Bi

Th

U

La 2,88 2,77 0,83 0,12 1,70 5,10 50

Примечание. Х — средняя арифметическая, ±m — ошибка среднеарифметической; <Х> — среднее геометрическое значение концентрации, мкг/мл; о — стандартное отклонение

3. Средние значения редких химических элементов (галлий, рубидий, иттрий) у мужчин г. Новосибирска существенно не отличаются от данных других регионов страны.

4. Выявленный дисбаланс химических элементов в крови человека свидетельствует о неблагоприятной экологической обстановке в регионе и может отражаться на здоровье населения, поэтому целесообразно проводить мониторинг химических элементов в биологических субстратах.

SOME PARAMETERS OF HEALTH OF THE PERSON (MULTIELEMENT STRUCTURE OF BLOOD)

E.Ya. Zhuravskaya, K.P. Koutzenogii, O.V. Chanki-na, T.I. Savchenko, N.A. Andryushina, L.A. Gyrgol-kay

Multielement blood composition in “apparently healthy” men and women in Novosibirsk was investigated using SRXRF method. In men 34-54 years of age there was revealed K, Ge, Se, Rb deficiency

Х <X> о ±m min max n

S 39,43 37,83 10,59 4,01 19,00 49,00 7

Cl 355,57 352,37 51,05 19,29 298,00 413,00 7

K 1223,57 1213,87 162,95 61,59 968,00 1426,00 7

Ca 73,71 69,16 22,87 8,65 27,00 96,00 7

Ti 3,91 3,65 1,46 0,55 1,80 5,80 7

Cr 0,20 0,13 0,19 1,98 0,04 0,51 7

Mn 0,86 0,82 0,28 0,51 0,46 1,26 7

Fe 380,71 379,44 33,31 12,59 326 427,00 7

Co 1,69 1,68 0,20 0,08 1,40 2,00 7

Ni 0,80 1

Cu 2,26 2,04 0,81 0,31 0,59 3,20 7

Zn 6,37 6,24 1,38 0,52 4,38 8,00 7

Ga

Ge

As

Se 0,08 0,07 0,02 0,008 0,05 0,1 6

Br 2,66 1,29 1,89 0,71 0,10 4,80 7

Rb 1,47 1,43 0,31 0,12 0,80 1,70 7

Sr 0,08 0,06 0,05 0,02 0,02 0,14 6

Y 0,23 0,22 0,01 0,005 0,21 0,24 6

Zr 0,03 0,02 0,02 0,009 0,01 0,06 5

Nb

Mo 0,01 0,01 0,008 0,004 0 0,02 5

Hg

Pb

Bi

Th

U

and Pb, Ni, Co, Cr were found in surplus. In women 30-50 years of age K, Ca, Fe, Zn, Se deficiency was found, and there was no a surplus of heavy metals, Pb and Hg. Men in subsample aged 45-69 had a deficiency of K, Zn, Se and a surplus of Ti, Cr, Ni, Cu, Rb, Pb.

Литература

1. Человек: медико-биологические данные (доклад рабочей группы Комитета МКРЗ по условному человеку): Пер. с англ. — М., 1977. — 495 с.

2. Adoph E.F. Ed. Physiology of Man in the Desert. / E.F. Adoph. — New York: Interscience Pull, 1947.

3. Altman P.L. (Ed) Blood and other Body Fluids. / P.L. Altman, D.S. Ditmer // Washington. Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 1961.

4. Гигиенические критерии состояния окружающей среды / ВОЗ. -Женева, 1994.

5. Скальный А.В. Биоэлементы в медицине / А.В. Скальный, И.А. Рудаков. — М., 2003. — 272 с.

6. Эмсли Дж. Элементы / Дж. Эмсли. — М., 1993.

— 256 с.

7. Lyengar G.V. The elements composition of human tissues and body fluids / G.V. Lyengar, W.E. Kollmer, H.J.M. Bowen. — New-York: Weinheim, 1978.

8. Lyengar G.V. Trace elements in human Clinical Specimens: Evaluation of Literature Date to identify Reference Values / G.V. Lyengar, J. Woittiez // Clin. Chem. — 1988. — Vol. 34/3.

9. Bertram H.P. Spurenelemente: Analytik,

okotoxikologische und medizinisch — klinische Bedeutung. / H.P. Bertram. — Munchen, Wien, Baltimore: Urban und Schwarzenberg, 1992.

10. Mineralstoffe und Spurenelemente Hrsbg: Bertelsmann Stiftung / P. Bratter, W. Forth, W. Fresenius et al. — Gutersloh: Verlag Bertelsmann Stiftung, 1992.

11. Сусликов ВЛ. Геохимическая экология болезней / В.Л. Сусликов // Т.1. Диалектика биосферы и ноосферы. — М. — 1999.

12. Сусликов ВЛ. Геохимическая экология болезней. — Т. 2. / В.Л. Сусликов. Атомовиты. — М., 2000.

— 672 с.

13. Жаворонков А.А. Проблема микроэлементозов человека / А.А. Жаворонков, Л.М. Михалева // Материалы 2-й Российской школы «Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы» (Москва, 25-28 января 1999). — М., 1999.

14. Bowen H.J.M. Trace elements in biochemistry /

H.J.M. Bowen — New-York-London: Academic Press, 1966.

15. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник / В.В. Иванов. — М., 1994.

16. Химия: Справочное издание: Пер. с нем. — 2-е изд. / В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, X. Бибрак и др.

— М., 2000.

17. Агаджанян Н.А. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека / Н.А. Агаджанян, А.В. Скальный. — М., 2001.

18. Шалмина Г.Г. Безопасность жизнедеятельности / Г.Г. Шалмина, Я.Б. Новоселов. — Новосибирск, 2002.

— 433 с.