CC BY
17Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 19 (58). 2006. № 4. С. 86-91.
УДК 616. 1/9-02:614.7
СВЯЗЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ С СОДЕРЖАНИЕМ КАЛЬЦИЯ И СТРОНЦИЯ В ОРГАНИЗМЕ УЧАЩИХСЯ
РАЗНОГО ВОЗРАСТА
Залата О.А.
Известно, что развивающийся организм в большей степени подвержен влиянию различных факторов внешней среды, в том числе и техногенного происхождения [1]. Большое количество исследований в Украине и России посвящено изучению негативного влияния окружающей среды на нервную систему и психику учащихся разного возраста [2, 3]. Одним из проявлений реакции дезадаптации у детей, подростков, юношей являются выявляемые в ходе мониторинговых исследований дефицитные состояния эссенциальных макро и микроэлементов на фоне повышенного содержания в их организме токсичных [4, 5]. Важна и бесспорна роль для растущего организма кальция [6], а одним из конкурентных элементов для кальция в организме человека является стронций. Антагонизм этих щелочно-земельных металлов в отношении костной ткани изучен довольно хорошо [7, 8], однако практически отсутствуют данные об их влиянии на нервную систему человека. В литературе представлены единичные работы, в которых рассматриваются вопросы обмена кальция и стабильного стронция у человека в естественных условиях, а так же в эксперименте на животных [9, 10]. В тоже время хорошо известно, что в некоторых случаях накопление стронция в организме приводит к поражению многих органов и систем, в том числе и нервной, и развитию так называемой «Уровской болезни» [11]. Кальций, как элемент играет важную роль в функционировании головного мозга [6] и приближение его содержания к верхней или нижней границе условной нормы может оказаться физиологически значимым, особенно для растущего организма.
В связи с этим целью нашего исследования явилось определение физиологической значимости кальция и стабильного стронция для ряда характеристик психофизиологических функций учащихся разного возраста. Были поставлены следующие задачи: определить и оценить содержание элементов в биологически стабильных пробах (образцы волос) школьников 12-13 лет и студентов 18-19 лет; выполнить ЭЭГ обследование учащихся с регистрацией параметров текущей ЭЭГ, вызванных и связанных с событием потенциалов; дать оценку физиологической значимости изучаемых металлов для функционального состояния ЦНС.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве обследуемых контингентов были избраны школьники и студенты 12-13 и 18-19 лет (51 человек), проживающие в условиях урбанизированной среды и обучающиеся в разных районах города Симферополя. Методика регистрации ЭЭГ и связанных с событием потенциалов (ССП), применявшаяся для оценки функционального состояния центральной нервной системы студентов, описана ранее [12]. Регистрация текущей ЭЭГ у школьников 12-13 лет выполнялась с использованием стандартных приемов в точках С3 и С4 по системе «10-20». Запись ЭЭГ у детей проводили на протяжении двух эпох исследования, каждая из которых отражала динамику основных ритмов ЭЭГ в течение 30 серий. Во время первой эпохи производилась контрольная запись, во время которой ученик находился в состоянии покоя, с закрытыми глазами, в соответствии с полученной инструкцией. Во время второй эпохи ученик решал задачу, относящуюся к определенному типу функциональных нагрузок:
1. задачи с использованием словестно-логического материала (арифметическая и логическая);
2. задача с использованием пространственно-образного материала (пространственная).
При дальнейшей обработке данные анализа амплитудно-частотных характеристик ЭЭГ использовались для расчета показателей асимметрии мозга ребенка как отношение разности значений приростов мощностей соответствующих ритмов обоих полушарий к их сумме.
Определение содержания металлов в прикорневой части волос затылочной области произведено методом рентгено-флуоресцентной спектрометрии в научно-техническом центре "Вириа" г.Киев.
Статистическую обработку результатов выполняли посредством непараметрического корреляционного анализа по Спирмену.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Мониторинговое исследование биологически стабильных тканей (волос) детей, подростков, юношей - достоверный и неинвазивный метод оценки поступления макро и микроэлементов в организм из окружающей среды [13], который позволяет получить представление об уровне элементов за длительный период времени (до полугода). Результаты настоящего биомониторингового исследования образцов волос могут свидетельствовать о некотором элементном дисбалансе у испытуемых (табл. 1).
Следует отметить, что в работах, опубликованных ранее, условная норма содержания кальция в биологически стабильных тканях (образцы волос) варьировала в пределах 500-1500 мкг/г. Однако в последнее время происходит пересмотр условных норм содержания эссенциальных и токсичных элементов в организме человека. Это связано с прогрессирующим ухудшением экологической обстановки [14].
Таблица 1.
Среднее содержание металлов в волосах учащихся разного возраста
(мкг/г)
Металл Школьники 12-13 лет (N=18) Студенты 18-19 лет (N=33) Условная норма
кальций 661.6±130.2 334.9±35.56 300-700
стронций 5.10±0.94 3.12±0.20 0.3
Выявлено, что среднее содержание эссенциального кальция у школьников находилось в границах условной нормы, а у студентов на уровне нижней границы нормы. Увеличение среднего содержания стабильного стронция в организме испытуемых было выявлено только в группе школьников. Среднее содержание стронция в группе студентов не выходило за границы условной нормы. Колебания средних значений эссенциального кальция, с одной стороны могут быть обусловлены характером питания испытуемых, имеющим особенности в конкретной возрастной группе [15]. С другой стороны эти колебания, могут быть связаны с изменчивостью уровня природных экотоксикантов (свинец, кадмий) в атмосферном воздухе, характерных для микротерриторий проживания школьников и студентов. Для нашего исследования интерес представляло функциональное взаимодействие кальция и стабильного стронция в организме человека. Для определения этой значимости был выполнен корреляционный анализ параметров текущей ЭЭГ, вызванных и связанных с событием потенциалов с содержанием кальция и стронция в биологически стабильных тканях (волосах) у испытуемых двух возрастных групп.
В группе школьников было обнаружено наличие достоверных (11) и приближающихся к ним (3) корреляционных связей между параметрами текущей ЭЭГ-активности при различных функциональных состояниях и металлами (таблица 2). Подавляющее большинство корреляционных связей для кальция и стронция носило прямой характер. Следует отметить, что обнаруженные достоверные и приближающиеся к ним прямые корреляционные связи при текущей ЭЭГ имели место с одними и теми же параметрами ЭЭГ: спектральная мощность альфа-волн (г = 0.62 для стронция иг = 0.59 для кальция при р<0.05), спектральная мощность бета-волн (г = 0.42 для стронция при р<0.09 иг = 0.50 для кальция при р<0.04) при открытых глазах и преимущественно в правом полушарии головного мозга. Вероятно, все эти факты можно расценивать как свидетельство функционального синергизма стронция и кальция в их влиянии на состояние базовых функциональных характеристик нервной системы, в том числе и на активность познавательных процессов детей этого возраста. В пользу чего свидетельствуют корреляции ЭЭГ-характеристик спектральной мощности в дельта- и бета-диапазонах при решении арифметической задачи. В этом случае обнаруживалась обратная связь мощности дельта диапазона с уровнем обоих металлов в организме школьников (г = -0.48 для стронция и г = -0.47 для кальция при р<0.04) и положительная корреляция спектральной мощности бета- диапазона при этой же
функциональной пробе (г = 0.45 для стронция при р<0.05 иг = 0.40 для кальция при р<0.09). Плотность корреляционных связей для всех случаев колебалась в пределах 0.40 <г< 0.71 при вероятности 90-99,2%. Результаты, полученные в этой возрастной группе частично совпадают с данными полученными нами ранее для 15-ти летних подростков [16].
Таблица 2.
Коэффициенты корреляции характеристик текущей ЭЭГ- активности с уровнем металлов в волосах у школьников 12-13 лет (N=18)
Характеристики ЭЭГ-активности и условия отведения Коэффициент корреляции (Д) для стронция с уровнем значимости (р) Коэффициент корреляции (Д) для кальция с уровнем значимости (р)
Дельта-ритм (п) (ар.з.) -0.48 (0.04) -0.47 (0.04)
Тета-ритм (п) (г.о.) 0.42 (0.08)
Альфа-ритм (л) (г.о.) 0.45 (0.07) 0.41 (0.09)
Альфа-ритм (п) (г.о.) 0.62 (0.008) 0.59 (0.01)
Бета-ритм (п) (г.о.) 0.42 (0.09) 0.50 (0.04)
Бета-ритм (п) (ар.з.) 0.45 (0.05) 0.40 (0.09)
Бета-ритм (п) (пр.з.) -0.71 (0.04)
Асимметрия по тета -ритму (ар.з.) 0.49 (0.03) 0.52 (0.02)
Примечания: л. и п. - отведения от левого и правого полушарий, г.з. и г.о. -отведения ЭЭГ при закрытых и открытых глазах соответственно, ар.з. и пр.з. арифметическая и пространственная задачи соответственно.
Оценивая функциональную значимость металлов для нервной системы в старшей возрастной группе по количеству и плотности корреляционных связей (табл. 3), необходимо отметить, что из 10 обнаруженных достоверных и приближающихся к ним корреляций, большее число (8) было выявлено для кальция. Однако плотность корреляционных связей была слабой: коэффициенты корреляции для кальция колебались в пределах 0.30 <г< 0.39 при вероятности 90-99,2%.
Из параметров текущей ЭЭГ-активности достоверная корреляционная связь выявлена только для коэффициента десинхронизации альфа-ритма с кальцием в левом полушарии (г = 0.36, р<0.05 )и на уровне тенденции в левом полушарии. Подавляющее число корреляционных связей с содержанием стабильного стронция и кальция в организме студентов было обнаружено для параметров связанных с событием потенциалов и носило обратный характер. Необходимо отметить, что латентный период волны Р 300 коррелировал с двумя металлами (г = -0.39 для кальция и г = -0.36 для стронция при р<0.05) в левом и правом полушариях, а амплитуда УНВ (г = -0.38, р<0.05) и ее терминальный компонент (г = -0.35, р<0.05 ) только с кальцием, так же в обоих полушариях головного мозга. Известно, что параметры Р300 являются своего рода индикатором когнитивной зрелости мозга [17],
а условно негативная волна тесно связана с процессами внимания, отражает процессы психической концентрации и подготовки поведенческого акта.
Таблица 3.
Коэффициенты корреляции параметров вызванных ЭЭГ-потенциалов и характеристик текущей ЭЭГ- активности с уровнем металлов в волосах у
студентов 18-19 лет (N=33)
Характеристики ВП, ЭЭГ-активности и условия отведения Коэффициент корреляции (Д) для стронция с уровнем значимости (р) Коэффициент корреляции R для кальция с уровнем значимости (р)
ЛП Р300 (л) -0.36 (0.05) -0.39 (0.03)
ЛП Р 300 (п) -0.36 (0.05) -0.39 (0.03)
Амплитуда УНВ (л) -0.33 (0.07)
Амплитуда УНВ (п) -0.38 (0.03)
Амплитуда УНВт (л) -0.35 (0.05)
Амплитуда УНВт (п) -0.35 (0.05)
Коэффициент десинхронизации альфа-ритма (л) 0.36 (0.05)
Коэффициент десинхронизации альфа-ритма (п) 0.30 (0.09)
Примечания. ЛП - латентный период, УНВ -условно негативная волна, УНВт терминальный компонент условно негативной волны. Остальные обозначения те же, что и в таблице 2.
Можно предположить, что выявленные качественные и количественные различия в характере корреляционных связей в группе школьников и студентов для кальция и стабильного стронция могут быть объяснены как возрастными особенностями, так и различием в интенсивности протекания познавательных процессов при обучении в школе и университете.
ВЫВОДЫ
1. У 12-13-ти летних школьников выявлено: содержание кальция - в границах условной нормы, содержание стабильного стронция превышало условную норму (5.10±0.94).В тоже время в старшей возрастной группе наблюдалась обратная ситуация: дефицит кальция у 18-19-ти летних студентов, содержание стронция в границах условной нормы
2. В младшей возрастной группе установлена преимущественно прямая корреляционная зависимость между параметрами текущей ЭЭГ (спектральная мощность дельта-, альфа- , бета- диапазона) в равной степени с кальцием и стронцием. Плотность корреляционных связей для всех случаев колебалась в пределах 0.40 <г< 0.71 при вероятности 90-99,2%.
3. Большинство корреляционных связей с содержанием кальция и стронция в организме студентов было обнаружено для параметров связанных с событием потенциалов, при этом наибольшей реактивностью обладали латентный период Р300, условно негативная волна и ее терминальный компонент. Корреляционная зависимость носила обратный характер. Плотность корреляционных связи для всех случаев колебалась в пределах 0.30 <г <0.39 при вероятности 90-99,2%.
4. Характер выявленных корреляционных связей в старшей возрастной группе свидетельствует о функциональном синергизме кальция и стронция по отношению к нервной системе при большей выраженности нейротропного действия кальция (8 и 2 достоверных и приближающихся к ним корреляций соответственно).
Список литературы
1. Лучанинова В.Н., Транковская Л.В. Комплексная оценка состояния здоровья детей на фоне техногенной нагрузки // Российский педиатрический журнал. - 2004. - №1. - С. 29-33.
2. Великанова Л.П. Клинико-эпидемиологический мониторинг состояния нервно-психического здоровья детей и подростков // Педиатрия. - 2004. - №1. - С. 67-70.
3. Гребняк Н.П., Ветрещак С.В. Состояние здоровья детского населения мегаполиса // Гигиена и санитария. - 2004. - №2. - С. 50-53.
4. Маймулов В.Г., Якубова И.Ш., Чернякина Т.С. и др. Особенности микроэлементного статуса у детей Санкт-Петербурга // Гигиена и санитария. - 2005. - №6. - С. 64-65.
5. Табаку А., Чулай А. Содержание микроэлементов в волосах дошкольников // Микроэлементы в медицине. - 2001. - №2. - С. 58-60.
6. Toescu E.C., Verkhratsky A. Calcium and mitochondria substrates for deficits in synaptic plasticity in normal brain ageing // J. Cell Mol Med. - 2004. - Vol. 8(2). - Р. 181-190.
7. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. - Москва: ОНИКС 21 век, 2004.- 272 с.
8. Aapostolidis N., Parodellis T., Karydas A.et al. Calcium and strontium metabolic studies in patients on CAPD- Peril Dial. Int., 1998. - Р. 18-20.
9. Дубровина З.В., Сарапульцев И.А., Фадеев А.П. К вопросу об обмене стронция и кальция у человека // Гигиена и санитария. - 1967. - № 4. - С. 43-46.
10. Усачев Ю.М., Миронов С.Л. Действие ионов стронция и бария на системы связывания и транспорта кальция в нервных клетках // Нейрофизиология. - 1989. - Т. 21, № 6. - С. 820-825.
11. Смоляр В.И. Гипо - и гипермикроэлементозы. - Киев: Здоров'я, 1989. - С. 91-92.
12. Евстафьева Е.В., Залата О.А., Репинская Е.В. и др. Корреляционные связи между содержанием токсичных и эссенциальных металлов в организме и характеристиками ЭЭГ потенциалов у юношей в условиях городской среды // Нейрофизиология. - 2006. - Т. 38, № 2. - С. 167-174.
13. Vol^mc V. Human hair. Fundamentals and methods for measurement of elemental composition. - Boca Raton: CRC Press. Inc., 1988. - Vol. 1. - Р. 164.
14. Environment and Health: An International Concordance on Selected Concepts - WHO: Regional Office for Europe, 2000. - P. 17.
15. Белаковский М.С., Спиричев В.Б. Кальций и потребность в нем человека // Вопросы питания. -1988.- №6.- С. 4-8.
16. Залата О.А. Особенности психофизиологического статуса подростков в связи с содержанием кальция и стронция в организме // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения труды КГМУ им. С.И. Георгиевского. -2004. - Т 140, часть3. - С. 66-69.
17. Johnston S.J., Barry R.J., Anderson J.V. et al. Age-related changes in child and adolescent event related potential component morphology, amplitude and latency to standard and target stimuli in auditory oddball task // Int. J. Psychophysiology. - 1996. - V. 24, № 3. - P. 223-238.
Поступила в редакцию 01.10.2006 г.
