CC BY
54
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 612.015.2
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТНОГО СТАТУСА ЖИТЕЛЕЙ МОЛОДОГО ВОЗРАСТА И СТАРШЕЙ ВОЗРАСТНОЙ ГРУППЫ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ
Е. А. Луговая1, Е. М. Степанова1, Д. В. Варганова2, И. А. Виноградова2, И. В. Смусенок2, А. К. Куликова2
ХНИЦ «Арктика» ДВО РАН, г. Магадан
2ФГБОУ ВО Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск
Аннотация
Представлены результаты элементного анализа волос жителей Карелии молодого, пожилого и старческого возраста. В волосах молодых людей установлен дефицит Ca, Mg, Se, Na и избыток Zn, Cd и Hg. Для населения старшей возрастной группы выявлены недостаток эссенциальных элементов Ca, Mg, Co, Cu, Fe, Zn, P и I и повышенное содержание Na, K и Hg. Представлены возможные причины и последствия выявленного дисбаланса минералов у населения разных возрастных групп. Ключевые слова:
макро- и микроэлементы, дисбаланс, студенты, пожилые, Север.
REGION-RELATED ESSENTIAL ELEMENT STATUS OBSERVED IN THE YOUNG AND ELDERLY RESIDENTS OF REPUBLIC OF KARELIA
1 12 2 Elena A. Lugovaya , Evgeniya M. Stepanova , Darya V. Varganova , Irina A. Vinogradova , 22 Irina V. Smusenok , Anastasiya K. Kulikova
Research Centre "Arktika" of the Far-Eastern Branch of the RAS, Magadan Petrozavodsk State University, Petrozavodsk
Abstract
The article contains the results of the elemental analyses of hair samples taken from young, elderly and old people of Karelia. The deficit in Ca, Mg, Se, Na and excess in Zn, Cd and Hg have been found in young people hair samples. Elderly and old people demonstrated deficit in essential elements Ca, Mg, Co, Cu, Fe, Zn, P, I and excess in Na, K and Hg. Possible reasons and sequelae of element misbalance revealed in people of different ages were revealed.
Keywords:
macro- and microelements, misbalance, students, elderly people, North.
Введение
Одним из важнейших условий нормального функционирования организма является стабильность его химического состава. Отклонения в содержании химических элементов могут приводить к достаточно широкому спектру нарушений в состоянии здоровья. При этом содержание макро- и микроэлементов в организме человека зависит не только от пищевого рациона и индивидуальных особенностей организма, но и напрямую связано с местом жительства [1].
Северные территории, в т. ч. Республика Карелия, имеют особенности в распределении химических элементов в природных средах. Существующий недостаток или избыток элементов способствует формированию специфической для данной территории патологии у человека, так как в его организм макро- и микроэлементы поступают только извне — с питьевой водой и пищей. Почти для всех северных территорий характерны слабоминерализованные мягкие питьевые воды и почвы с бедным микроэлементным составом, что выражается в особенностях минерального состава местных пищевых продуктов [2]. Существенный дефицит ряда элементов
на Севере повышает риск развития многочисленных заболеваний, характерных для его жителей: гипертоническая болезнь (дефицит Mg, Ca), патология щитовидной железы (дисбаланс I, Se, Mn, Co, Ca, Mg и др.), иммунодефицитные состояния (дефицит Se, I, Zn), артрозы (дефицит или избыток Ca, S, Sr и др.), анемии (дефицит Fe, Co, Mg, Ca и др.), мочекаменная болезнь (избыток Ca, Si), болезни зубов (дисбаланс Ca, F) [3].
Особенное значение это имеет для молодежи и лиц пожилого возраста, так как при активном ритме жизни требуется повышенное потребление, а при старении нарушается поступление многих эссенциальных макро- и микроэлементов, прежде всего значимых для северян, — Se, Ca, Mg, Zn и происходит накопление токсичных — Cd, Pb, Hg, Al, As. Так, в организме молодых людей не полностью сформированы механизмы контроля поддержания элементного гомеостаза, а в организме пожилого человека утрачивается данный эффективный контроль [3].
Материал и методика исследования
Для установления региональных особенностей содержания макро- и микроэлементов в организме жителей Республики Карелия был произведен отбор здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 25 лет из числа студентов Петрозаводского государственного университета (ПетрГУ) и добровольцев старшей возрастной группы в возрасте от 60 до 87 лет. Всего в исследовании приняли участие 107 человек: 50 молодого возраста (25 юношей и 25 девушек), а также 57 старшей возрастной группы, из которых 7 мужчин и 26 женщин были пожилого возраста (от 60 до 74 лет) и 7 мужчин и 17 женщин были старческого возраста (75-87 лет).
В качестве биообъекта для элементного анализа использовали волосы с затылочной части головы. Волосы в качестве объекта исследования были выбраны, так как анализ данного биоматериала является наиболее удобным для целей массовых скрининговых исследований на состояние элементного баланса. Метод отличается простотой забора и хранения биоматериала, пробоподготовки, неинвазивностью обследования, возможностью одновременного определения широкого спектра показателей [4]. Согласно данным многочисленных исследований, в том числе выполненных под руководством Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), использование волос с целью оценки макро- и микроэлементного статуса всего организма оправданно и продуктивно [5]. Все образцы волос были собраны и подвергнуты пробоподготовке согласно требованиям МАГАТЭ и методических рекомендаций Министерства здравоохранения СССР и Федерального центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора РФ [6]. На каждого испытуемого была заполнена специально разработанная анкета, в которой были указаны персональные данные (пол, возраст, рост, вес, наличие или отсутствие хронических заболеваний, вредных привычек, прием лекарственных средств и витаминов).
В волосах определялось содержание 25 элементов: Al, As, B, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, V, Zn — с помощью атомной эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer Corp., США). Аналитические исследования были проведены в лаборатории ООО «Микронутриенты» (г. Москва). Полученные в ходе исследования результаты о содержании химических элементов в волосах жителей Карелии были сопоставлены с границами нормального содержания элементов в волосах жителей средней полосы России [7].
Результаты и их обсуждение
В результате исследования элементного статуса здоровых молодых людей было установлено, что у 50-90 % обследованных наблюдался дефицит жизненно необходимых элементов Ca и Mg. Содержание Se и Na оказалось ниже нормы у всех обследованных. Выше верхней границы нормы оказалось содержание такого эссенциального микроэлемента, как Zn, что говорит о недостатке данного элемента в организме и избыточном его выделении, и таких токсических элементов, как Hg и Cd. Концентрации Al, As, B, Be, Co, Cr, Cu, Fe, I, K, Li, Mn, Ni,
P, Pb, Si, Sn, V в волосах у здоровых добровольцев укладывались в диапазон рекомендуемых нормативов. Анализ содержания элементов в волосах населения Карелии старшей возрастной группы показал дефицит таких эссенциальных элементов, как Са, Mg, Со, Си, Fe, Zn, Р и I, а также избыток макроэлементов № и К и токсичного элемента ^ (табл.).
Содержание химических элементов в волосах добровольцев, принявших участие в исследовании (Ме — медиана концентраций элементов (25-й и 75-й процентиль), мкг/г
Химический элемент Возрастная группа
19-25 лет 60-87 лет
Наши данные Референтные значения [7] Наши данные Референтные значения [7]
М 4,335 (2,23; 6,66) 6; 18 5,11 (3,51; 6,61) 7; 20
As 0,042 (0,042; 0,042) 0,00; 0,56 0,042 (0,042; 0,054) 0,0001; 0,98
B 0,385 (0,07; 1,16) - 0,759 (0,351; 1,95) -
Be 0,003 (0,003; 0,003) 0,00; 0,01 0,003 (0,003; 0,003) 0,001; 0,01
Ca 251,755 (161,78; 663,66) 494;1619 283,91 (187,21; 556,3) 354; 1122
Cd 0,008 (0,005; 0,021) 0,02; 0,12 0,02 (0,009; 0,037) 0,02; 0,13
^ 0,008 (0,004; 0,030) 0,04; 0,16 0,008 (0,005; 0,015) 0,02; 0,10
0,28 (0,18; 0,53) 0,32; 0,96 0,356 (0,192; 0,566) 0,020; 0,60
^ 11,695 (8,94; 37,63) 9; 14 11,41 (9,92; 13,68) 9; 12
Fe 18,61 (13,49; 30,68) 11; 24 10,86 (7,57; 16,56) 12; 25
^ 0,595 (0,32; 0,99) - 0,834 (0,416; 1,69) -
I 0,48 (0,30; 1,82) - 0,421 (0,3; 1,24) -
K 55,33 (27,05; 163,55) 29;159 204,07 (74,59; 439,52) 52;433
Li 0,012 (0,012; 0,012) 0,00; 0,02 0,012 (0,012; 0,014) 0,001; 0,04
Mg 28,735 (16,98; 66,79) 39;137 28,7 (16,83; 84,63) 32; 113
Mn 0,695 (0,24; 2,55) 0,32; 1,13 0,576 (0,264; 1,29) 0,31; 1,29
№ 51,37 (16,17; 183,71) 73;331 455,17 (144,18; 1087,75) 138;739
№ 0,175 (0,09; 09,) 0,14 0,184 (0,104; 0,324) 0,14; 0,51
? 163,195 (144,98; 181,38) 0,53 147,63 (137,51; 160,1) 128; 160
?Ь 0,185 (0,09; 0,45) 0,38; 1,4 0,297 (0,185; 1,1) 0,5; 1,647
Se 0,295 (0,26; 0,33) 0,69; 2,20 0,482 (0,347; 0,632) 0,77; 2,51
Si 17,835 (7,61; 37,32) 11; 37 27,17 (20,4; 53,04) 9; 25
Sn 0,08 (0,04; 0,24) - 0,099 (0,062; 0,219) -
V 0,006 (0,004; 0,011) - 0,042 (0,017; 0,079) -
Zn 223,91 (183,05; 251,47) 155;206 155,12 (132,02; 187,5) 145; 196
В Республике Карелия существуют территории с техногенным загрязнением в водных объектах было неоднократно отмечено повышенное содержание данного элемента. В волосах обследованных всех возрастных групп повышенный уровень ^ может быть связан с тем, что поверхностные воды служат источником водоснабжения населения Карелии в 53,8 % случаев, несмотря на то, что в питьевой воде уровень ^ постоянно не мониторируется [8].
Содержание Mg, Са, № в волосах обследованных здоровых добровольцев было ниже рекомендуемых норм. В организм человека данные элементы поступают преимущественно с растительной пищей и водой [9]. Поверхностные воды Карелии по природному химическому составу и качеству имеют низкую минерализацию и обеднены данными ионами [10]. В Карелии питьевую воду, а также выращиваемые для употребления в пищу растения нельзя считать достаточными источниками ионов Mg, Са и №.
Дефицит эссенциального микроэлемента Se, который обнаружен в волосах студентов, характерен для всего Северо-Запада России. Его недостаток приводит к нарушению целостности клеточных мембран, снижению энергопродуцирующих процессов, возникновению опухолевых заболеваний.
Повышенный уровень Cd в волосах студентов, принявших участие в исследовании, можно связать с курением, он способен накапливаться в листьях табака, при ингаляционном поступлении усваивается организмом на 50 %. Повышенная концентрация Cd у некоторых добровольцев свидетельствует о том, что среди студентов с большой частотой присутствовали курильщики табака. Воздействие Cd на организм человека связано со снижением фагоцитарной способности макрофагов, пониженной активностью естественных клеток-киллеров [11], что объясняет уменьшение стойкости организма курящего человека к возникновению инфекционных заболеваний.
Повышенное содержание Zn в волосах здоровых молодых добровольцев указывает на нарушение минерального обмена, приводящее к дефициту и перераспределению Zn в организме, а не на избыточное его поступление в организм. Zn необходим для регенерации тканей, формирования Т- и В-клеточного иммунитета, процессов выработки антител, функций естественных клеток-киллеров. Дефицит Zn, ввиду увеличения его расхода организмом, развивается при всех инфекционных процессах, что ведет к расстройству фагоцитоза [11].
Причинами дефицита жизненно необходимых элементов — Са, Mg, Со, Си, Fe, Zn, Р и I — у добровольцев старшей возрастной группы могут быть: недостаточное поступление данных элементов с пищей и водой (неполноценное питание); повышенное выведение минералов при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта; заболевания эндокринной системы; диабет; стресс; интоксикации (в том числе токсичными элементами).
Дефицит Са, Mg, Со, Си, Fe, Zn, Р и I может стать причиной для развития таких патологических состояний, как остеопороз, заболевания сердца, гипертензия, заболевания щитовидной железы, анемия, диабет, болезни зубов, пародонтоз, иммунодефицит, аллергические заболевания, а также приводить к преждевременному старению.
Высокая же концентрация в волосах людей пожилого возраста № и K говорит о нарушении обмена данных ионов в организме, что может быть связано с нарушениями функции коры надпочечников, болезнями почек, гипертонической болезнью и аритмиями, диабетом, а также избыточным употреблением соли.
Выводы
Хронический дефицит элементов в северных условиях может стать основой для формирования широкого спектра заболеваний. Низкие концентрации в волосах Са и Mg и повышенные — ^ у добровольцев всех возрастных категорий можно рассматривать в качестве эколого-гигиенических особенностей Карелии. Республика Карелия характеризуется наличием слабоминерализованных питьевых вод и местных продуктов, недостаточных для восполнения дефицита минералов. Постоянное воздействие северно-специфических факторов, таких как температурный и световой режим, сезонные контрасты климата, резкие перепады атмосферного давления, ослабляют усвоение поступающих в организм питательных веществ и увеличивают потребность в них. В отличие же от молодежи, у людей старшей возрастной группы наблюдается дефицит Со, Си, Fe, Zn, Р, I и дисбаланс № и К, что, вероятнее всего, является следствием наличия у людей пожилого и старческого возраста различных заболеваний.
Содержание химических элементов у населения разных возрастных групп отличается и зависит от индивидуальных особенностей человека, соответственно профилактика и коррекция дисбаланса элементов должна проводиться с учетом выявленного недостатка или избытка макро-и микроэлементов в организме конкретного человека, чего не позволяют сделать имеющиеся на данный момент в продаже стандартизированные витаминно-минеральные комплексы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агаджанян Н. А., Скальный А. В., Детков В. Ю. Элементный портрет человека: заболеваемость, демография и проблема управления здоровьем нации // Экология человека. 2013. № 11. С. 3-12. 2. Почвы Карелии: геохимический атлас / Н. Г. Федорец [и др.]; отв. ред. В. И. Крутов; Рос. акад. наук, Карел. науч. центр, Ин-т леса. М.: Наука, 2008. 44 с. 3. Горбачев А. Л., Луговая Е. А. Возрастные перестройки микроэлементной системы человека как биохимический механизм старения // Северо-Восточный науч. журн. 2010. № 1. C. 54-62. 4. Скальный А. В., Демидов В. А., Скальная М. Г. Оценка элементного статуса популяции в гигиенической донозологической диагностике // Вестник СПбГМА им. И. И. Мечникова. 2001. № 2-3 (2). С. 64-67. 5. The significance of hair mineral analysis as a means for assessing internal body burdens of environmental pollutants: results from an IAEA Co-ordinated Research Programme / Toro E. Cortes [et al.] // J. Radioanal Nucl. Chem. 1993. Ыо. 167. P. 413-421. 6. Любченко П. Н, Ревич Б. А, Левченко И. И. Скрининговые методы для выявления групп повышенного риска среди рабочих, контактирующих с токсичными химическими элементами: метод. рекомендации: утв. МЗ СССР 28.11.1988 г. М., 1988. 24 с. 7. Скальный А. В. Референтные значения концентраций химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС / АНО Центр биотической медицины // Микроэлементы в медицине. 2003. № 4 (1). С. 55-56. 8. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2012 году / гл. ред. А. М. Гоомцев; М-во по природопользованию и экологии Республики Карелия. Петрозаводск, 2013. 294 с. 9. Скальный А. В. Магний: энергия жизни, уверенность, сила. М.: МедЭкспресс, 2004. 104 с. 10. Доршакова Н. В. Качество окружающей среды и здоровье человека в условиях Карелии. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1997. 204 с. 11. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. М.: Оникс 21 век, 2004; Мир, 2004. 272 с.
Сведения об авторах
Луговая Елена Александровна — кандидат биологических наук, доцент, заместитель директора по науке НИЦ «Арктика» ДВО РАН E-mail: [email protected]
Степанова Евгения Михайловна — младший научный сотрудник НИЦ «Арктика» ДВО РАН E-mail: [email protected]
Варганова Дарья Владимировна — кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры фармакологии, организации и экономики фармации ПетрГУ E-mail: [email protected]
Виноградова Ирина Анатольевна — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой фармакологии, организации и экономики фармации ПетрГУ E-mail: [email protected]
Смусенок Ирина Владимировна — студентка III курса специальности «Фармация» ПетрГУ E-mail: [email protected]
Куликова Анастасия Константиновна — студентка Ш курса специальности «Фармация» ПетрГУ E-mail: [email protected]
Author Affiliation
Elena A. Lugovaya — PhD (Bio), Associate Professor, Deputy Science Director at the Research Centre "Arktika" of the Far-Eastern Branch of the RAS E-mail: [email protected]
Evgeniya M. Stepanova — Junior Researcher of the Research Centre "Arktika of the Far-Eastern Branch of the RAS
E-mail: [email protected]
Darya V. Varganova — PhD (Pharmaceutical Sciences), Associate Professor at Department of Pharmacology, Pharmaceutical Economics and Policy of Petrozavodsk State University E-mail: [email protected]
Irina A. Vinogradova — Doctor of Sciences (Medical), Professor, Head of Department of Pharmacology, Pharmaceutical Economics and Policy of Petrozavodsk State University E-mail: [email protected]
Irina V. Smusenok — Third-year Student (Specialization Pharmacy) of Petrozavodsk State University E-mail: [email protected]
Anastasiya K. Kulikova — Third-year Student (Specialization Pharmacy) of Petrozavodsk State University E-mail: [email protected]
Библиографическое описание статьи
Луговая, Е. А. Региональные особенности элементного статуса жителей молодого возраста и старшей возрастной группы Республики Карелия / Е. А. Луговая [и др.] // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2017. — № 4 (9). — С. 81-86.
Reference
Lugovaya Elena A., Stepanova Evgeniya M., Varganova Darya V., Vinogradova Irina A., Smusenok Irina V., Kulikova Anastasiya K. Region-Related Essential Element Status Observed in the Young and Elderly Residents of Republic of Karelia. Herald of the Kola Science of the RAS, 2017, vol. 4 (9), pp. 81-86. (In Russ.).
