CC BY
11УДК: 612.8-053.5+546.42 DOI: 10.37279/2224-6444-2022-12-1-5-14
СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ И СТРОНЦИЯ В ВОЛОСАХ ПРИ ФОНОВОЙ ЭКСПОЗИЦИИ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И АВТОНОМНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ДЕТЕЙ В ПУБЕРТАТНОМ ПЕРИОДЕ
Евстафьева Е. В., Залата О. А., Тымченко С. Л.
Кафедра физиологии нормальной, Институт «Медицинская академия имени С. И. Георгиевского», ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», 295051, бульвар Ленина, 5/7, Симферополь, Россия
Для корреспонденции: Евстафьева Елена Владимировна, доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой физиологии нормальной, Институт «Медицинская академия им. С. И. Георгиевского» ФГАОУ ВО «кФУим. В. И. Вернадского», е-mail: e.evstafeva@mail.ru
For correspondence: Elena V. Evstafeva, MD, Professor, Head of the Normal physiology, Institute «Medical Academy named after S. I. Georgievsky» of Vernadsky CFU, e-mail: e.evstafeva@mail.ru
Information about authors:
Evstafeva E. V., http://orcid.org/0000-0002-8331-4149 Zalata O. A., http://orcid.org/0000-0003-0440-2405 Tymchenko S. L., https://orcid.org/0000-0003-3298-6743
РЕЗЮМЕ
Для оценки влияния эндогенного содержания стронция и ртути на функциональное состояние центральной и автономной нервной системы в пубертатном периоде на протяжении трех лет выполнено биомониторинговое и функциональное исследование группы практически здоровых школьников (n=30). Содержание стронция и ртути в волосах у всех тестируемых находилось в пределах условной нормы (рентген-флуоресцентный метод) за исключением единичных случаев. Выявлены слабые, но статистически значимые корреляции уровня стронция с электрическими характеристиками деятельности высших отделов мозга, свидетельствующие о снижении его значимости для базовых характеристик нервных процессов и возрастании для вызванных и связанных с событием потенциалов, отражающих когнитивную функцию мозга. Корреляционных зависимостей от уровня ртути не установлено. Реактивность автономной нервной системы со стороны парасимпатического отдела в ответ на изменение уровня эндогенного стронция в период с 10 до 13 лет снижалась.
Ключевые слова: ртуть, стронций, подростки, волосы, центральная и автономная нервная системы, психологические характеристики личности.
MERCURY AND STRONTIUM CONTENT IN HAIR AT BACKGROUD EXPOSURE ON URBINIZED TERRITORY AND FUNCTIONAL STATE OF CENTRAL AND AUTONOMOUS NERVOUS SYSTEM OF TEENAGERS DURING PUBERTAL PERIOD
Evstafeva E. V., Zalata O. A., Tymchenko S. L.
Institution «Medical Academy named after S. I. Georgievsky» of Vernadsky CFU, Simferopol, Russia
SUMMARY
To assess the impact of the endogenous strontium and mercury content on the functional state of the central and autonomic nervous system a biomonitoring study of 11-13-year-old children (n=30) with no health issues was carried out over a three-year period. Hair strontium and mercury content was within the reference limits (X-ray fluorescent method) in most of the cases. Weak but statistically significant correlations were revealed between the strontium and electrical characteristics of the higher brain regions, indicating its lesser importance for the basic characteristics of nervous processes and its greater value for the evoked and event related potentials reflecting the cognitive function of the brain. No significant correlation was found between mercury and electrical activity. Based on the number of correlations strontium showed greater neurotropic effects at the age of 10 years old compared to elder individuals with the main impact on the parasympathetic activity of the ANS.
Key words: mercury, strontium, children, hair, central and autonomic nervous systems, psychological characteristics of person.
Ртуть входит в десять приоритетных загрязнителей окружающей среды по степени опасности для здоровья человека. Даже при отсутствии промышленных источников антропогенного загрязнения в том или ином регионе ее высвобождение в окружающую среду в результате
естественных (выветривание скальных пород, вулканическая деятельность) или антропогенных процессов (сжигание угля, мусора) может быть значительным, особенно если учитывать беспороговую модель ее влияния и эффекты в низких дозах в условиях фоновой экспозиции. В
последние годы это влияние усугубляется климатическими изменениями, которые приводят к ее высвобождению в связи с потеплением в северных регионах Земного шара и трансграничным переносом на дальние расстояния [1].
Если токсичность ртути хорошо известна, так же как ртуть-индуцированные физиологические эффекты при ее низком содержании в организме, то в отношении условно токсичного стронция его физиологическая и биохимическая роль остается всё еще мало изученной.
Интерес к изучению его биологической роли начал формироваться с конца 19-го начала 20-го века благодаря работам Н.М. Кашина (1895) и Е.В. Бека (1906) по изучению «стронциевого рахита» или «уровской болезни», развитие которой связывали с избыточным содержанием этого элемента в компонентах окружающей среды и его накоплением в организме человека.
По своим химическим свойствам этот элемент близок к кальцию и барию. Повышение его содержания в почве, воде и организме животных характерно для солончаков, гипсовых горизонтов, степных почв, где этот металл осаждается из растворов вместе с карбонатами, сульфатами, хлоридами. В качестве примеси (до 2%) стронций содержится в фосфогипсе, фосфоросодержащих удобрениях. В известняках его содержание достигает 610 мг/кг [2]. Это создает условия для существования повышенного фонового уровня стабильного стронция, откуда он может попадать в воду - главный источник этого элемента для организма животных и человека [3].
Наличие пород такого типа характерно для Крымского полуострова. Учитывая дефицитность региона в отношении содержания в почве водорастворимых солей кальция, что может способствовать поступлению в организм человека с водой солей стронция, имеющих в этом случае преимущество перед кальцием при абсорбции в желудочно-кишечном тракте [4], представляет интерес определение его поступления в организм человека и возможные эффекты влияния на функциональное состояние систем организма.
В литературе представлены отдельные работы по исследованию обмена и физиологической значимости стабильного стронция у человека в натурных условиях и в экспериментах на животных при дефиците кальция [5 - 10], который имеет место и у жителей Крыма. При этом многими исследователями, изучавшими «уровскую болезнь», было отмечено нарушение функций не только костно-суставной системы, но и центральной нервной системы (ЦНС), в том числе, психической сферы (Е.В. Бек, 1906; П.Я Вельяминов, 1924; К.К. Платонов, 1933; Н.И. Дампе-ров, 1939; А.В. Вощенко 1975 и др.), в частно-
сти, ослабление памяти, снижение показателей произвольного внимания [11].
ЦНС в этом отношении является наиболее чувствительной к изменениям химического го-меостаза, которые могут быть обусловлены, в том числе, избыточным или недостаточным поступлением в организм химических элементов и их соединений вследствие биогеохимической трансформации окружающей среды. Учитывая взаимоотношения стронция с кальцием, играющим важную роль в протекании нервных процессов, выраженное нейротоксические свойства ртути, актуальность изучения содержания этих элементов в развивающемся организме в условиях городской среды, где наиболее выражено совокупное негативное действие антропогенных факторов, представляются особенно актуальным.
В связи с этим целью настоящего исследования явилось определение содержания и физиологической роли ртути и стронция в обусловливании функционального состояния центральной и автономной нервной системы подростков в г. Симферополе. Для достижения цели решали следующие задачи: оценить изменение содержания ртути и стронция в волосах подростков на протяжении трехлетнего лонгитюдинального биомониторинга подростков; оценить функциональное состояние центральной и автономной нервной системы и степень его зависимости от уровня содержания ртути и стронция в организме.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
С целью выяснения возможной значимости стронция в обусловливании функционального состояния ЦНС представляло бы интерес прямое определение его содержания в мозговой ткани. Однако, элементная диагностика такой системы, как нервная, сопряжена с многочисленными проблемами и трудностями, а определение содержания химических элементов в экспериментальных моделях показало нестабильность и высокую лабильность макро- и микроэлементов, присутствующих в крови и ликворе [12; 13]. В связи с этим для оценки состояния элементного баланса организма детей широко применяют такую биологически стабильную ткань, как волосы. Относительно стронция имеются сведения о том, что его содержание в волосах может служить в качестве индикатора долговременного поступления этого элемента в организм человека [14].
С соблюдением биоэтических норм была обследована группа детей (15 девочек и 15 мальчиков) общеобразовательной средней школы № 30 города Симферополя Республики Крым. Динамический 3-х летний мониторинг начали в
январе, когда возраст детей равнялся 10-11-ти годам, и завершили в январе, когда он составил 12-13 лет. Для отслеживания возможных колебаний в содержании стронция и в функциональном состоянии систем в пубертатный период использовали модель обновляемого панельного лонгитюда (revolving panel design). Ее применение позволяет исследователю проводить множественные измерения на определенной когорте испытуемых в течение выбранного промежутка времени, а затем заменять часть выборки новыми испытуемыми, что позволяет преодолеть ограничения, связанные с «выпадением» некоторых из них из исследования, а также увеличить надежность данных при ретроспективном сборе данных [15].
Пробы волос с письменного согласия родителей отбирали ежегодно в этом же месяце. Определение содержания стронция в волосах детей и подростков выполняли на рентген-флуоресцентном спектрометре СЭР-01 «Элвакс» (Методика проведения измерений массовой доли химических элементов в волосах человека рентгено-флуоресцентным методом; МВИ N° 081\12-4502-00 от 21.07.00, аттестована Украинским государственным НПЦ стандартизации, метрологии и сертификации УкрЦСМ) в научно-техническом центре ВИРИА (г. Киев). Пробы волос получали путем состригания прикорневой части волос (2-3 мм) с 3-5 мест на затылочной области головы, ближе к шее, в количестве не менее 5 г.
Оценку функционального состояния ЦНС осуществляли посредством регистрации суммарной электрической активности мозга в состоянии функционального покоя (проба «глаза закрыты») и функциональной активности (проба «глаза открыты»), а также вызванных и связанных с событием потенциалов (ВП, ССП). Биопотенциалы отводили монополярно в 10-ти локусах F3/4, C3/4, P3/4, T3/4, O1/2, согласно международной системе «10-20» в условиях максимальной изоляции от внешних стимулов. В ходе анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ) учитывали следующие частотные диапазоны: 1-4 Гц (дельта-ритм), 4-8 Гц (тета-ритм), 8-13 Гц (альфа-ритм), 14-20 Гц (бета1-ритм), 21-30 Гц (бета2-ритм). Для текущей ЭЭГ рассчитывали усредненные значения спектральной мощности (СМ, мкВ2/Гц) для каждого выделенного диапазона и для каждого полушария в отдельности. Анализировали следующие компоненты ВП, связанных с восприятием звукового предупредительного сигнала: P1, N1, P2, N1-P2 (вертекс-потенциал), N2, рассматриваемые как длиннолатентные компоненты акустических ВП. Изучаемые компоненты ВП и ССП развивались в следующие временные интервалы: Р1 - 50-100 мс,
N1 - 100-150 мс, P2 - 150-250 мс, N2 - 200-300 мс, Р300 - 250-500 мс после предъявления сигналов.
Выполняли процедуру психологического тестирования (оценка произвольного внимания и кратковременной памяти, анализ характеристик личности). Среди батареи тестов были использованы: когнитивные таблицы Шульте, корректурная проба Анифимова-Бурдона, тест на оценку кратковременной памяти Леонтьева «10 слов», опросник Спилбергера-Ханина (уровни ситуационной и личностной тревожности), восьмицвет-ный тест Люшера, тест школьной тревожности по Прихожан А.М.
С целью оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) и автономной нервной системы (АНС) методом анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) выполняли регистрацию электрокардиограммы во II стандартном отведении на диагностическом комплексе «CARDIO УС-01» (ООО «Мида», Украина) в состоянии физиологического покоя в положении «лежа» в течение 5 минут, а также при проведении кардиоваскулярных проб: с физической (степ-тест и приседания) и психоэмоциональной нагрузкой, клиностатической пробы, теста Ашнера [16; 17].
Анализировали следующие показатели ВСР: вариационный размах (dX), амплитуду моды (АМо), среднюю длительность нормальных RR-интервалов RRNN, стандартное отклонение величин NN-интервалов (SDNN), квадратный корень средних квадратов разницы между смежными RR-интервалами RMSSD, процент интервалов смежных NN, отличающихся более чем на 50 мс (pNN50%), триангулярный индекс (TINN). Среди показателей спектрального анализа оценивали общую мощность спектра (TP), мощность высокочастотной (HF), низкочастотной (LF) и очень низкочастотной (VLF) составляющих спектра, а также HF и LF компоненты в нормализованных единицах и соотношение LF/HF. При интерпретации показателей ВСР учитывали имеющиеся рекомендации [18].
Анализ полученных результатов проводили с использованием "Microsoft Office Excel 2007", Statistica 8.0 (StatSoft, USA). Учитывая, что характер распределения содержания стронция согласно критериям Колмогорова-Смирнова и Лиллиефорс характеризовался как нормальный, так и отличный от нормального в разные годы лонгитюда, использовали параметрические: среднее арифметическое (М) и среднеквадратичное отклонение (SD), - и непараметрические (минимальные, максимальные значения, 25-й и 75-й перцентили, медиану) статистические параметры. В связи с этим достоверность различий оценивали с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни, теста Фридмана и коэффициента Кендела (Coefficient of
Concordance (СС) by Longitud), которые используются в случае сравнения признака в трех или более связанных между собою группах. Взаимосвязь функциональных показателей и содержания стронция оценивали с помощью непараметрического корреляционного анализа по Спирмену. Значимыми считали результаты при p<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ результатов биомониторингового исследования содержания ртути и стронция в
Содержание стронция и ртути в волосах школь
волосах испытуемых на протяжении трех лет показал, что в целом его величины не выходили за пределы референтных значений ни на одном из этапов наблюдения, однако значимо (р<0,05) увеличивалось содержание стронция к 12-ти годам и снижалось (р<0,01) к 13-ти-летнему возрасту. В то же время имели место единичные случаи существенного превышения ртути в младшей группе и стронция у незначительной части обследованных (табл. 1, рис. 1, рис. 2).
Таблица 1
[ков в разные годы динамического наблюдения
Возраст Содержание стронция в волосах (мкг/г) Условная норма (мкг/г)
M±SD Min Max Медиана p25 p75
10-11 лет (n=30) 1,71±0,89 0,00 4,21 1,48 1,17 2,60 0,00-3,00
11-12 лет (n=30) 2,68±1,66 0,97 7,89 2,25* 1,35 3,68
12-13 лет (n=30) 1,51±1,02 0,00 4,90 1,40** 1,02 1,96
Содержание ртути в волосах (мкг/г)
10-11 лет (n=30) 0,60±2,10 0,00 11,14 0,00 0,00 0,00 0,00-2,00
11-12 лет (n=30) 0,11±0,35 0,00 1,35 0,00 0,00 0,35
12-13 лет (n=30) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Примечание. * - достоверные различия в содержании стронция (p<0,05) между 1-м и 2-м годом наблюдения. ** - достоверные различия в содержании стронция (p<0,01) между 2-м и 3-м годом наблюдения (Coefficient of Concordance). Жирно выделены значения, превышающие верхнюю границу условной нормы.
12 3
ГОДЫ ЛОНГИТЮДА
Рис. 1. Процентное соотношение школьников с содержанием стронция в волосах в пределах нормы (верхняя часть столбика) и выше (нижняя часть столбика) в разные годы лонгитюда.
Для определения возможной роли стронция при выявленном уровне содержания в обусловливании функционального состояния ЦНС был выполнен корреляционный анализ показателей суммарной
| |
1
годы
Рис. 2. Процентное соотношение школьников с содержанием ртути в волосах в пределах нормы (верхняя часть столбика) и выше (нижняя часть столбика) в разные годы лонгитюда.
электрической активности мозга, который показал, что наибольшее количество значимых корреляций с характеристиками ЭЭГ, ВП и ССП обнаруживалось в 13-тилетнем возрасте (табл. 2, рис. 3).
s ?
лонгитюда
Таблица 2
Взаимосвязь содержания стронция с показателями биоэлектрической активности мозга школьников
в разные годы динамического наблюдения
Первый год наблюдения Возраст 10-11 лет Второй год наблюдения Возраст 11-12 лет Третий год наблюдения Возраст 12-13 лет
Спектральная мощность ритмических диапазонов ЭЭГ в состоянии функционального покоя (глаза закрыты)
Дельта-ритм, локус Т4 г=0,34; р=0,05 Альфа-ритм, локус Р4 г=0,35; р=0,05 Бета1-ритм, локус Р3 г=0,35; р=0,05 Бета1-ритм, локус Р4 г=0,41; р=0,02
Спектральная мощность ритмических диапазонов ЭЭГ при сенсорной нагрузке (глаза открыты)
Бета1-ритм, локус F3 г=-0,38; р=0,05 Альфа-ритм, локус Р3 г=0,39; р=0,03 Альфа-ритм, локус Т3 г=-0,40; р=0,03
Вызванные потенциалы: латентные периоды
N1 локус F3 г=0,45; р=0,01 Р2 локус 01 г=0,47; р=0,008 N2 локус Т4 г=0,49; р=0,005 Р1 локус F4 г=0,39; р=0,03 Р1 локус С4 г=0,40; р=0,03 N2 локус С4 г=0,41; р=0,02 N2 локус Р4 г=0,38; р=0,04 Р1 локус О2 г=0,47; р=0,01 N1 локус О2 г=0,39; р=0,04
Вызванные потенциалы: амплитуды
Р1 локус О2 г=0,42; р=0,02 N2 локус О2 г=0,44; р=0,01 Р1 локус F4 г=0,41; р=0,03
Связанные с событием потенциалы
Р300 локус О1 г=0,45; р=0,01 Р300 локус Т3 г=0,40; р=0,03
По результатам первого года наблюдения большая часть из всех установленных за три года корреляционных связей имела место для спектральной мощности ритмов ЭЭГ (табл. 2) и только при регистрации ЭЭГ-активности у школьников в состоянии функционального покоя, в то время как в последующие годы к 12-ти и особенно 13-ти годам они обнаруживались для ВП и ССП. Их однонаправленный характер для низко-, средне- и высокочастной (дельта-, альфа-, бета1- соответственно) части спектра позволяет говорить о том, что большему со-
держанию стронция сопутствует увеличение суммарной электрической активности мозга с сохранением баланса нервных процессов, что более характерно для правого полушария.
В последующие годы, когда происходит активное развитие познавательной деятельности мозга, такие корреляции обнаруживаются в большей степени не с базовыми ЭЭГ-характери-стиками, а с ВП и когнитивными (Р300) потенциалами. Интересно отметить, что сохраняются связи уровня стронция с альфа- и бета1-ритмами теперь уже левого полушария и во время функ-
2022, т. 12, № 1
крымскии журнал экспериментальном и клиническои медицины
циональных проб. Однако разнонаправленный характер связей и их слабая сила не позволяют интерпретировать эти данные определенным образом.
Что касается психологических характеристик личности, то единичные взаимосвязи со стронцием были установлены только в первый и третий год наблюдения. Если в возрасте 10-11 лет концентрации стронция были значимы для такой психологической характеристики, как «недоверие к себе» (г=0,37; р=0,03), то к возрасту 12-13 лет имели место взаимосвязи не только с психологическими характеристиками (уровень тревожности (г=0,38; р=0,04) и конфликтности (г=0,42; р=0,02), но и с показателями познавательных функций - объемом кратковременной памяти (г=0,40; р=0,03).
Сравнительный анализ связи психофункциональных характеристик с уровнем содержания стронция в выявленном диапазоне позволяет говорить о большей реактивности фоновой ЭЭГ по сравнению с психологическими характеристиками и ВП и ССП (рис. 3., А.).
Анализ основных показателей ВСР показал в целом их соответствие возрастным нормам [18; 19; 20] как в покое, так и при проведении проб на активацию соответствующих отделов АНС [21].
При повторной регистрации в покое по мере взросления наблюдали достоверное увеличение продолжительности сердечного цикла (RRNN. Мо), вариабельности ритма сердца ^Х) и таких временных показателей как SDNN, ТШ^ ИН, а также высокочастотной составляющей спектра (HF), что в целом указывает на увеличение вклада парасимпатической нервной системы в регуляцию сердечного ритма и соответствует возрастным особенностям регуляции. Величина VLF была достоверно выше в возрасте 12-13 лет (1219,04 ±43,99 мс2) по сравнению с возрастом
Рис. 3. Количество значимых корреляций психофизиологических показателей школьников с содержанием стронция в волосах. А. - за все годы наблюдения. Б. - отдельно по 3-х летнему наблюдению.
10-11 лет (995,33±26,31 мс2), что может косвенно свидетельствовать о гормональных перестройках в регуляции, связанных с пубертатным периодом.
В состоянии покоя корреляционные связи между показателями ВСР и содержанием стронция не обнаружены, в то время как при проведении кардиоваскулярных проб такие зависимости были выявлены во все возрастные периоды (табл. 3, табл. 4). Так, в возрасте 10-11 лет были установлены отрицательные корреляционные связи при проведении проб с физической (приседания, степ-тест) и психоэмоциональной нагрузкой (таблица 3). Характер зависимости указывал на более низкие значения вариабельности ритма сердца ^Х) и общей мощности спектра (ТР) с её составляющими (VLF, LF) у детей с большим содержанием стронция в волосах (-0,36<г<-0,46; 0,01<р<0,04) при проведении проб на активацию симпатического отдела НС, что можно рассматривать как снижение активности парасимпатического звена АНС.
Таблица 3
Коэффициенты корреляций (га) показателей ВСР детей 10-11 лет, зарегистрированные при проведении функциональных проб с содержанием стронция в волосах ф<0,05)
Стронций ^ ^ Проба Показатели ВСР
dX Т1Ш ТР VLF LF
Степ-тест -0,40 (0,03) -0,36 (0,05)
Проба с приседаниями -0,39 (0,03) -0,38 (0,03) -0,46 (0,01)
Психоэмоциональная проба -0,39 (0,03) 0,37 (0,04) -0,40 (0,03)
Примечание: dX - вариационный размах; Т1№К - триангулярный индекс; ТР - общая мощность спектра; VLF - очень низкочастотная составляющая спектра; LF - низкочастотная составляющая спектра.
Данный характер взаимосвязи наблюдали и в возрасте 11-12 лет при проведении проб на активацию парасимпатического отдела АНС: в клиноста-
тической пробе и при выполнении рефлекса Ашне-ра (таблица 4), а также в возрасте 12-13 лет при проверке рефлекса Ашнера (ТЖ№ ге=-0,40; р=0,04).
При проведении пробы с физической нагрузкой в виде приседаний, выявлена одна корреляционная связь с показателем dX (ге=-0,44; р=0,03), указыва-
Среди всех показателей ВСР наибольшее число достоверных связей в целом по группе было выявлено между содержанием стронция и такими показателями как dX и LF. При этом оба показателя были ниже при более высоком содержании этого химического элемента в волосах независимо от возраста испытуемых.
Корреляционный анализ показателей содержания ртути в волосах и параметрами, характеризующими функциональное состояние центральной и автономной нервной системы, не выявил значимых зависимостей.
ОБСУЖДЕНИЕ
Отсутствие взаимосвязи функциональных показателей состояния центральной и автономной нервной систем у городских подростков при выявленном содержании ртути, по всей видимости, обусловлено ее низким, часто ниже порога обнаружения уровнем. Превышения в отдельных случаях, очевидно, связаны с индивидуальными особенностями экзогенного поступления ртути в организм, которые не могли быть учтены.
Анализ результатов исследования корреляционных зависимостей психофизиологических параметров, характеризующих функциональное состояние центральной и автономной нервной системы, от уровня содержания стронция в организме позволяет констатировать следующее. При содержании этого элемента в пределах условной нормы наблюдаются фазные изменения его уровня в течение трехлетнего периода с 10 по 13 лет, которые сопровождаются изменением чувствительности данных систем к этим колебаниям. Поскольку школьники проживали в одних и тех же условиях, влияние места проживания, уровня антропогенной нагрузки, качества питьевой воды, как основного источника стронция, и
ющая на снижение вариабельности сердечного ритма при проведении данной пробы у испытуемых с большим содержанием Sг в возрасте 12-13 лет.
пр. характеристик внешней среды можно исключить [22]. Скорее всего, они вызваны возрастными изменениями, которые носят бурный характер в период полового созревания, поскольку показано, что уровень стронция может быть связан с уровнем тестостерона в организме [23]. По этой причине зависимое от возраста закономерное накопление стронция наблюдается после этого периода, хотя некоторые авторы наблюдали поступательное накопление стронция в организме, начиная с 10 летнего возраста, с максимумом в подростковом возрасте 12-14 лет. По нашим данным такой максимум наблюдался в 11-12 лет, что может быть обусловлено географическими особенностями темпов полового созревания.
Весьма динамичными были и изменения в реактивности исследованных систем по отношению к уровню стронция в организме в этот период. Со стороны ЦНС количество значимых корреляций увеличивалось от 10 к 13 годам, при этом снижалась чувствительность базовых характеристик фоновой ЭЭГ и увеличивалась значимость уровня стронция для ВП и ССП. Известно, что суммарная электрическая активность мозга зависит от эффективности синап-тической передачи между нейронами в нервной системе [24]. Экспериментальные данные показывают, что стронций способен поддерживать синаптическую передачу, а синаптические токи, вызванные им, являются или такими же [25] или меньшими по амплитуде и более продолжительными, чем те, которые вызваны кальцием [26]. Это в определенной степени согласуется с выявленным нами фактом преобладания зависимости именно латентных периодов ВП и ССП от уровня стронция в организме и исключительно положительном их характером.
Таблица 4
Величины коэффициентов корреляции (га) показателей ВСР детей 11-12 лет, зарегистрированные при проведении клиностатической пробы и рефлекса Ашнера, ф<0,05)
Стронций ^ ^ Проба Показатели ВСР
АМо ТР ОТ
Клиностатическая проба -0,38 (0,40) -0,43 (0,02) 0,36 (0,05) -0,37 (0,04) -0,46 (0,01)
Рефлекс Ашнер 0,40 (0,02) -0,36 (0,05)
Примечание: SDNN - стандартное отклонение величин NN-интервалов; RMSSD - квадратный корень средних квадратов разницы между смежными ЯЯ-интервалами; АМо - амплитуда моды; ТР - общая мощность спектра; HF - высокочастотная составляющая спектра.
В отношении АНС, показатели которой соответствовали возрастной норме, имела место обратная закономерность: число значимых корреляций уменьшалось с возрастом и активизацией процесса полового созревания, при этом в состоянии физиологического покоя такие зависимости вообще не обнаруживали себя, что может быть расценено как в целом меньшая чувствительность такой исполнительной части ЦНС как АНС в сравнении с высшими отделами. При этом в возрасте 10-11 лет имело место преимущественное влияние стронция на показатели, характеризующие активность парасимпатического отдела АНС, что, с одной стороны, может быть обусловлено недостаточной его зрелостью и, соответственно, большей чувствительностью. Но не менее, а даже более вероятным объяснением этого эффекта могут служить данные о роли стронция как агониста кальция в высвобождении ацетилхолина [27], являющегося нейротрансмиттером парасимпатического отдела.
ВЫВОДЫ
1. Содержание стронция и ртути в волосах подростков г. Симферополя в течение трехлетнего периода наблюдения с 10-ти до 13-ти лет характеризовалось низким, большей частью ниже порога обнаружения, за единичными исключениями, содержанием ртути. Уровень стронция изменялся фазно, большей частью в пределах референтных значений с максимумом в 11-12 лет, когда у 30% детей имело место превышение нормы.
2. Выявлены слабые, но статистически значимые корреляции уровня стронция с электрическими характеристиками деятельности высших отделов мозга, свидетельствующие о снижении его значимости для фоновых характеристик нервных процессов и ее возрастании для вызванных и связанных с событием потенциалов, отражающих когнитивную деятельность мозга. Корреляционных зависимостей от уровня ртути не установлено.
3. Установлено снижение реактивности АНС в ответ на изменение уровня эндогенного стронция в период с 10 до 13 лет. Максимальная чувствительность системы имела место в 10 лет со стороны парасимпатического отдела, что может быть обусловлено его незрелостью в этом возрасте.
Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 18-29-24212.
Acknowledgment: The authors gratefully acknowledge financial support from the research
grant № 18-29-24212 of Russian Foundation of Basic Research.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors have no conflict of interests to declare.
ЛИТЕРАТУРА
1. Chemical, Wastes and Climate Change Interlinkages and Potential for Coordinated Action: Report of Secretariats of the Basel, Rotterdam, Stockholm Conventions (BRS), and Minamata Convention on Mercury (MC), May 2021.
2. Медведев И. Ф., Деревягин С. С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов: «Ракурс»; 2017.
3. Tipple B. J., Valenzuela L. O., Ehleringer J. R. Strontium isotope ratios of human hair record intra-city variations in tap water source. Sci Rep 2018;8(1):3334. doi: 10.1038/s41598-018-21359-0.
4. Проблемы биогеохимии микроэлементов и геохимической экологии. Избранные труды. Под ред. Эрнст Л. К., Ковальский Ю. В. М.: Россельхозакадемия; 2009.
5. Ананко А. А., Бахирева О. И., Пан Л. С. Биосорбция ионов стронция из водных растворов в присутствии конкурирующих ионов кальция. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2016;3:45-55. doi: 10.15593/22249400/2016.3.04
6. Дубровина З. В., Сарапульцев И. А., Фадеев А. П. К вопросу об обмене стронция и кальция у человека. Гигиена и санитария. 1967;4:43-46.
7. Rasgado-Flores H., Blaustein M. P. Strontium, barium, and manganese metabolism in isolated presynaptic nerve terminals. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 1987;252(6):588-594. doi:10.1152/ ajpcell.1987.252.6.C604
8. Усачев Ю. М., Миронов С. Л. Действие ионов стронция и бария на системы связывания и транспорта кальция в нервных клетках. Нейрофизиология. 1989;21(6):820-825.
9. Cohen-Solal M. E., Augry F., Mauras Y., Morieux C., Allain P., de Vernejoul M. C. Fluoride and strontium accumulation in bone does not correlate with osteoid tissue in dialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2002;17(3):449-54. doi:10.1093/ndt/17.3.449.
10. Verberckmoes S. C., De Broe M. E., D'Haese P. C. Dose-dependent effects of strontium on osteoblast function and mineralization. Kidney Int. 2003;64(2):534-43. doi: 10.1046/j.1523-1755.2003.00123.x.
11. Кудрин А. В., Громова О. А. Микроэлементы в неврологии. М: ГЭОТАР-Медиа 2006.
12. Kosanovic M., Jokanovic M. Quantitative analysis of toxic and essential elements in human hair. Clinical validity of results. Environ Monit Assess. 2011;174:635. https://doi.org/10.1007/s10661-010-1484-6.
13. Prejac J., Visnjevic V., Skalny A. A., Grabeklis A. R., Mimica N., Momcilovic B. Hair for a long-term biological indicator tissue for assessing the strontium nutritional status of men and women. J Trace Elem Med Biol. 2017;42:11-17. doi: 10.1016/j.jtemb.2017.02.015.
14. Корнилов С. А. Лонгитюдные исследования: теория и методы. Экспериментальная психология. 2011;4(4):101-116.
15. Ewing D. J. Analysis of heart rate variability and other noninvasive tests with special reference to diabetes mellitus. Autonomic failure. 3rd ed. Oxford: Oxford University Press; 1992.
16. Spallone V., Bellavere F., Scionti L., Maule S., Quadri R. et al. Recommendations for the use of cardiovascular tests in diagnosing diabetic autonomic neuropathy. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2011;21(1):69-78. doi:10.1016/j.numecd.2010.07.005
17. Malik M., Bigger J. T., Camm A. J., Kleige R. E., Malliani A. Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. European heart journal. 1996;17(3):354-381.
18. Баевский Р. М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л. В., Гаврилушкин А. П., Довгалевский П. Ю. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации, часть 1). Вестник аритмологии. 2002;24:65-87.
19. Шлык Н. И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет»; 2009.
20. Shields R. W. Heart rate variability with deep breathing as a clinical test of cardiovagal function. Cleve Clin J Med. 2009;76(2):37-40. doi:10.3949/ccjm.76.s2.08.
21. Patel K., Rossler A., Lackner H. K., Trozic I., Laing C. et al. Effect of postural changes on cardiovascular parameters across gender. Medicine (Baltimore). 2016;95(28):41-49. doi:10.1097/MD.0000000000004149.
22. Aaron J. Specht, Farshad Mostafaei, Yanfen Lin, Jian Xu, Linda H. Nie. Measurements of Strontium Levels in Human Bone In Vivo Using Portable X-ray Fluorescence (XRF) Appl Spectrosc. 2017;71(8):1962-1968. doi:10.1177/0003702817694383.
23. Cheng Xu, Qian Liu, Hui Liu, Paul Heroux, Qunwei Zhang, Zhao-Yan Jiang, Aihua Gu Low Serum Testosterone Levels Are Associated with Elevated Urinary Mandelic Acid, and Strontium Levels in Adult Men According to the US 2011-2012 National Health and Nutrition Examination Survey. PLoS One. 2015;10(5). doi:10.1371/journal.pone.0127451
24. Lavi A., Sheinin A., Shapira R., Zelmanoff D., Ashery U. DOC2B and Munc13-1 Differentially Regulate Neuronal Network Activity Cereb Cortex. 2014; 24(9): 2309-2323. doi: 10.1093/cercor/bht081.
25. Neves G., Neef A., Lagnado L., The actions of barium and strontium on exocytosis and endocytosis in the synaptic terminal of goldfish bipolar cells J Physiol.
2001; 535(3): 809-824. doi:10.1111/j.1469-7793.2001.t01-1-00809.X.
26. Matthew A., Xu-Friedman, Regehr W. G. Probing Fundamental Aspects of Synaptic Transmission with Strontium J Neurosci. 2000;20(12):4414-4422. doi: 10.1523/JNEUROSCI.20-12-04414.2000.
27. Searl T. J., Silinsky E. M. Evidence for two distinct processes in the final stages of neurotransmitter release as detected by binomial analysis in calcium and strontium solutions. J Physiol. 2002;539(3):693-705. doi: 10.1113/ jphysiol.2001.013129.
REFERENCES
1. Chemical, Wastes and Climate Change Interlinkages and Potential for Coordinated Action: Report of Secretariats of the Basel, Rotterdam, Stockholm Conventions (BRS), and Minamata Convention on Mercury (MC), May 2021.
2. Medvedev I.F., Derevyagin S.S. Heavy metals in ecosystems. Saratov: «Rakurs»; 2017. (In Russ.).
3. Tipple B. J., Valenzuela L. O., Ehleringer J. R. Strontium isotope ratios of human hair record intra-city variations in tap water source. Sci Rep 2018;8(1):3334. doi:10.1038/s41598-018-21359-0.
4. Problems of microelement biogeochemistry and geochemical ecology. Selected works. Ed. Ernst L. K., Kovalsky Yu. V. M.: Russian Agricultural Academy. 2009. (In Russ.).
5. Ananko A. A., Bahireva O. I., Pan L. S. Biosorption of strontium ions from aqueous solutions in the presence of competing calcium ions. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Chemical technology and biotechnology. 2016;3:45-55. (In Russ.). doi:10.15593/2224-9400/2016.3.04
6. Dubrovina Z. V., Sarapultsev I. A., Fadeev A. P. To the question of the exchange of strontium and calcium in humans. Hygiene and sanitation. 1967;4:43-46. (In Russ.).
7. Rasgado-Flores H., Blaustein M. P. Strontium, barium, and manganese metabolism in isolated presynaptic nerve terminals. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 1987;252(6):588-594. doi:10.1152/ajpcell.1987.252.6.C604.
8. Usachev Yu. M., Mironov S. L. The effect of strontium and barium ions on calcium binding and transport systems in nerve cells. Neurophysiology. 1989;21(6):820-825. (In Russ.).
9. Cohen-Solal M. E., Augry F., Mauras Y., Morieux C., Allain P., de Vernejoul M. C. Fluoride and strontium accumulation in bone does not correlate with osteoid tissue in dialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2002;17(3):449-54. doi:10.1093/ndt/17.3.449.
10. Verberckmoes S. C., De Broe M. E., D'Haese P. C. Dose-dependent effects of strontium on osteoblast function and mineralization. Kidney Int. 2003;64(2):534-43. doi: 10.1046/j.1523-1755.2003.00123.x.
11. Kudrin A. V., Gromova O. A. Microelements in neurology. M: GEOTAR-Media 2006. (In Russ.).
12. Kosanovic M., Jokanovic M. Quantitative analysis of toxic and essential elements in human hair. Clinical validity of results. Environ Monit Assess. 2011 ;174:635. doi:10.1007/s10661-010-1484-6
13. Prejac J, Visnjevic V, Skalny A. A, Grabeklis A. R, Mimica N, Momcilovic B. Hair for a long-term biological indicator tissue for assessing the strontium nutritional status of men and women. J Trace Elem Med Biol. 2017;42:11-17. doi:10.1016/j.jtemb.2017.02.015.
14. Kornilov S. A. Longitudinal studies: theory and methods. Experimental psychology. 2011; 4(4): 101-116.
15. Ewing D. J. Analysis of heart rate variability and other noninvasive tests with special reference to diabetes mellitus. Autonomic failure. 3rd ed. Oxford: Oxford University Press; 1992.
16. Spallone V., Bellavere F., Scionti L., Maule S., Quadri R. et al. Recommendations for the use of cardiovascular tests in diagnosing diabetic autonomic neuropathy. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2011;21(1):69-78. doi:10.1016/j.numecd.2010.07.005.
17. Malik M., Bigger J. T., Camm A. J., Kleige R. E., Malliani A. Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. European heart journal. 1996;17(3):354-381.
18. Baevsky R. M., Ivanov G. G., Chireykin L. V., Gavrilushkin A. P., Dovgalevsky P. Yu. and others. Analysis of heart rate variability using different electrocardiographic systems (methodological recommendations, part 1). Bulletin of arrhythmology. 2002;24:65-87. (In Russ.).
19. Shlyk N. I. Heart rate and type of regulation in children, adolescents and athletes. Izhevsk: Publishing House «Udmurt University»; 2009. (In Russ.).
20. Shields R. W. Heart rate variability with deep breathing as a clinical test of cardiovagal function. Cleve Clin J Med. 2009;76(2):37-40. doi:10.3949/ccjm.76.s2.08
21. Patel K., Rössler A., Lackner H. K., Trozic I., Laing C. et al. Effect of postural changes on cardiovascular parameters across gender. Medicine (Baltimore). 2016; 95(28):41-49. doi:10.1097/MD.0000000000004149.
22. Aaron J. Specht, Farshad Mostafaei, Yanfen Lin, Jian Xu, Linda H. Nie. Measurements of Strontium Levels in Human Bone In Vivo Using Portable X-ray Fluorescence (XRF) Appl Spectrosc. 2017;71(8):1962-1968. doi 10.1177/0003702817694383.
23. Cheng Xu, Qian Liu, Hui Liu, Paul Héroux, Qunwei Zhang, Zhao-Yan Jiang, Aihua Gu Low Serum Testosterone Levels Are Associated with Elevated Urinary Mandelic Acid, and Strontium Levels in Adult Men According to the US 2011-2012 National Health and Nutrition Examination Survey. PLoS One. 2015;10(5). doi:10.1371/journal. pone.0127451.
24. Lavi A., Sheinin A., Shapira R., Zelmanoff D., Ashery U. DOC2B and Munc13-1 Differentially Regulate Neuronal Network Activity Cereb Cortex. 2014; 24(9): 2309-2323. doi: 10.1093/cercor/bht081.
25. Neves G., Neef A., Lagnado L., The actions of barium and strontium on exocytosis and endocytosis in the synaptic terminal of goldfish bipolar cells J Physiol. 2001; 535(3): 809-824. doi: 10.1111/j.1469-7793.2001. t01-1-00809.x.
26. Matthew A., Xu-Friedman, Regehr W. G. Probing Fundamental Aspects of Synaptic Transmission with Strontium J Neurosci. 2000;20(12):4414-4422. doi: 10.1523/JNEUR0SCI.20-12-04414.2000.
27. Searl T. J., Silinsky E. M. Evidence for two distinct processes in the final stages of neurotransmitter release as detected by binomial analysis in calcium and strontium solutions. J Physiol. 2002;539(3):693-705. doi: 10.1113/ jphysiol.2001.013129.
