CC BY
32
-Ф-
УДК 504.75.05: 572.023: 572.022
СООТНОШЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ И ВОЛОСАХ ПОДРОСТКОВ КОРЕННОГО (НИВХИ, ЭВЕНЫ) И РУССКОГО НАСЕЛЕНИЯ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ
Б01: 10.24411/1728-323Х-2018-13028
Н. К. Христофорова, доктор биол. наук, профессор, Дальневосточный федеральный университет, в. н. с., Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, [email protected], г. Владивосток, Россия, А. О. Нестеренко, аспирант, [email protected], Е. Д. Целых, доктор биологических наук, профессор, [email protected], М. Х. Ахтямов, доктор биол. наук, профессор, директор Естественно-научного института, заведующий кафедрой, [email protected], Дальневосточный государственный университет путей сообщения, г. Хабаровск, Россия
Изучено содержание Se, Co, Zn Fe, Cu в плазме крови и волосах подростков аборигенных национальностей (эвены, нивхи) и пришлого русского населения, проживающих в Хабаровском крае. Биологические образцы проанализированы методом атомно-эмиссионной спектроскопии. В биосубстратах подростков выявлен дисбаланс элементов, связанный с дефицитом Se, Co, Zn, Cu и избытком Fe в биогеохимических провинциях. Изучение среднесуточного рациона питания, полученного на основе анкетирования, выявило дефицит элементов. Высказано предположение, что фактором, усиливающим нарушение элементного гомеостаза в биосубстратах подростков на севере края, может быть высокая концентрация в среде Th и U, источником которых являются уран-полиэлементные рудообразующие системы, на юге — техногенное загрязнение.
The paper studies the content of Se, Co, Zn, Fe, Cu in the blood plasma and hair of teenagers of aboriginal nationalities (the Evens, Nivkhs) and Russian citizens of Khabarovsky Kray. Biological samples were analyzed by atomic-emission spectroscopy. The elemental imbalance in the biosubstrates of all the groups was revealed: the deficiency of Se, Co, Zn, Cu and the excess of Fe in bio-geochemical provinces.
Food quantity was estimated by questionnaire. It revealed deficiency of nutritional elements identified in ethnic groups. It is suggested that the reason of the disruption of element homeostasis in biosubstrates of the teenagers is the high concentration of Th and U in the environment. The source of these radioactive elements in the north of the region is uranium-polyelement ore-forming systems, in the south it is technogenic pollution.
Ключевые слова: подростки, волосы, сыворотка крови, рацион питания, микроэлементный гомеос-таз, торий, уран, техногенное загрязнение.
.eywo
l hom
mental homeostasis, thorium, uranium, technogenic pollution.
Введение. Человек вынужден приспосабливаться к тем условиям, которые его окружают. В таком взаимодействии складывается набор ответных реакций, обеспечивающих го-меостаз организма. Любое воздействие вызывает цепь последовательных адаптивных реакций [1]. Среди факторов, влияющих на здоровье, большое значение имеет специфика биогеохимической провинции, которая предопределяет содержание микроэлементов (МЭ) в организме. Своеобразием территории Хабаровского края является недостаток Зе, Со,
и избыток Бе и Си в окружающей среде, что может вызывать дизадаптивные изменения в организме, представляющие опасность, прежде всего, для детей в силу их повышенной чувствительности к поступлению МЭ, в результате формируется экологически обусловленное преморбидное состояние [2].
Изучение баланса элементов позволит диагностировать состояние здоровья растущего организма и предотвратить развитие экологически обусловленных заболеваний и в целом повысить качество жизни.
Цель: на примере аборигенного и пришлого русского населения (подростков разных этнических групп) выявить адаптивные приспособления к условиям существования по распределению микроэлементов в биосубстратах.
Задачи:
1. Определить концентрации Бе, Си, 2п, Со, Зе, ТИ и и в сыворотке крови и волосах подростков разной этнической принадлежности (нивхи, эвены, русские), проживающих в биогеохимических провинциях с различающимися условиями среды в Охотском, Николаевском районах Хабаровского края и городе Хабаровске.
2. Изучить содержание Бе, Си, 2п, Со, Зе в среднесуточном рационе питания подростков разных этнических групп.
3. Определить наличие зависимости элементного баланса в биосубстратах организма подростков от характера питания, геохимических и климатических условий среды в разных территориях Хабаровского края.
Район работ, материалы и методы. Обследование подростков разных этнических групп: нивхов (п = 25), эвенов (п = 54)
-Ф-
-Ф-
-Ф-
Рис. 1. Районы проведения экспедиционных работ: 1 — Хабаровский район; 2 — Николаевский район; 3 — Охотский район
и пришлого русского населения (n = 23) проведено в местах их компактного проживания в Охотском (пп. Арка и Новая Иня), Николаевском (п. Лазарев) и Хабаровском районах (г. Хабаровск). Средний возраст составил 14,60 ± 0,21, 14,57 ± 0,24 и 15,00 ± 0,32 лет, соответственно. Разрешение на проведение исследования от Этического комитета Хабаровского филиала ДНЦ ФПД — НИИ ОМиД получено на основании «информированного согласия» родителей обследуемых детей.
Наиболее информативными биосубстратами, обеспечивающими объективную оценку состояния микроэлементного баланса организма, могут служить волосы и кровь. Волосы аккумулируют химические элементы в течение нескольких месяцев или лет, а в сыворотке крови (СК) элементы содержатся непродолжительное время, однако по степени отклонения их концентраций от нормы такие показания более значительны [3].
Забор крови и взятие образцов волос у нивхов проведен в Центральной районной больнице (ЦРБ) п. Лазарев, у эвенов — в ЦРБ пп. Арка и Новая Иня, у русских — в лаборатории «Физиологии человека» ДВГУПС, Хабаровск (рис. 1).
Содержание Fe, Си, Zn, Co, Se, Th и U в СК и волосах определено в Хабаровском инновационно-аналитическом центре Института тектоники и геофизики ДВО РАН методом атомно-эмис-сионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на приборе ICP-MS ELAN DRC II PerkinElmer.
Представление об элементном составе среднесуточного рациона питания подростков получено в результате анкетирования (методика «вчерашнего дня», Дж. Сабати, 1993 г.), с последующей обработкой анкет на программе «Correct Food 6.5», созданной на основе справочника «Химический состав пищевых продуктов» (под ред. академика АМН А. А. Покровского, 1976 г.).
При статистическом анализе использованы стандартные методы вариационной статистики: определение достоверности полученных данных в условиях стандартного нормального распределения для независимых выборок по коэффициенту Стьюдента, с учетом «ошибки средней» M ± m; корреляционный анализ — по коэффициенту парной корреляции.
Результаты исследования. Результаты анализа состава волос, СК и среднесуточного рациона питания подростков всех групп представлены на рисунке 2, где показано соотношение МЭ методом векторных многоугольников: круг — физиологическая норма, расположение линий внутри круга свидетельствует о дефиците элемента, за пределами круга — об избытке.
Железо. Как видно (рис. 2), концентрация Fe в СК подростков выше физиологической нормы в 1,4—3,8 раза (р < 0,001). Его концентрация зависит от поступления в организм количества депонированного (в печени, селезенке и костном мозге), от соотношения Fe, идущего на синтез гемоглобина, и Fe, выделяющегося при утилизации красных кровяных телец.
Судя по накоплению Fe в волосах, оно поступает в организм в избытке.
Поступление Fe с пищей в группе нивхов, эвенов и пришлого русского населения находится на верхней границе и даже выше гигиенической нормы (р < 0,001). Выявленная средняя по силе корреляционная связь избытка Fe в СК с высоким содержанием элемента в рационе питания (r = 0,303) подтверждает это предположение. Как следует из литературных данных, причиной избыточного содержания элемента в СК и волосах подростков может быть также высокая концентрация Fe в питьевой воде Хабаровского края [2].
Избыток Fe может оказать негативное воздействие на усвоение других элементов и процессы жизнедеятельности в целом [4].
Цинк. Концентрация Zn в СК нивхов соответствует физиологической норме, у эвенов ниже в 1,4 раза; у русских — в 1,2 раза. В волосах подростков концентрация МЭ соответствует возрастной норме (рис. 2). В то же время содержание Zn в рационе достоверно ниже гигиенической нор-
-Ф-
-Ф-
Рис. 2. Парциальные элементные характеристики сыворотки крови, волос и среднесуточного рациона питания: А — подростков-нивхов; Б — подростков-эвенов; В — подростков-русских. Примечание: круг — показатель возрастной физиологической нормы (100 %); — показатель в сыворотке крови; — — — в волосах; ....... — в среднесуточ-
ном рационе питания; различие с границей физиологической нормы достоверно: при р < 0,05 (*); при р < 0,01 (**); при р < 0,001 (***)
мы (р < 0,001) (рис. 3). Наблюдается перераспределение дефицитного в среде МЭ в волосы.
Недостатком Zn в питании и объясняется его пониженное содержание в СК у эвенов и русских. Это главный элемент роста и развития организмов, формирования генеративных органов и нормального течения репродуктивных процессов всего живого, что было показано еще А. Пра-садом (Prasad, 1979).
Формирование дисбаланса происходит в результате нарушения соотношения элементов за счет конкуренции МЭ при их усвоении организмом. Так, избыток Fe уменьшает усваиваемость Zn, что подтверждают корреляционные связи избытка Fe с дефицитом Zn в СК и рационе питания эвенов (r Fe/Zn = 0,355 и r Fe/Zn = 0,484, соответственно). Еще одним функциональным антагонистом Zn является Cu, которая тормозит усвоение Zn [5]. Парные корреляции выявлены только для твердого биосубстрата (эвены: r Zn/Cu = 0,584; русские: r Zn/Cu = 0,710).
Медь. В СК подростков всех этнических групп обнаружена высокая концентрация Cu: в группе нивхов — 112 %, эвенов — 269 %, русских — 360 % от физиологической нормы (р < 0,001).
Концентрация Си в волосах подростков коренных народностей соответствует норме, у пришлого населения превышает ее верхнюю границу (р < 0,01). Однако в рационе питания всех групп наблюдается дефицит Си, с достоверным отличием у нивхов (р < 0,01).
Основное количество Си в организме человека связано с белком СК — церулоплазмином, который переносит Си на ферменты, обеспечивающие тканевое дыхание. Очевидно, этим и объясняется высокий уровень меди в СК обследованных групп. Однако поглощение и выведение ее строго регулируется организмом, поскольку избыток элемента оказывает токсическое действие, что отмечал еще Д. Мецлер (1980). Уровень сывороточной Си повышается при воспалительных процессах, маскирующих дефицит Си в организме [4].
Кобальт. В СК эвенов концентрация Со ниже нормы в 6,7 раза (р < 0,001) (рис. 2, А) в группе нивхов и русских — на нижней границе нормы. В волосах эвенов содержание Со соответствует физиологической норме, у русских — превышает ее (рис. 2, Б, В). Различия между группами достоверны (р < 0,001).
Процентное содержание, %
Рис. 3. Содержание элементов в среднесуточном рационе фактического питания детей подросткового возраста разной этнической принадлежности, проживающих в Хабаровском крае (п = 102).
Примечание:
— содержание элементов в среднесуточном рационе питания подростков-нивхов;
— подрост-
— подростков-русских; здесь и далее: достоверное различие с границей физиологического норматива
ков-эвенов;
показано: при p < 0,05 (А); при p < 0,01 (А А); при p < 0,001 (а А А)-
Соотношение Со волосы/СК в группе подростков-эвенов в 3 раза выше, чем у русских, что означает большее депонирование Со в организмах детей аборигенов. В то же время у эвенов его содержание в пище соответствует гигиенической норме, а в группах нивхов и русских находится на ее нижней границе. Таким образом, у подростков-эвенов наблюдается интенсивное перераспределение Со в волосы несмотря на его дефицит в организме. Известно, что повышенное содержание Fe в пище и воде замедляет процесс усвоения Со в желудочно-кишечном тракте [4]. Выявленная достоверная корреляционная связь между дефицитом Со и избытком Fe в СК эвенов (г Co/Fe = 0,450) подтверждает негативное влияние Fe на аккумуляцию Со.
Селен. Показателем обеспеченности организма человека Se является его содержание в крови. Концентрация Se в СК подростков-нивхов определена как дизадаптивно низкая, у эвенов и русских она соответствует нижней границе нормы. Согласно ранжированию, предложенному И. В. Гмошинским (1999), во всех группах выявлена субоптимальная форма недостаточности. Как резюмировала Ю. А. Бахматова (2017) на основе обзора литературы, в России более чем у 80 % населения обеспеченность Se ниже оптимальной.
Хабаровский край относится к провинциям с глубоким дефицитом Зе.
В волосах также выявлен дефицит Зе: 82 % в группе эвенов и 56 % в группе русских (рис. 2). Выявлено недостаточное поступление Зе с рационом. Согласно Н. А. Голубкиной (2007), основным источником Зе являются морепродукты, зерновые, мясо, молочные продукты, яйца. Основной причиной низкой концентрации Зе в биосубстратах подростков Хабаровского края является, очевидно, недостаточное поступление элемента с рационом, однообразное питание. Зе является антиоксидантом, положительно влияет на многие системы и процессы, оказывает антиканцерогенное действие.
Торий и уран. Как следует из данных таблицы, концентрации ТИ и и в СК и волосах превышают физиологическую норму в 2,8—3,2 раза в этнических группах (р < 0,001). ТИ может способствовать формированию инверсии элементного го-меостаза у подростков [5], которая проявляется в чрезмерном запасании эссенциальных элементов в волосах и выводе их из метаболизма.
В Николаевском и Охотском районах основными источниками избыточных концентраций ТИ и И в биосубстатах подростков могут быть уран-полиэлементные рудообразующие системы,
-Ф-
-Ф-
Концентрация (М ± т) тория и урана в сыворотке крови и волосах подростков разной этнической принадлежности Хабаровского края (п = 102)
Биосубстраты, Сыворотка крови, мкг/л Волосы, мкг/кг
Группы норма элемент ТЪ 0,5-2 и 0,5 ТЪ < 0,001 и 0,003
Русские (п = 23) Эвены (п = 54) Нивхи (п = 25) 6,39 ± 0,48ааа 6,52 ± 3,20ааа 6,35 ± 0,30ааа 8,44 ± 0,41 ааа 11,66 ± 5,45ааа 0,34 ± 0,07 0,006 ± 0,003ааа 0,017 ± 0,005ааа*** 0,006 ± 0,002 0,029 ± 0,013ааа***
Примечание: норма содержания и в СК приведена по Дж. Эмсли (1993); ТЬ — по В. В. Иванову (1997); норма ТЬ и и в волосах — по Д. В. Наркович (2012); достоверное различие с группой сравнения показано: при р < 0,05 (*); при р < 0,01 (**); при р < 0,001 (***).
одна из которых с аномально высоким содержанием урана и тория выявлена районе м. Лазарев [6]. Радиоактивные элементы, вероятно, поступают в биосубстраты с пищей (морепродукты, продукты местного производства) и питьевой водой.
Для территорий Среднего Приамурья как наиболее освоенных урбанизированных зон преобладающим является техногенное загрязнение. Как отмечал П. В. Ивашов (2003), техногенные потоки тяжелых металлов в окружающую среду Хабаровского края формируются в районах функционирования промышленных предприятий, металлургических и машиностроительных заводов, химического и сельскохозяйственного производства, коммунального городского хозяйства, ТЭЦ [7].
Обсуждение результатов. Особую роль в поступлении в организм МЭ играет питание. Результаты анкетирования в целом свидетельствуют о дефиците нутриентов в пище подростков: поступление белков, жиров и углеводов не соответствует гигиеническим нормам для Сибири и Дальнего Востока (по В. Г. Кривошапкину, 2006), (р < 0,001). Среди коренного населения негативную роль в поступлении МЭ играет фастфудовская пища.
Утрата традиций (прежде всего, традиционные виды промыслов, характер питания) аборигенными народами, безусловно, влияет на состояние здоровья. Любая территория характеризуется избытком или недостатком элементов. Коренное население, проживающее в данном регионе, отличается спецификой адаптивных перестроек в организме. Адаптивный тип реагирования складывается в течение многих поколений, что определяет чувствительность организмов к изменениям концентрации в среде МЭ [8]. Однако за последние десятилетия условия жизни, экологическая ситуация интенсивно меняются, что влечет за собой дизадаптивные состояния здоровья коренных народов.
В результате проведенного исследования для некоторых МЭ выявлены определенные географические зависимости концентраций в биосубстратах. С юга на север Хабаровского края наблюдается снижение концентрации эссенциаль-ных МЭ (Со, Бе, Зе). Концентрация И, напротив, увеличивается. Эта тенденция, вероятно, обусловлена особенностями биогеохимической провинции. Разнообразие химического состава флоры и фауны оказывает воздействие на состав почв. Почвы в Охотском районе подзолистые, торфя-но-подзолистые, преобладающей породой является лиственница с кислым опадом, способствующим вымыванию элементов из почвы. Поэтому по большинству МЭ данная территория является дефицитной. В Николаевском районе сформировались бурые, горные лесные и аллювиальные почвы. Такое разнообразие обусловлено большим числом видов (елово-пихтовые л еса). На юге Хабаровского края сходятся зоны хвойных и смешанных лесов, в связи с чем поступление элементов в организм возрастает [9]. Поэтому наблюдается закономерность изменения соотношения МЭ с юга на север: концентрация Со, Бе и Зе уменьшается, И — увеличивается.
Заключение. МЭ обеспечивают физиологические процессы и адаптацию организма к комплексу экологических факторов. Химический состав организма может изменяться в районах геохимических аномалий, в результате возникает акклиматизационный дефицит МЭ [4], особенно выраженный на Дальнем Востоке, где население испытывает неблагоприятное воздействие климата. В то же время в результате адаптации к холодному климату может фиксироваться избыточное содержание элементов в организме людей [10].
Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о наличии у подростков элементного дисбаланса: в волосах наблюдается инверсион-
-ф-
-Ф-
-Ф-
ное накопление эссенциальных элементов, в то время как в СК их содержание дефицитно. Данный процесс более выражен у подростков коренного населения, что, вероятно, связано с адаптивным типом реагирования на особенности геохимических аномалий. Выявлена закономерность
снижения концентрации Со, Бе и Зе и увеличения и с юга на север, что связано с изменением климатических условий, видового состава растительности, почвенного покрова: концентрация многих МЭ в почвах уменьшается с юга на север, что подтверждает и наше исследование.
Библиографический список
1. Моргулис И. И., Хлебопрос Р. Г. Биологическая роль кобальта // Красноярский научный центр СО РАН СибФУ. — Красноярск, 2005. — 24 с.
2. Козлов В. К. Здоровье детей и подростков Сибири и Дальнего Востока — вклад в будущее России / Бюллетень СО РАМН, 2012. — Т. 32. — № 1. — С. 99—106.
3. Куценогий К. П., Савченко Т. И., Чануина О. В. и др. Элементный состав крови и волос коренных жителей Севера России с разной биогеохимической средой обитания // Химия в интересах устойчивого развития, 2010. — № 18. — С. 51—61.
4. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — М.: Издательский дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004. — С. 92—106 (272 с.).
5. Барановская Н. В., Игнатова Т. Н., Рихванов Л. П. Уран и торий в органах и тканях человека // Вестник Томского государственного университета. — 2010. — С. 182—188 (339 с.).
6. Коковкин А. А. Новейшая структура Сихотэ-Алинского орогена, металлогения Сихотэ-Алинской рудной провинции // Региональная геология и металлогения. — 2013. — № 53. — С. 1—9.
7. Ивашов П. В. Ландшафтно-геохимические исследования на базальтовых массивах. — Владивосток: Дальнаука, 2003. — 323 с.
8. Агаджанян Н. А. Этнические проблемы адаптивной физиологии. — М.: РУДН, 2007. — С. 5—10 (57 с.).
9. Христофорова Н. К. Экологические проблемы региона: Дальний Восток — Приморье: Учебное пособие. Владивосток; Хабаровск: Хабаровск. кн. изд-во, 2005. — С. 37—53 (304 с.).
10. Бужилова А. П., Бацевич В. А., Бердиева А. Ю. и др. Оценка взаимосвязи морфологических характеристик и концентраций микроэлементов у современных представителей арктического адаптивного типа // Вестник археологии, антропологии и этнографии. — 2013. — № 4 (23). — С. 59—70.
THE PROPORTION OF THE MICROELEMENTS IN BLOOD SERUM AND HAIR OF ADOLESCENTS OF THE INDIGENOUS PEOPLES (THE NIVHS AND EVENS) AND THE RUSSIANS OF KHABAROVSKY KRAY
N. K. Khristoforova, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Professor, Far Eastern Federal University, Leading Researcher,
Pacific Institute of Geography FEB RAS, [email protected], Vladivostok, Russia,
А. О. Nesterenko, postgraduate student, [email protected],
Е. D. Tselikh, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, [email protected],
M. H. Akhtyamov, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Professor, [email protected],
Far Eastern State Transport University, Khabarovsk, Russia
References
1. Morgulis I. I., Khlebopros R. G. The biological role of cobalt. Krasnoyarsk Scientific Center of SB RAS SibFU. Krasnoyarsk, 2005. 24 p. [in Russian]
2. Kozlov V. K. Health of children and adolescents in Siberia and the Far East — Contribution to the future of Russia. Bulletin of the SB RAMS, 20)12. Vol. 32. No. 1. P. 99—106 [in Russian]
3. Kutsenogiy K. P., Savchenko T. I., Chanuina O. V. et al. Elemental composition of blood and hair of indigenous peoples of the North of Russia with different biogeochemical environments. Chemistry for Sustainable Development, 2010. No. 18. P. 51—61 [in Russian]
4. Skalny A. V., Rudakov I. A. Bioelements in medicine. М.: "Onyx 21 Century" Publishing House: The World, 2004. P. 92—106 (272 p.) [in Russian]
5. Baranovskaya N. V., Ignatova T. N., Rikhvanov L. P. Uranium and thorium in human organs and tissues. Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2010. P. 182—188 [in Russian]
6. Kokovkin A. A. The newest structure of the Sikhote-Alin orogen, the metallogeny of the Sikhote-Alin ore province. Regional geology and metallogeny, 2013. No. 53. P. 1—9 [in Russian]
7. Ivashov P. V. Landshaft-geochemical studies on basalt massifs. Vladivostok: Dal'nauka, 2003. 323 p. [in Russian]
8. Agadzhanyan N. A. Ethnic problems of adaptive physiology. М.: PFUR, 2007. P. 5—10 (57 p.) [in Russian]
9. Khristoforova N. K. Environmental problems of the region: The Far East — Primorye. Vladivostok, Khabarovsk: Khabarovsk publishing house, 2005. P. 37—53 (304 pages). [in Russian]
10. Buzhilova A. P., Batsevich V. A., Berdieva A. Yu. at al. Evaluation of the correlation between morphological characteristics and concentrations of microelements in modern representatives of the Arctic adaptive type. Herald of Archeology, Anthropology and Ethnography. 2013. No. 4 (23). P. 59—70 [in Russian]
