CC BY-ND
13
С/
№ Check (or updates
Original Research Article
© Кадникова Е.П., 2022 УДК 614.7:061.5:616-084
Оценка состояния здоровья детей, проживающих в условиях воздействия токсической нагрузки в городах с развитой цветной металлургией Свердловской области
Е.П. Кадникова Управление Роспотребнадзора по Свердловской области, пер. Отдельный, д. 3, г. Екатеринбург, 620078, Российская Федерация
Резюме
Введение. Риски, формируемые кадмием, мышьяком и свинцом в Свердловской области, обуславливают дополнительные случаи заболеваний у детей. Данные токсиканты оказывают влияние на минеральный обмен, повреждение клеток печени, почек, показатели иммунитета, нервную систему.
Цель: оценить уровень содержания кадмия, свинца и мышьяка в биосредах, наблюдаемый у детей дошкольного возраста (3-6 лет), проживающих в городах с развитой цветной металлургией, и состояние здоровья при обнаруженном уровне токсической нагрузки.
Материалы и методы. Исследование проведено в 6 городах Свердловской области с развитой цветной металлургией. Анализ уровня загрязнения среды обитания проведен по данным социально-гигиенического мониторинга. Для оценки токсической нагрузки проведен биомониторинг. Проанализирован уровень хронической заболеваемости детей в организованных коллективах, приведены результаты специального обследования детей (включающего осмотр педиатра и невролога). Выполнено математическое моделирование с использованием метода «Деревья решений». Результаты. Установлено превышение среднеобластного уровня хронической заболеваемости детей в организованных коллективах по 9 классам болезней. По результатам углубленного обследования в структуре основного диагноза лидируют болезни: кожи и подкожной клетчатки; органов дыхания; крови и отдельные нарушения, вовлекающие иммунный механизм; пищеварительной системы. При оценке неврологического статуса выявлены: резидуальная церебральная органическая недостаточность, синдром дефицита внимания с гиперактивностью, це-ребрастенический синдром. При оценке данных биомониторинга в группе детей с вышеперечисленными отклонениями обнаружено повышенное содержание свинца, мышьяка и кадмия в биосредах. Результаты математического моделирования свидетельствуют о статистически достоверных взаимосвязях между содержанием свинца, кадмия, мышьяка в объектах окружающей среды, данными биомониторинга и результатами клинико-лабораторного обследования детей (уровнем аланинаминотрансферазы, цинка, общего белка, фагоцитарного индекса и носителя маркера апоптоза CD95+).
Выводы. Результаты биомониторинга ассоциируются с данными о хронической заболеваемости детей в организованных коллективах. Установлен уровень токсической нагрузки, при превышении которого могут возникать отклонения клинико-лабораторных показателей от референтных значений. Полученные результаты могут быть использованы при реализации медико-профилактических мероприятий.
Ключевые слова: кадмий, свинец, мышьяк, биомониторинг, хроническая заболеваемость.
47
Для цитирования: Кадникова Е.П. Оценка состояния здоровья детей, проживающих в условиях воздействия токсической нагрузки в городах с развитой цветной металлургией Свердловской области // Здоровье населения и среда обитания. 2022. Т. 30. № 9. С. 67-76. doi: https://doi.org/10.35627/2219-5238/2022-30-9-67-76
Сведения об авторе:
И Кадникова Екатерина Петровна - начальник отдела социально-гигиенического мониторинга; e-mail: mail@66.rospotrebnadzor. ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6967-1633.
Информация о вкладе автора: автор подтверждает единоличную ответственность за концепцию и дизайн исследования, сбор и анализ данных, интерпретацию результатов, подготовку рукописи.
Соблюдение этических стандартов: работа одобрена локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России (протокол № 5 от 15 декабря 2017 г.).
Финансирование: исследование проведено без спонсорской поддержки.
Конфликт интересов: автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.
Благодарности. Автор выражает благодарность Кузьмину Сергею Владимировичу, д.м.н., профессору, директору ФБУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора; Гурвичу Владимиру Борисовичу, д.м.н., научному руководителю ФБуН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; Кацнельсону Борису Александровичу, д.м.н., профессору, научному консультанту ФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; Малых Ольге Леонидовне, к.м.н., научному сотруднику лаборатории социально-гигиенического мониторинга и управления рисками ФБУН «Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора; Плотниковой Инге Альбертовне, д.м.н., доценту кафедры детских болезней лечебно-профилактического факультета ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России за консультативную помощь в проведении исследования и интерпретации результатов. Статья получена: 22.08.22 / Принята к публикации: 08.09.22 / Опубликована: 30.09.22
Assessment of the Health Status of Children Exposed to Industrial Toxicants in the Towns with Developed Non-Ferrous Metallurgy
of the Sverdlovsk Region
Ekaterina P. Kadnikova Sverdlovsk Regional Office of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, 3 Otdelny Lane, Yekaterinburg, 620078, Russian Federation
Summary
Introduction: In the Sverdlovsk Region, the risks posed by cadmium, arsenic and lead exposures account for higher disease rates in the most sensitive groups of population. Recent studies have shown that these toxicants have an effect on mineral metabolism, damage to liver cells, kidneys, immunity indicators, and the nervous system.
Objective: To assess the levels of cadmium, lead and arsenic in biological fluids of preschool children aged 3-6 years, living in towns with developed non-ferrous metallurgy, and possible changes in the health status at the detected level of toxicity. Materials and methods: The study was conducted in six towns of the Sverdlovsk Region with developed non-ferrous metallurgy. Environmental pollution in the study areas was assessed based on data of socio-hygienic monitoring. Biological
voLume 30, issue 9, 2022
68
Оригинальная исследовательская статья
monitoring was carried out to establish the levels of toxicants in blood and urine of children. A descriptive analysis of chronic morbidity in preschool children was performed, and the results of a special health examination of children (including that by a pediatrician and a neurologist) were presented. Mathematical modeling using decision trees was carried out. Results: Health monitoring data indicate an excess of the average regional prevalence rates in the studied preschoolers in nine disease categories. According to the results of an in-depth examination of the preschool children, diseases of the skin and subcutaneous tissue, diseases of the respiratory system, blood diseases and individual disorders involving the immune mechanism, and digestive diseases prevailed. Among concomitant diseases, the most prevalent were diseases of the digestive, nervous, and respiratory systems. Assessment of the neurological status showed that the largest percentage of children had residual cerebral insufficiency, attention deficit hyperactivity disorder, and cerebrastenic syndrome. Biomonitoring results indicated a higher level of lead, arsenic and cadmium in the biological fluids of those children. Mathematical modeling demonstrated statistically significant correlations between lead, cadmium, and arsenic concentrations in environmental objects, biomonitoring results, and clinical and laboratory examination data of children (the blood levels of alanine aminotransferase, zinc, total protein, phagocytic index, and the carrier of the marker of apoptosis CD95+).
Conclusions: The results of biological monitoring were consistent with data on chronic morbidity in preschool children. Modeling data provided the body burden of toxicants, above which deviations of clinical and laboratory parameters from the reference values may occur. The findings can be used in implementation of targeted measures for disease prevention. Keywords: cadmium, lead, arsenic, biomonitoring, chronic diseases. For citation: Kadnikova EP. Assessment of the health status of children exposed to industrial toxicants in the towns with developed non-ferrous metallurgy of the Sverdlovsk Region. Zdorov'e Naseleniya i Sreda Obitaniya. 2022;30(9):67-76. (In Russ.) doi: https://doi. org/10.35627/2219-5238/2022-30-9-67-76 Author information:
И Ekaterina P. Kadnikova, Head of the Department of Socio-Hygienic Monitoring; e-mail: mail@66.rospotrebnadzor.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6967-1633.
Author contribution: The author confirms sole responsibility for the study conception and design, data collection, analysis and interpretation of results, and manuscript preparation.
Compliance with ethical standards: Study approval was provided by the Local Ethics Committee of the Ural State Medical University of the Russian Ministry of Health (Minutes No. 5 of December 15, 2017).
Funding: The author received no financial support for the research, authorship, and/or publication of this article. Conflict of interest: The author declares that there is no conflict of interest.
Acknowledgements: The author would like to express her sincere gratitude to Prof. Sergey V. Kuzmin, Director of F.F. Erisman Federal Research Center for Hygiene; Dr. Vladimir B. Gurvich, Scientific Director of the Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers; Prof. [Boris A. Katsnelson, Scientific Advisor of the Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers; Olga L. Malykh, Cand. Sci. (Med.), Researcher, Laboratory of Socio-Hygienic Monitoring and Risk Management, Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in IndustrialWorkers; and Dr. Inga A. Plotnikova, Assoc. Prof., Department of Childhood Diseases, Faculty of Preventive Medicine of the Ural State Medical University, for their valuable advisory assistance in conducting the study and interpreting the results. Received: August 22, 2022 / Accepted: September 8, 2022 / Published: September 30, 2022
Введение. В соответствии с результатами социально-гигиенического мониторинга в Свердловской области на протяжении многих лет комплексная химическая нагрузка занимает лидирующее положение среди всех факторов, оказывающих влияние на уровень болезней органов дыхания, врожденных аномалий, болезней костно-мышечной системы, болезней крови и кроветворных органов, злокачественных новообразований и прочих нозологий не только взрослого, но и детского населения.
По результатам ранжирования уровня прогнозируемых многосредовых рисков, обусловленных воздействием загрязнений объектов среды обитания, в городах, прежде всего с развитой цветной металлургией, лидирует риск задержки психического развития детского населения (прогнозируется 5,3 случая на 1000 населения) и преждевременной смертности среди взрослых (прогнозируется 1,4 случая на 1000 населения) в связи с многосре-довым свинцовым загрязнением; далее следует суммарный канцерогенный риск (основной вклад в риск для здоровья населения вносит мышьяк (523 случая онкологических заболеваний)), на третьем месте — риск возникновения нефропатий за всю жизнь населения в связи с многосредовым воздействием кадмия (139 468 случаев)1.
По современным литературным данным, эти токсиканты оказывают выраженное влияние на минеральный обмен, и связано это, прежде всего, с особенностями их поглощения в организме: транспортные белки желудочно-кишечного тракта (БМТ1, ТЯРУ6, 71Р8, 71Р14), обладающие широкой субстратной специфичностью, позволяют транспортировать большинство двухвалентных
1 Государственный доклад о состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Свердловской области в 2021 году [Электронный ресурс]. Доступно по: https://www.66.rospotrebnadzor.rU/c/document_library/ get_file?uuid=09130ea3-ab49-4c27-b4b6-06792a94c295&groupId=10156. Ссылка активна на: 09 сентября 2022.
металлов (как макро-, микроэлементов, так и токсичных металлов) [1].
В соответствии с современными представлениями о метаболизме ксенобиотиков в реализации первой стадии — обезвреживание ксенобиотика и перевод его в форму, удобную для выведения из организма, — ключевую роль играют клетки печени с поэтапным прохождением нескольких фаз, таких как гидроксилирование, реакции конъюгации и синтеза. В результате данных процессов возможно повреждающее действие свинца, кадмия и мышьяка на клетки печени [2—4]. Во время второй стадии — выведение токсина из организма — связанные с белками токсиканты направляются в почки, оказывая токсическое воздействие на эпителиальные клетки канальцев и почечные клубочки с нарушениями фильтрационной способности и, как следствие, изменение белкового обмена, диуреза, обмена микроэлементов и т. д. [5—10].
Среди иммунотропных эффектов токсикантов различают снижение функциональной активности иммунокомпетентных клеток, подавление окислительного метаболизма макрофагов, снижение митогениндуцированной и антителозависимой цитотоксичности, нарушение цитокинового баланса и антителогенеза, нарушение функционального состояния нейтрофильных лейкоцитов, нарушение фагоцитарной активности нейтрофилов [11, 12]. По данным Касохова Т.Б., вторичная иммунная недостаточность у детей, проживающих в регионе, загрязненном солями металлов, характеризуется выраженными сдвигами в интерфероногенезе и фагоцитозе по сравнению с Т- или В-клеточными звеньями иммунитета (по степени чувствительности
Original Research Article
интерфероновая система > фагоцитарная система > Т и В системы иммунитета)2.
Анализ материалов научной литературы показывает, что нейротоксические механизмы воздействия свинца, кадмия и мышьяка обусловлены их проникновением в головной мозг в виде свободных ионов, в комплексе с низкомолекулярными ли-гандами либо при транспортировке катионными переносчиками DMT1 и в последующем приводят к поведенческим и когнитивным расстройствам у детей [13—17].
Перечисленные неблагоприятные эффекты зависят от поглощенной дозы вещества, в связи с чем различные концентрации данных токсикантов в биологических средах организма формируют различные эффекты для здоровья, причем выраженность тех или иных сдвигов может и не манифестировать сразу же после воздействия, а проявить себя спустя значительный промежуток времени, характеризуя накопительный эффект воздействия на организм данных токсикантов3 [18].
Правильная и своевременная оценка состояния здоровья и токсической нагрузки этими токсикантами важна для организации последующих мероприятий по управлению рисками возникновения и развития отклонений в состоянии здоровья населения.
В соответствии с современной концепцией предиктивной, превентивной и персонализированной медицины4 развитие индивидуальных подходов к пациенту подразумевает использование биомаркеров (например, концентрации токсикантов в биосредах) с целью выявления предикторных изменений в состоянии организма для своевременной минимизации риска развития заболеваний, обусловленных химическим загрязнением среды обитания, и последующей разработки и применения соответствующих профилактических мер.
В связи с этим необходимо знать не только уровни приоритетных токсикантов в биосредах, наблюдаемых у детей, проживающих в условиях естественного содержания и антропогенного загрязнения среды обитания свинцом, кадмием и мышьяком, но и возможные предикторные ответы, возникающие в организме при установленном уровне токсической нагрузки.
Цель: оценить уровень содержания кадмия, свинца и мышьяка в биосредах, наблюдаемый у детей дошкольного возраста (3—6 лет), проживающих в городах с развитой цветной металлургией, и состояние здоровья при обнаруженном уровне токсической нагрузки.
Материалы и методы. Для проведения исследования выбраны 6 городов Свердловской области,
2 Касохов Т.Б. Вторичная иммунная и интерфероновая недостаточность у детей при экопатогенном воздействии свинца, кадмия, цинка: автореф. дисс. ... д-ра мед. наук. М, 1999. Доступно по: http://medical-diss.com/medicina/ vtorichnaya-immunnaya-i-interferonovaya-nedostatochnost-u-detey-pri-ekopatogennom-vozdeystvii-svintsa-kadmiya-tsinka. Ссылка активна на 9 сентября 2022 г.
3 Плотникова И.А. Комплексный подход к оценке состояния здоровья и эффективности реабилитационных мероприятий у детей, проживающих в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды: дис. ... д-ра мед. наук. Екатеринбург, 2011. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/kompleksnyi-podkhod-k-otsenke-sostoyaniya-zdorovya-i-effektivnosti-reabilitatsionnykh-meropr. Ссылка активна на 9 сентября 2022 г.
4 Приказ Министерства здравоохранения РФ от 24 апреля 2018 г. № 186 «Об утверждении Концепции предиктивной, превентивной и персонализированной медицины».
5 МУК 4.1.1483—03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой».
6 МУК 4.1.1482—03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, поливитаминных препаратах с микроэлементами, в биологически активных добавках к пище и в сырье для их изготовления методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой».
7 МУК 4.1.1897—04 «Определение химических соединений в биологических средах».
расположенных в зонах влияния крупных промышленных предприятий цветной металлургии, в которых в период с 2004 по 2020 год были организованы медико-профилактические мероприятия по управлению риском здоровью населения: городской округ (далее ГО) Первоуральск, ГО Краснотурьинск, ГО Красноуральск, ГО Ревда, ГО Верхняя Пышма, Кировградский ГО.
Объектом исследования являлись дети в возрасте 3—6 лет, проживающие на территории вышеуказанных городов и участвовавшие в реализации медико-профилактических мероприятий по управлению риском здоровью населения в период с 2004 по 2020 год. В выборку было включено 2026 детей, средний возраст которых составил 4,46 ± 0,6 года. Обязательным критерием для включения детей в систему медико-профилактических мероприятий по управлению риском здоровью населения было наличие добровольного информированного согласия родителей на проведение биомониторинга и лабораторного обследования, согласия на обработку персональных данных.
Оценка качества среды обитания (уровни загрязнения свинцом, кадмием и мышьяком атмосферного воздуха, почвы, питьевой воды) на территориях указанных городов была выполнена по данным информационного фонда социально-гигиенического мониторинга Свердловской области.
Биомониторинг токсической нагрузки выполнен в соответствии с пособием для врачей «Организация и проведение оценки содержания токсических элементов в биологических материалах» (утв. секцией «Гигиена» УС МЗ и СР РФ 15 декабря 2004 г., протокол № 6). Исследования биоматериалов проводили в соответствии с методическими указаниями567.
Статистическая обработка результатов биомониторинга включала в себя расчет средних концентраций по всему массиву данных по городам с развитой цветной металлургией, медиану, асимметрию, стандартное отклонение, проверку характера распределения, ошибку средней величины; для установления взаимосвязей между концентрацией свинца, кадмия и мышьяка в моче от их уровней в крови были рассчитаны парные коэффициенты Пирсона.
В соответствии с данными информационного фонда социально-гигиенического мониторинга Свердловской области в 6 муниципальных образованиях выполнен расчет показателей структуры, уровня, темпы прироста/убыли хронической заболеваемости детей в организованных коллективах.
Для анализа состояния здоровья детей были использованы «Шаблоны электронных медицинских
volume зо, issue 9, 2022
документов в формате международного стандарта HL7 CDA Release 2 для системы мониторинга детей с экологически обусловленными заболеваниями для муниципальных детских лечебно-профилактических учреждений». Данное программное средство содержит результаты проведенного специального обследования детей, включавшего консультацию педиатра, невролога, клинико-лабораторное обследование (показатели красной крови (гемоглобин, эритроциты), биохимические показатели (глюкоза, АЛТ, АСТ, железосвязывающая способность сыворотки), макроэлементы (кальций, фосфор, цинк, медь), показатели клеточного иммунитета (CD-20,3,4,56,8,95 и их % содержание), фагоцитарный индекс, фагоцитарное число, показатели гуморального иммунитета (IgA, IgG, IgM))8.
Анализ взаимосвязей концентраций свинца, кадмия и мышьяка в объектах среды обитания, уровня токсической нагрузки (по данным биомониторинга) и состояния здоровья детей проведен методом «Деревья решений» (Decision Tree) с использованием критерия Манна — Уитни, алгоритма Conditional inference trees (реализация Ctree из пакета Party) для построения регрессионных деревьев решений (p < 0,0050).
Исследование проведено в рамках научно-исследовательской работы «Гигиеническая диагностика и оценка риска для здоровья населения», зарегистрированной ФГАНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной
Оригинальная исследовательская статья
власти», номер государственного учета НИОКТР АААА-А18-118041890074-7 от 18 апреля 2018 г. Работа одобрена локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России (протокол № 5 от 15 декабря 2017 г.).
Результаты. По данным социально-гигиенического мониторинга на территории городов с развитой цветной металлургией за период с 2004 по 2020 год большинство проб атмосферного воздуха и питьевой воды, исследованных на содержание свинца, кадмия и мышьяка, соответствовали гигиеническим нормативам. Удельный вес проб почвы, не соответствующий гигиеническим нормативам, в изучаемых муниципальных образованиях, составляет по свинцу 20,7 %, по кадмию — 13,0 %, по мышьяку — 10,5 %, в том числе проб почвы селитебных территорий по свинцу — 21,2 %, по кадмию — 7,4 %, по мышьяку — 4,2 %; на территории детских образовательных учреждений по свинцу — 36,3 %, по кадмию — 15,4 %, по мышьяку — 0,7 % [19].
Для оценки влияния на здоровье детей свинца, кадмия и мышьяка проведен биомониторинг токсической нагрузки в рамках действующей на территории Свердловской области системы медико-профилактических мероприятий управления риском для здоровья населения в унифицированных условиях обследования (табл. 1).
Для установления взаимосвязей между уровнем содержания свинца, кадмия и мышьяка
Таблица 1. Средние концентрации свинца, кадмия и мышьяка в крови и моче у детей, проживающих в городах с развитой цветной металлургией Свердловской области
Table 1. Mean blood and urinary levels of lead, cadmium and arsenic in children living in the towns with developed non-ferrous metallurgy of the Sverdlovsk Region
Городской округ / Town Кровь (мкг/дл) / Blood (^g/dL) M ± m Моча (мг/л) / Urine (mg/L) M ± m Коэффициент корреляции Пирсона / Pearson correlation coefficient
Средняя концентрация мышьяка / Mean arsenic level
Верхняя Пышма / Verkhnyaya Pyshma 0,2883 ± 0,0471 0,0255 ± 0,0037 0,0923*
Кировград / Kirovgrad 0,6067 ± 0,0937 0,0299 ± 0,0086 0,0571*
Краснотурьинск / Krasnoturyinsk 0,3627 ± 0,0159 0,0190 ± 0,0018 -0,0296
Красноуральск / Krasnouralsk 0,5020 ± 0,0368 0,0255 ± 0,0018 0,0021*
Первоуральск / Pervouralsk 1,3520 ± 0,1514 0,0131 ± 0,0010 -0,0182
Ревда / Revda 0,4881 ± 0,0350 0,0190 ± 0,0013 0,0536*
Средняя концентрация кадмия / Mean cadmium level
Верхняя Пышма / Verkhnyaya Pyshma 0,0187 ± 0,0050 0,0006 ± 0,0002 -0,0828*
Кировград / Kirovgrad 0,0505 ± 0,0097 0,0005 ± 0,0001 -0,0753*
Краснотурьинск / Krasnoturyinsk 0,0620 ± 0,0402 0,0004 ± 0,0001 -0,0175
Красноуральск / Krasnouralsk 0,0540 ± 0,0051 0,0004 ± 0,0001 -0,0758*
Первоуральск / Pervouralsk 0,0148 ± 0,0018 0,0002 ± 0,00002 0,0385
Ревда / Revda 0,0421 ± 0,0112 0,0003 ± 0,0001 -0,0240*
Средняя концентрация свинца / Mean lead level
Верхняя Пышма / Verkhnyaya Pyshma 2,8196 ± 0,1481 0,0053 ± 0,0008 0,1154*
Кировград / Kirovgrad 3,3728 ± 0,1662 0,0060 ± 0,0007 0,0020
Краснотурьинск / Krasnoturyinsk 2,5375 ± 0,0772 0,0060 ± 0,0004 0,0598*
Красноуральск / Krasnouralsk 3,9362 ± 0,1057 0,0086 ± 0,0007 0,0285*
Первоуральск / Pervouralsk 3,5263 ± 0,1523 0,0313 ± 0,0034 0,0275
Ревда / Revda 3,5728 ± 0,1026 0,0072 ± 0,0005 0,0415*
Примечание: * - p < 0,0050. Notes: *p < 0.0050.
8 Темнова О.В., Плотникова И.А., Вялухин С.Г. Шаблоны электронных медицинских документов в формате международного стандарта HL7 CDA Release 2 для системы мониторинга детей с экологически обусловленными заболеваниями для муниципальных детских лечебно-профилактических учреждений. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611586. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2013.
Original Research Article
в объектах среды обитания и их концентрациями в биосредах было проведено математическое моделирование зависимостей «внешняя среда — маркер экспозиции». Предикторными переменными для такой математической модели были выбраны средние концентрации свинца, кадмия и мышьяка в объектах окружающей среды, а зависимыми переменными — маркеры экспозиции. Обнаружено, что содержание свинца в воде более 0,00014 мг/л, концентрация мышьяка в воздухе более 0,000002 мг/м3 и в воде более 0,0001 мг/л, кадмия в почве более 1,33 мг/кг и в воде более 0,00028 мг/л приводило к росту этих токсикантов в биосредах у детей в 1,4—6,9 раза [19].
В соответствии с современными представлениями о токсикокинетике и токсикодинамике к основным системам, которые наиболее подвержены воздействию изучаемых токсикантов, относятся: центральная нервная система, кроветворная, репродуктивная, гормональная, сердечно-сосудистая, иммунная, мочевыделительная системы, система органов дыхания, пищеварения [4, 18, 20—25]. Учитывая возможное разнообразие эффектов в организме человека, возникающих при поражении указанных критических органов и систем, в качестве установления вероятного воздействия на
популяционное здоровье детей в изучаемых городах от воздействия свинца, кадмия и мышьяка, а также из имеющейся информации в региональном информационном фонде социально-гигиенического мониторинга Свердловской области был проанализирован среднемноголетний уровень и средние темпы прироста (убыли) хронической заболеваемости детей в организованных коллективах по основным классам болезней за период 2004-2020 гг. (табл. 2).
Полученные данные о среднемноголетних уровнях хронической заболеваемости детей в организованных коллективах и ее средних темпах прироста/убыли свидетельствовали о достоверно высоких уровнях по сравнению со среднеобластными показателями по следующим классам: болезни крови и кроветворных органов, болезни кожи и подкожной клетчатки, врожденные аномалии развития, болезни системы кровообращения, болезни органов пищеварения, болезни мочеполовых органов, инфекционные и паразитарные болезни, психические расстройства, новообразования.
Обнаружены корреляционные зависимости между концентрацией свинца, кадмия и мышьяка в биосредах и уровнями хронической заболеваемости (уровень свинца в крови был взаимосвязан
Таблица 2. Среднемноголетние уровни (на 1000 детей в возрасте 3-6 лет) и средние темпы прироста/убыли (%) хронической заболеваемости детей в организованных коллективах по классам болезней по 6 муниципальным образованиям
Свердловской области в 2004-2020 гг.
Table 2. Average long-term (per 1,000 children aged 3-6 years) and change rates (%) of chronic morbidity in preschool children by disease categories in six towns of the Sverdlovsk Region, 2004-2020
47
Классы болезней / Disease categories Среднеобластной уровень (прирост/убыль) / Average regional rate (change rate) Городской округ / Town
Верхняя Пышма / Verkhnyaya Pyshma Красно-турьинск/ Krasnoturyinsk Первоуральск/ Pervouralsk Ревда/ Revda Красно-уральск/ Krasnouralsk Кировград / Kirovgrad
Болезни крови и кроветворных органов / Diseases of the blood and hematopoietic organs 13,8 ± 0,56 (+1,52 %) 3,2 ± 0,63 (-9,17 %) 25,28 ± 2,35 (+9,28 %)** 8,88 ± 0,61 (+1,93 %)** 10,33 ± 1,1 (+8,74 %)** 16,63 ± 1,66 (-0,14 %) 34,09 ± 50* (+18,49 %)**
Болезни кожи и подкожной клетчатки / Diseases of the skin and subcutaneous tissue 26,45 ± 1,48 (-3,94 %) 21,16 ± 2,56 (-9,69 %) 34,75 ± 5,16* (-12,65 %) 19,17 ± 1,07 (-3,44 %) 38,26 ± 3,96* (-6,29 %) 30,7 ± 4,41 (-2,28 %) 25,74 ± 1,63 (-0,89 %)
Врожденные аномалии развития / Congenital malformations 12,75 ± 0,32 (+1,93 %) 13,31 ± 1,48 (+1,27 %) 16,2 ± 1,71* (-12,30 %) 5,65 ± 0,4 (+0,43 %) 12,22 ± 1,19 (-2,66 %) 9,38 ± 0,79 (+0,53 %) 16,2 ± 3,01 (+9,68 %)**
Болезни системы кровообращения / Diseases of the circulatory system 7,17 ± 0,44 (+5,21 %) 3,33 ± 0,43 (+5,52 %)** 15,16 ± 3,47* (+10,56 %)** 10,18 ± 1,24 * (-7,81 %) 6,2 ± 1,08 (+14,33 %)** 2,53 ± 0,56 (+1,65 %) 3,56 ± 0,58 (+0,59 %)
Болезни органов дыхания / Diseases of the respiratory system 39,08 ± 1,98 (-1,42 %) 21,12 ± 2,72 (-14,57 %) 33,82 ± 4,99 (-7,05 %) 40,13 ± 4,74 (+5,78 %) 37,73 ± 3,24 (-4,59 %) 33,02 ± 3,87 (-4,36 %) 41,47 ± 3,16 (+5,50 %)
Болезни органов пищеварения / Diseases of the digestive system 43,72 ± 1,99 (+0,38 %) 13,82 ± 1,95 (-11,23 %) 45,41 ± 11,88* (+9,25 %)** 20,9 ± 2,27 (+3,84 %)** 62,09 ± 7,06* (-6,82 %) 28,07 ± 3,69 (+4,67 %)** 17,41 ± 1,97 (+1,62 %)**
Болезни мочеполовых органов / Diseases of the genitourinary organs 29,06 ± 1,18 (-3,02 %) 28,26 ± 4,26 (-10,18 %) 21,24 ± 1,74 (+3,22 %)** 19,45 ± 1,69 (-7,50 %) 44,49 ± 2,39* (-2,84 %) 16,77 ± 2,6 (+2,95 %)** 42,16 ± 3,41* (+8,23 %)**
Инфекционные и паразитарные болезни / Infectious and parasitic diseases 13,64 ± 0,91 (-0,27 %) 6,17 ± 1,25 (-0,27 %) 9,09 ± 1,77 (-10,23 %) 12,94 ± 2 (+9,50 %)** 9,86 ± 1,53 (-5,25 %) 30,11 ± 5,39* (+2,78 %)** 2,43 ± 1,44 (+0,04 %)
Болезни эндокринной системы / Diseases of the endocrine system 17,1 ± 2,32 (+4,67 %) 13,21 ± 1,37 (+0,13 %) 29,05 ± 10,44 (+12,51 %)** 11,66 ± 1,22 (+5,81 %)** 12,79 ± 1,97 (+11,82 %)** 10,44 ± 2,27 (+18,54 %)** 10,14 ± 2,01 (+22,85 %)**
Психические расстройства/ Mental disorders 14,46 ± 1,34 (-6,55 %) 14,32 ± 1,79 (-10,33 %) 3,64 ± 0,47 (-3,17 %) 8,98 ± 1,27 (-12,46 %) 10,52 ± 2,08 (+0,27 %)** 17,13 ± 2,93* (-4,81 %) 11,41 ± 1,49 (+0,55 %)**
Новообразования / Neoplasms 3,41 ± 0,14 (+3,37 %) 1,78 ± 0,22 (-6,83 %) 2,02 ± 0,33 (+0,25 %)** 4,10 ± 0,46* (-9,24 %) 1,63 ± 0,27 (+10,97 %)** 1,02 ± 0,37 (+31,33 %)** 0,41 ± 0,09 (-0,05 %)
Болезни нервной системы / Diseases of the nervous system 103,37 ± 1,86 (+0,69 %) 60,91 ± 9,36 (-16,93 %) 21,32 ± 5,69 (-6,40 %) 43,49 ± 4,9 (+7,58 %)** 25,08 ± 2,74 (+2,62 %)** 63,41 ± 10,64 (-3,63 %) 26,36 ± 4,91 (+8,21 %)**
Примечание: * - жирным курсивом выделены уровни хронической заболеваемости, которые достоверно выше среднеобластных показателей (р < 0,05 по критерию Манна - Уитни), ** - жирным шрифтом выделены средние темпы прироста, превышающие среднеобластное значение. Notes: * Prevalence rates exceeding the regional averages are in bold italics (p < 0.05, Mann-Whitney U-test); ** Average growth rates exceeding the regional averages (p < 0.05) are in bold.
voLume 30, issue 9, 2022
72
с уровнем психических расстройств (г = 0,34, p < 0,05), кадмия в моче — с уровнями болезней органов дыхания (г = 0,35, p < 0,05), органов пищеварения (г = 0,48, p < 0,05), кожи и подкожной клетчатки (г = 0,41, p < 0,05)).
В соответствии с установленными унифицированными медицинскими критериями отбора дети из группы риска развития заболеваний, связанных с высоким уровнем химического загрязнения среды обитания (аллергодерматозы, бронхообструкция, бронхиальная астма, хронический тонзиллит, круглогодичный ринит, аллергический риносинусит, поллинозы, нарушения обмена обменно-конституционного характера, а также группа часто и длительно болеющих детей), и имеющие наибольший уровень токсической нагрузки были направлены на специальное обследование, организованное и проведенное на базе отделения восстановительного лечения ГБУЗ СО «Областная детская клиническая больница № 1» (озеро Балтым). По полученным результатам осмотра детей 3—6 лет педиатром в структуре основного диагноза лидируют болезни кожи и подкожной клетчатки (49,91 %), из которых превалируют аллергический дерматит (23,9—42 %), атопический дерматит (18,83—36,46 %); далее следуют болезни органов дыхания (26,49 %), заболевания крови и отдельные нарушения, вовлекающие иммунный механизм (15,04 %), затем — заболевания пищеварительной (6,05 %). В структуре сопутствующего диагноза первое место занимают болезни органов пищеварения (78,3 %), второе место — болезни нервной системы (62,8 %) и болезни органов дыхания (61,9 %). При оценке неврологических симптомов неврологом установлено, что из осмотренных детей 20,87 % имеют резидуальную церебральную недостаточность, 7,80 % — синдром дефицита внимания с гиперактивностью, 2,75 % — церебрастенический синдром, 9,63 % — синдром вегетативной дистонии, 6,10 % — минимальную мозговую дисфункцию, 2,44 % — синдром дефицита внимания, 2,44 % — гипертензионно-гидроцефальный синдром.
Объекты исследования (дети с 3—6 лет) были разделены на группы по критерию наличия либо отсутствия основного или сопутствующего диагнозов и неврологических симптомов, установленных по данным осмотра педиатра и невролога. Тест Вилкоксона для независимых выборок показал
Оригинальная исследовательская статья
различия мышьяка и кадмия в крови детей в группах: с неуточненным иммунодефицитом и хроническими болезнями миндалин и аденоидов уровень мышьяка в крови выше на 65,7 и 1,3 % соответственно, по сравнению с группой детей, у которых отсутствовали данные патологии в основном или сопутствующем диагнозе; у детей с неуточненной энцефалопатией и другими уточненными поражениями головного мозга уровень кадмия в крови выше на 118,4 и 76,9 % соответственно; у детей с наличием других уточненных болезней желчного пузыря уровень мышьяка, кадмия и свинца в крови выше на 4,8; 68,3 и 17,3 % соответственно.
В группе детей с наличием указанных в табл. 3 неврологических симптомов концентрации кадмия, свинца и мышьяка были незначительно выше, чем у детей без них.
Для описания возможных изменений в состоянии здоровья при обнаруженном уровне токсической нагрузки использовано математическое моделирование — в качестве независимой переменной использовали концентрации свинца, кадмия и мышьяка в крови и моче. Зависимой переменной являлись результаты клинико-лабо-раторных показателей — показатели красной крови (гемоглобин, эритроциты), биохимические показатели (глюкоза, АЛТ, АСТ, железосвязыва-ющая способность сыворотки), макроэлементы (кальций, фосфор, цинк, медь), показатели клеточного иммунитета (CD-20,3,4,56,8,95 и их процентное содержание), фагоцитарный индекс, фагоцитарное число, показатели гуморального иммунитета (IgA, IgG, IgM).
По результатам биомониторинга объекты исследования разделены на группы по уровню содержания каждого из металлов в крови и моче (табл. 4) .
Для указанных групп исследованы зависимости между показателями в крови и моче с помощью регрессионных деревьев решений. С помощью обобщенных линейных моделей построены соответствующие уравнения регрессии:
Клинический показатель крови/мочи = b (значение клинико-лабораторных показателей) + a* (группы по металлам).
Для выявления тенденций влияния изменения концентрации (Pb, Cd и As) на нормальные
Таблица 3. Концентрация кадмия, свинца и мышьяка в крови у детей с наличием/отсутствием неврологических симптомов Table 3. Blood cadmium, lead and arsenic levels in children with/without neurological symptoms
Неврологические симптомы / Neurological symptoms Наличие (+) / отсутствие (-) симптома / Symptom presence (+) / absence (-) Концентрация мышьяка в крови (мкг/дл) / Blood arsenic level (Hg/dL) P Концентрация кадмия в крови (мкг/дл) / Blood cadmium level (Hg/dL) P
Резидуальная церебральная органическая недостаточность / Residual cerebral circulation insufficiency + 0,536 ± 0,018 < 0,0001 0,055 ± 0,010 < 0,0001
- 0,445 ± 0,018 0,045 ± 0,009
Синдром дефицита внимания с гиперактивностью / Attention deficit hyperactivity disorder + 0,459 ± 0,038 < 0,0050 0,054 ± 0,019 < 0,0044
- 0,454 ± 0,017 0,046 ± 0,008
Церебрастенический синдром / Cerebral asthenic syndrome + 0,465 ± 0,035 < 0,0026 0,070 ± 0,039 < 0,0011
- 0,454 ± 0,017 0,046 ± 0,008
Неврологические симптомы / Neurological symptoms Наличие (+) / отсутствие (-) симптома / Symptom presence (+) / absence (-) Концентрация мышьяка в крови (мкг/дл) / Blood arsenic level (Hg/dL) P Концентрация свинца в крови (мкг/дл) / Blood lead level (Hg/dL) P
Синдром вегетативной дистонии / Neurovegetative dystonia + 0,499 ± 0,070 < 0,0001 3,336 ± 0,050 < 0,0001
- 0,451 ± 0,017 2,593 ± 0,151
73
Original Research Article
Таблица 4. Описание групп токсикантов (Pb, Cd и As) в биосредах и результаты математического моделирования Table 4. Description of groups of toxicants (Pb, Cd and As) in biological fluids and results of mathematical modeling
Модельные значения (концентрации) токсикантов в биосредах / Model concentrations of toxicants in body fluids Группа 1 / Group 1 Группа 2 / Group 2 Группа 3 / Group 3 Группа 4 / Group 4
Pb/Cd/As < (M* - a**) (M - o) < Pb/Cd/As < (M) (M) < Pb/Cd/As < (M + o) Pb/Cd/As > (M + o)
Свинец в крови (мкг/дл) / Blood lead (^g/dL) Pb < 1,2353 1,2353 < Pb < 2,153 2,153 < Pb < 5,726 Pb > 5,726
Свинец в моче (мг/л) / Urine lead (mg/L) Pb < 0,0005 0,0005 < Pb < 0,0029 0,0029 < Pb < 0,0164 Pb > 0,0164
Мышьяк в крови (мкг/дл) / Blood arsenic (^g/dL) As < 0,0675 0,0675 < As < 0,2266 0,2266 < As < 0,7603 As > 0,7603
Мышьяк в моче (мг/л) / Urine arsenic (mg/L) As < 0,0026 0,0026 < As < 0,0101 0,0101 < As < 0,0397 As > 0,0397
Кадмий в крови (мкг/дл) / Blood cadmium (^g/dL) - Cd < 0,0165 0,0165 < Cd < 0,0445 Cd > 0,0445
Кадмий в моче (мг/л) / Urine cadmium (mg/L) - Cd < 0,0002 0,0002 < Cd < 0,0015 Cd > 0,0015
Примечание: *M — средняя концентрация в группе; * *о - стандартное отклонение. Notes: *М- mean group concentration; **о - standard deviation.
показатели клинических исследовании из группы параметров Ь (значение клинико-лабораторных показателей) первоначально были исключены отклоняющиеся от нормы значения.
В качестве примера обнаруженных зависимостей приведем результаты моделирования «концентрация мышьяка в крови» — «уровень аланинаминотрансферазы (далее — АЛТ)» (рис. 1). Уровень АЛТ у наблюдаемой группы детей находился в пределах физиологической нормы — 0,2347 (норма АЛТ в крови 0,1—0,68 ммоль/л). Если концентрация мышьяка в крови относилась к третьей группе (0,2266 < Аз < 0,7603, средняя концентрация 0,4419 ± 0,0049 мкг/дл в данной группе) и четвертой группе (> 0,7603, средняя концентрация 1,6962 ± 0,08945 мкг/дл в данной группе), то концентрация АЛТ была выше физиологических значений и составляла в модели 1,0936 ммоль/л. Если концентрация мышьяка в
крови в пределах 1-й группы (< 0,0675, средняя концентрация в данной группе 0,0486 ± 0,00033 мкг/дл) и 2-й группы (0,0675 < As < 0,2266, средняя концентрация в данной группе 0,1594 ± 0,0027 мкг/дл), то уровень АЛТ был в пределах физиологической нормы: значение в модели — 0,2347 ммоль/л. Таким образом, при концентрации мышьяка в крови более 0,2266 ммоль/л может наблюдаться рост АЛТ выше физиологической нормы.
По предложенному методу «Деревья решений» (Decision Tree) было проанализировано влияние различных концентраций свинца, кадмия и мышьяка на лабораторные показатели — показатели красной крови (гемоглобин, эритроциты), биохимические показатели (глюкоза, АЛТ, АСТ, железосвязываю-щая способность сыворотки), макроэлементы (кальций, фосфор, цинк, медь), показатели клеточного иммунитета (CD-20,3,4,56,8,95 и их процентное содержание), фагоцитарный индекс,
G 1: As < 0,0675 (M ± m = 0,0486 ± 0,0003 мкг/дл / Hg/dL) G 2: 0,0675 < As < 0,2266 (M ± m = 0,1594 ± 0,0027 мкг/дл / Hg/dL)
Node 2 (n = 197)
G 3: 0,2266 < As < 0,7603 (M± m = 0,4419 ± 0,0049 мкг/дл/ Hg/dL) G 4: As > 0,7603 (M ± m = 1,6962 ± 0,0895 мкг/дл / Hg/dL)
Node 3 (n = 267)
20
20
AJIT / ALT = 0,2347 ммоль/л / mmol/L АЛТ / ALT = 1,0936 ммоль/л / mmol/L
Рисунок. Пример использования статистического анализа методом регрессионных деревьев решений — результаты математического моделирования «концентрация мышьяка в крови — уровень АЛТ в крови» Figure. An example of using a decision tree regression: results of "blood arsenic level — ALT" mathematical modeling Примечание: G - группа; m - средняя концентрация; АЛТ - аланинаминотрансфераза; As - мышьяк; группа 1: уровень металла < (среднее - стандартное отклонение для данного металла); группа 2: (среднее - стандартное отклонение для данного металла) < уровень металла < (среднее для данного металла); группа 3: (среднее для данного металла) < уровень металла < (среднее + стандартное отклонение для данного металла); группа 4: уровень металла > (среднее + стандартное отклонение для данного металла).
Notes: G, group; m, mean concentration; ALT, alanine aminotransferase; As, arsenic; Group 1: metal level <(mean - standard deviation for the metal); Group 2: (mean - standard deviation for the metal) < metal level < (mean for the metal); Group 3: (mean for the metal) < metal level < (mean + standard deviation for the metal); Group 4: metal level > (mean + standard deviation for the metal).
volume 30, issue 9, 2022
74
фагоцитарное число, показатели гуморального иммунитета (!^А, 1§0, 1§М).
Полученные результаты математического моделирования (концентрация свинца, кадмия и мышьяка, уровень фермента АЛТ крови) отражают влияние токсикантов на печеночные клетки. Обнаружена связь между содержанием фермента АЛТ и уровнем мышьяка в крови и моче. Концентрация мышьяка в крови менее 0,2266 мкг/л и в моче менее 0,0101 мг/л была взаимосвязана с содержанием АЛТ в крови в пределах референтного уровня — 0,1-0,68 ммоль/л9 (значение АЛТ, полученное в моделях, — 0,2347 ммоль/л и 0,2148 ммоль/л соответственно). При концентрации кадмия в крови менее 0,0165 мкг/дл и в моче — менее 0,0015 мг/л содержание АЛТ в крови — 0,5279 ммоль/л и 0,2873 ммоль/л соответственно. В соответствии с полученными данными наиболее выраженное неблагоприятное действие на печеночные клетки оказывает свинец. Даже самая низкая концентрация свинца в моче (< 0,0005 мг/л) была связана с увеличением АЛТ до 0,769 ед/л.
По данным математического моделирования установлена связь между концентрацией свинца, кадмия и мышьяка в биосредах и содержанием цинка. Концентрация кадмия в крови менее 0,0165 мкг/дл была взаимосвязана с уровнем цинка в крови 364,047 мкг/дл (рекомендуемый уровень цинка в крови 362,13—383,33 ± 31,69 мкг/дл10). Рост концентрации кадмия в крови до 0,0165 < Сё < 0,0445 был связан с уменьшением концентрации цинка до 283,135 мкг/дл. Концентрация кадмия в моче менее 0,0002 мг/л связана с уровнем цинка 0,4216 мг/л (физиологический уровень цинка в моче составляет 0,27—0,85 мг/л)9. Увеличение уровня кадмия в моче до 0,0002 < Сё < 0,0015 мг/л связано с ростом элиминации цинка до 0,8913 мг/л. Обнаружено, что уровень свинца в концентрации менее 0,0005 мг/л в моче связан с референтным уровнем цинка в моче 0,4616 мг/л9.
Обнаружено влияние кадмия на белковый обмен: при увеличении его концентрации в моче более 0,0015 мг/л концентрация мочевины принимала значения ниже принятых референтных уровней 4,3—7,3 ммоль/л9 (значение мочевины в модели — 4,1494 ммоль/л). Концентрация кадмия в моче, которая была взаимосвязана с референтными значениями мочевины в крови (в модели — 4,5842 ммоль/л), составляет менее 0,0015 мг/л.
Установлена связь между концентрацией свинца в крови и величиной фагоцитарного индекса. При концентрации свинца в крови 7,8506 ± 0,1474 мкг/дл величина фагоцитарного индекса составляет 20,443 %, при концентрации свинца менее 1,2353 мкг/дл взаимосвязана со значением фагоцитарного индекса 35,845 % (референтный уровень фагоцитарного индекса составляет 31—60 %)9.
Носитель маркера апоптоза С095+ при концентрации свинца в моче в пределах 0,0005 < РЬ < 0029 мг/л выше физиологических значений 50—280 мм3 10 (в модели 314,05 мм3). Концентрация свинца в моче, которая была вза-
9 Кишкун А.А. Руководство по лабораторным методам диагностики. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 800 с.
10 Плотникова И.А. Комплексный подход к оценке состояния здоровья и эффективности реабилитационных мероприятий у детей, проживающих в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды: дис. ... д-ра мед. наук. Екатеринбург; 2011. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/kompleksnyi-podkhod-k-otsenke-sostoyaniya-zdorovya-i-efíektivnosti-reaЬilitatsionnykh-meropr. Ссылка активна на 9 сентября 2022 г.
Оригинальная исследовательская статья
имосвязана с физиологическим уровнем CD95 в крови, составляет менее 0,0005 мг/л.
Математические модели, построенные по другим клинико-лабораторным показателям (глюкоза, билирубин общий, холестерин, удельный вес мочи, эпителий в моче, фосфор, эритроциты, гемоглобин, железосвязывающая способность сыворотки, скорость оседания эритроцитов, CD8, CD4, CD56, CD95, количество лейкоцитов, эозинофилы, фагоцитарное число, моноциты, тромбоциты), не показали отклонений от референтных значений при изменении концентрации свинца, кадмия и мышьяка в биосредах, но свидетельствовали о дозозависимых тенденциях.
Наименьшие уровни токсикантов, связанные с референтными значениями клинико-лабораторных показателей, составляют:
мышьяк < 0,2266 мкг/дл в крови, < 0,0101 мг/л в моче;
кадмий < 0,0165 мкг/дл в крови, < 0,0002 мг/л в моче;
свинец < 1,2353 мкг/дл в крови, < 0,0005 мг/л в моче.
Обсуждение. Полученные результаты свидетельствуют о высоком уровне хронической заболеваемости детей в организованных коллективах и ее существенном приросте за шестнадцатилетний период в городах с развитой цветной металлургией. Обнаруженные уровни токсической нагрузки по данным биомониторинга ассоциируются с данными хронической заболеваемости детей в организованных коллективах и выявленными отклонениями в показателях здоровья по данным специального обследования. Повышенные уровни свинца в крови в ГО Красноуральск находят свое отражение в превышении среднеобластного показателя заболеваемости психическими расстройствами, свинца в моче в Первоуральском ГО — болезнями системы кровообращения, кадмия в моче в ГО Ревда — болезнями мочеполовых органов, кадмия в крови в ГО Краснотурьинск — болезнями системы кровообращения, мышьяка в крови в Первоуральском ГО — новообразованиями.
Результаты математического моделирования подтверждают влияние токсической нагрузки на показатели гомеостаза и находят свое отражение в исследованиях других авторов. Обнаруженная связь концентрации свинца, кадмия и мышьяка с уровнем трансаминаз иллюстрирует влияние токсикантов на печеночные клетки.
По данным литературы установлено, что рассматриваемые химические вещества оказывают повреждающее действие на печень, вызывая ее дисфункцию [26]. Полученные данные о статистически значимых зависимостях кадмия и свинца с уровнем цинка свидетельствуют о конкурентных взаимоотношениях между ними как на этапе всасывания в желудочно-кишечном тракте, так и при связывании с лигандами. Полученные зависимости также отражают вероятное влияние кадмия на проницаемость проксимальных канальцев почек ионов цинка [3, 7, 9, 10, 22—24]. Влияние на систему фагоцитоза, как одного из возможных механизмов элиминации токсикантов
Original Research Article
из организма, также показано в ряде исследований11 [13].
Из полученных результатов математического моделирования нами были выбраны наименьшие концентрации данных элементов с целью минимизации возможного риска здоровью.
Полученные нами в ходе математического моделирования данные не претендуют на исчерпывающую характеристику патогенетических механизмов развития отклонений, характерных для специфического воздействия данных химических веществ. Однако превышение наименьших уровней токсикантов, связанных с нормальными значениями клинико-лабораторных показателей, может быть использовано в качестве дополнительного критерия при формировании групп риска среди детского населения, подверженного воздействию химической нагрузки среды обитания, для проведения адресных медико-профилактических и оздоровительных мероприятий.
Выполненное исследование еще раз подтверждает необходимость проведения анализа состояния биомаркеров с целью предотвращения наступления заболевания или ранней доклинической минимизации его проявления.
Выводы
1. Установленные по данным биомониторинга уровни токсической нагрузки ассоциируются с данными о хронической заболеваемости детей в организованных коллективах, обусловленной химическим загрязнением среды обитания.
2. Выявленные статистически значимые зависимости в построенных математических моделях методом «Деревья решений» (Decision Tree) свидетельствуют о возможном конкурентном взаимоотношении свинца, кадмия и мышьяка и возможном влиянии их различных концентраций в биосредах на отклонение аланинаминотранс-феразы, цинка, общего белка, фагоцитарного индекса и носителя маркера апоптоза CD95+ от референтных уровней.
3. Полученные в ходе исследования результаты показали, что наблюдаемые отклонения в состоянии здоровья детей с изменениями клинико-лабораторных показателей, по данным специального обследования в ГО Первоуральск, ГО Красноуральск, Кировградский ГО и ГО Краснотурьинск, сопоставимы с уровнями токсической нагрузки у детей и позволяют использовать данные биомониторинга в качестве критериев выбора и формирования групп повышенного риска среди детского населения, подверженного воздействию химической нагрузки среды обитания, для адресного проведения медико-профилактических и оздоровительных технологий и оценки их эффективности.
Список литературы
1. Fujishiro H, Hamao S, Tanaka R, Kambe T, Himeno S. Concentration-dependent roles of DMT1 and ZIP14 in cadmium absorption in Caco-2 cells. J Toxicol Sci. 2017;42(5):559-567. doi: 10.2131/jts.42.559
2. Сахаутдинова Р.Р., Клинова С.В., Грибова Ю.В. Цитоморфологические показатели мазков-отпечатков органов лабораторных животных как дополнительный метод оценки токсичного влияния солей тяжелых металлов в эксперименте // Медицина труда и
промышленная экология. 2020. Т. 60. № 11. С. 860—862. 1—Н doi: 10.31089/1026-9428-2020-60-11-860-862
3. Клинова С.В., Минигалиева И.А., Кацнельсон Б.А. ^^ и др. Общетоксическое и кардиовазотоксическое zz>-действие наночастиц оксида кадмия // Гигиена —I-и санитария. 2020. Т. 99. № 12. С. 1346-1352. doi: —' 10.47470/0016-9900-2020-99-12-1346-1352 ^Е
4. Титов Е.А., Якимова Н.Л., Новиков М.А. Альтерация —' ткани головного мозга и печени белых крыс при i—— свинцовой интоксикации в динамике эксперимента // I—— Гигиена и санитария. 2018. Т. 97. № 10. С. 976-978. == doi: 10.18821/0016-9900-2018-97-10-976-978 w
5. Jain RB. Cadmium and kidney function: Concentrations, variabilities, and associations across various stages of glomerular function. Environ Pollut. 2020;256:113361. doi: 10.1016/j.envpol.2019.113361
6. Кольдибекова Ю.В., Землянова М.А., Пустовало-ва О.В., Пескова Е.В. Влияние повышенного содержания мышьяка в питьевой воде на изменения биохимических показателей негативных эффектов у детей, проживающих на территории природной геохимической провинции // Гигиена и санитария. 2020. Т. 99. № 8. С. 834-840. doi: 10.47470/0016-99002020-99-8-834-840
7. Бузоева М.Р., Ахполова В.О. Сочетанное действие цинка и кадмия на функциональное состояние почек, перекисное окисление липидов и обмен кальция в опытах на крысах // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2019. № 6. С. 127-133. doi: 10.24411/2075-4094-2019-16559
8. Jain RB. Lead and kidney: Concentrations, variabilities, and associations across the various stages of glomerular function. J Trace Elem Med Biol. 2019;54:36-43. doi: 10.1016/j.jtemb.2019.03.007
9. Harari F, Sallsten G, Christensson A, et al. Blood lead levels and decreased kidney function in a population-based cohort. Am J Kidney Dis. 2018;72(3):381-389. doi: 10.1053/j.ajkd.2018.02.358
10. Genchi G, Sinicropi MS, Lauria G, Carocci A, Cata-lano A. The effects of cadmium toxicity. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(11):3782. doi: 10.3390/ ijerph17113782
11. Агзамова Г.С., Абдуллаева М.М. Иммунологические механизмы хронических поражений печени при воздействии химических веществ // Медицина труда и промышленная экология. 2019. Т. 59. № 9. С. 536-537. doi: 10.31089/1026-9428-2019-59-9-536-537
12. Зайцева Н.В., Землянова М.А., Чащин В.П., Гудков А.Б. Научные принципы применения биомаркеров в медико-экологических исследованиях (обзор литературы) // Экология человека. 2019. № 9. С. 4-14. doi: 10.33396/1728-0869-2019-9-4-14
13. Neal AP, Guilarte TR. Mechanisms of lead and manganese neurotoxicity. Toxicol Res (Camb). 2013;2(2):99-114. doi: 10.1039/C2TX20064C
14. Ma C, Iwai-Shimada M, Nakayama SF, et al. Japan Environment Children's Study Group. Association of prenatal exposure to cadmium with neurodevelopment in children at 2 years of age: The Japan Environment and Children's Study. Environ Int. 2021;156:106762. doi: 10.1016/j.envint.2021.106762
15. Sharma A, Kumar S. Arsenic exposure with reference to neurological impairment: An overview. Rev Environ Health. 2019;34(4):403-414. doi: 10.1515/reveh-2019-0052
16. de Paula Arrifano G, Crespo-Lopez ME, Lopes-Araujo A, et al. Neurotoxicity and the global worst pollutants: Astroglial involvement in arsenic, lead, and mercury intoxication. Neurochem Res. 2022. doi: 10.1007/s11064-022-03725-7. Epub ahead of print.
17. Cai QL, Peng DJ, Lin-Zhao, et al. Impact of lead exposure on thyroid status and IQ performance among school-age children living nearby a lead-zinc mine in China. Neurotoxicology. 2021;82:177-185. doi: 10.1016/j. neuro.2020.10.010
18. Землянова М.А., Пережогин А.Н., Кольдибекова Ю.В. Тенденции состояния здоровья детского населения и их связь с основными аэрогенными факторами риска в условиях специфического загрязнения атмосферного
11 Касохов Т.Б. Вторичная иммунная и интерфероновая недостаточность у детей при экопатогенном воздействии свинца, кадмия, цинка: автореф. дисс. ... д-ра мед. наук. М., 1999. Доступно по: http://medical-diss.com/medicina/ vtorichnaya-immunnaya-i-inter•feronovaya-nedostatochnost-u-detey-pri-ekopatogennom-vozdeystvii-svintsa-kadmiya-tsinka. Ссылка активна на 9 сентября 2022 г.
voLume зо, issue 9, 2022
7
воздуха предприятиями металлургического и 9. деревообрабатывающего профиля // Анализ риска здоровью. 2020. № 4. С. 46-53. doi: 10.21668/health. risk/2020.4.05
19. Кадникова Е.П. Химическое загрязнение среды обитания 10. и состояние здоровья детей дошкольного возраста, по данным социально-гигиенического мониторинга // Здоровье населения и среда обитания. 2019. № 2 (311).
С. 9-14. doi: 10.35627/2219-5238/2019-311-2-9-14 11.
20. Delgado CF, Ullery MA, Jordan M, Duclos C, Raja-gopalan S, Scott K. Lead exposure and developmental disabilities in preschool-aged children. J Public Health Manag Pract. 2018;24(2):e10-e17. doi: 10.1097/ PHH.0000000000000556 12.
21. Wu Y, Lou J, Sun X, et al. Linking elevated blood lead level in urban school-aged children with bioaccessible lead in neighborhood soil. Environ Pollut. 2020;261:114093. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114093
22. Jain RB. Cadmium and kidney function: Concentrations, 13. variabilities, and associations across various stages of glomerular function. Environ Pollut. 2020;256:113361.
doi: 10.1016/j.envpol.2019.113361 14.
23. Wang M, Chen Z, Song W, Hong D, Huang L, Li Y. A review on cadmium exposure in the population and intervention strategies against cadmium toxicity. Bull Environ Contam Toxicol. 2021;106(1):65-74. doi: 10.1007/s00128-020-03088-1
24. Hong H, Xu Y, Xu J, et al. Cadmium exposure impairs 15. pancreatic p-cell function and exaggerates diabetes by disrupting lipid metabolism. Environ Int. 2021;149:106406.
doi: 10.1016/j.envint.2021.106406 16.
25. Smeester L, Fry RC. Long-term health effects and underlying biological mechanisms of developmental exposure to arsenic. Curr Environ Health Rep. 2018;5(1):134-144. doi: 10.1007/s40572-018-0184-1
26. Ахполова В.О., Брин В.Б. Современные представления 17. о кинетике и патогенезе токсического воздействия тяжелых металлов (обзор литературы) // Вестник новых медицинских технологий. 2020. Т. 27. № 1.
С. 55-61. doi: 10.24411/1609-2163-2020-16578
References
1. Fujishiro H, Hamao S, Tanaka R, Kambe T, Himeno S. Concentration-dependent roles of DMT1 and ZIP14 in cadmium absorption in Caco-2 cells. J Toxicol Sci. 2017;42(5):559-567. doi: 10.2131/jts.42.559
2. Sakhautdinova RR, Klinova SV, Gribova YuV. Cy-tomorphological indicators of smears-prints of organs 19. of laboratory animals as an additional method for assessing the toxic effect of heavy metal salts in the experiment. Meditsina Truda i Promyshlennaya Ekologiya. 2020;60(11):860-862. (In Russ.) doi: 10.31089/10269428-2020-60-11-860-862 20.
3. Klinova SV, Minigalieva IA, Katsnelson BA, et al. General toxic and cardiovascular toxic impact of cadmium oxide nanoparticles. Gigiena i Sanitariya. 2020;99(12):1346-1352. (In Russ.) doi: 10.47470/00169900-2020-99-12-1346-1352 21.
4. Titov EA, Yakimova NL, Novikov MA. Alteration of the brain and liver tissue of albino rats with lead intoxication in the dynamics of the experiment. Gigi-
ena i Sanitariya. 2018;97(10):976-978. (In Russ.) doi: 22. 10.18821/0016-9900-2018-97-10-976-978
5. Jain RB. Cadmium and kidney function: Concentrations, variabilities, and associations across various stages of glomerular function. Environ Pollut. 2020;256:113361. 23. doi: 10.1016/j.envpol.2019.113361
6. Koldibekova JuV, Zemlyanova MA, Pustovalova OV, Peskova EV. Negative impacts exerted by elevated arsenic concentrations in drinking water on biochemical parameters in children living in a specific geochemical 24. province. Gigiena i Sanitariya. 2020;99(8):834-840. (In Russ.) doi: 10.47470/0016-9900-2020-99-8-834-840
7. Buzoeva MR, Akhpolova VO. Combined action of zinc and cadmium on the functional state of the kidneys, lipid peroxi- 25. dation and calcium exchange in experiments on rats. Vestnik Novykh Meditsinskikh Tekhnologiy, eEdition. 2019;(6):127-133.
(In Russ.) doi: 10.24411/2075-4094-2019-16559
8. Jain RB. Lead and kidney: Concentrations, variabilities, 26. and associations across the various stages of glomerular function. J Trace Elem Med Biol. 2019;54:36-43. doi: 10.1016/j.jtemb.2019.03.007
Оригинальная исследовательская статья
Harari F, Sallsten G, Christensson A, et al. Blood lead levels and decreased kidney function in a population-based cohort. Am J Kidney Dis. 2018;72(3):381-389. doi: 10.1053/j.ajkd.2018.02.358
Genchi G, Sinicropi MS, Lauria G, Carocci A, Cata-lano A. The effects of cadmium toxicity. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(11):3782. doi: 10.3390/ ijerph17113782
Agzamova GS, Abdullaeva MM. Immunological mechanisms of chronic liver lesions under the influence of chemicals. Meditsina Truda i Promyshlennaya Ekologiya. 2019;59(9):536-537. (In Russ.) doi: 10.31089/10269428-2019-59-9-536-537
Zaitseva NV, Zemlyanova MA, Chashchin VP, Gud-kov AB. Scientific principles of use of biomarkers in medico-ecological studies (review). Ekologiya Chelo-veka [Human Ecology]. 2019;(9):4-14. (In Russ.) doi: 10.33396/1728-0869-2019-9-4-14 Neal AP, Guilarte TR. Mechanisms of lead and manganese neurotoxicity. Toxicol Res (Camb). 2013;2(2):99-114. doi: 10.1039/C2TX20064C Ma C, Iwai-Shimada M, Nakayama SF, et al. Japan Environment Children's Study Group. Association of prenatal exposure to cadmium with neurodevelopment in children at 2 years of age: The Japan Environment and Children's Study. Environ Int. 2021;156:106762. doi: 10.1016/j.envint.2021.106762 Sharma A, Kumar S. Arsenic exposure with reference to neurological impairment: An overview. Rev Environ Health. 2019;34(4):403-414. doi: 10.1515/reveh-2019-0052 de Paula Arrifano G, Crespo-Lopez ME, Lopes-Araujo A, et al. Neurotoxicity and the global worst pollutants: Astroglial involvement in arsenic, lead, and mercury intoxication. Neurochem Res. 2022. doi: 10.1007/s11064-022-03725-7. Epub ahead of print. Cai QL, Peng DJ, Lin-Zhao, et al. Impact of lead exposure on thyroid status and IQ performance among school-age children living nearby a lead-zinc mine in China. Neurotoxicology. 2021;82:177-185. doi: 10.1016/j. neuro.2020.10.010
Zemlyanova MA, Perezhogin AN, Koldibekova YuV. Trends detected in children's health and their relation with basic aerogenic risk factors under exposure to specific ambient air contamination caused by metallurgic and wood-processing enterprises. Health Risk Analysis. 2020;(4):46-53. (In Russ.) doi: 10.21668/health. risk/2020.4.05
Kadnikova EP. Chemical contamination of the environment and health status of preschool children based on socio-hygienic monitoring data. Zdorov'e Naseleniya i Sreda Obitaniya. 2019;(2(311)):9-14. doi: 10.35627/2219-5238/2019-311-2-9-14 Delgado CF, Ullery MA, Jordan M, Duclos C, Raja-gopalan S, Scott K. Lead exposure and developmental disabilities in preschool-aged children. J Public Health Manag Pract. 2018;24(2):e10-e17. doi: 10.1097/ PHH.0000000000000556
Wu Y, Lou J, Sun X, et al. Linking elevated blood lead level in urban school-aged children with bioaccessible lead in neighborhood soil. Environ Pollut. 2020;261:114093. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114093 Jain RB. Cadmium and kidney function: Concentrations, variabilities, and associations across various stages of glomerular function. Environ Pollut. 2020;256:113361. doi: 10.1016/j.envpol.2019.113361 Wang M, Chen Z, Song W, Hong D, Huang L, Li Y. A review on cadmium exposure in the population and intervention strategies against cadmium toxicity. Bull Environ Contam Toxicol. 2021;106(1):65-74. doi: 10.1007/s00128-020-03088-1
Hong H, Xu Y, Xu J, et al. Cadmium exposure impairs pancreatic p-cell function and exaggerates diabetes by disrupting lipid metabolism. Environ Int. 2021;149:106406. doi: 10.1016/j.envint.2021.106406 Smeester L, Fry RC. Long-term health effects and underlying biological mechanisms of developmental exposure to arsenic. Curr Environ Health Rep. 2018;5(1):134-144. doi: 10.1007/s40572-018-0184-1
Akhpolova VO, Brin VB. Actual concepts of heavy metals' kinetics and pathogenesis of toxicity. Vestnik Novykh Meditsinskikh Tekhnologiy. 2020;27(1):55-61. (In Russ.) doi: 10.24411/1609-2163-2020-16578
