CC BY
66
Раздел 7
ЭКОЛОГИЯ.
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Редакторы раздела:
АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ ПУЗАНОВ - доктор биологических наук, профессор, зам директора по научной работе Учреждения Российской академии Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН (г. Барнаул)
НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ МЕШКОВ - доктор медицинских наук, профессор Научно-исследовательского института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, член Российской научной комиссии по радиационной защите (г. Москва)
УДК 546.47:633.844:622.344(574.42-35)
Askarova D.A., Panin M.S. THE INFLUENCE OF THE DUST OF UST-KAMENOGORSK METALLURGICAL COMPLE OF JSC «KAZZINK» THE ACCUMULATION OF LEAD IN THE BEAN SPROUTS CULTURE. The effect of dust emissions of lead - zinc plant in the bean sprouts in a culture model of experience in the dark - chestnut soil. At the same time saw a more intense accumulation of lead root system than the aboveground part of the experimental seedlings. Found that the phytotoxic effect is achieved with minimal dust load (0.1% of the dust in the soil), when the biomass of seedlings decreased by 11.10% of the control options.
Key words: emission of dust, lead, phytotoxic effect, pea, MPC, ОАС
Д.А. Аскарова, соискатель каф. экологии и географии Семипалатинского гос. педагогического
института, г. Семей, E-mail: [email protected]; М.С. Панин, д-р биол. наук, проф. Семипалатинского гос.
педагогического института, г. Семей, E-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ ПЫЛИ УСТЬ-КАМЕНОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ОАО «КАЗЦИНК» НА НАКОПЛЕНИЕ СВИНЦА В ПРОРОСТКАХ БОБОВОЙ КУЛЬТУРЫ
Исследовано действие пылевых выбросов свинцово - цинкового комбината на проростки бобовой культуры в условиях модельного опыта на темно - каштановой почве. При этом наблюдали более интенсивное накопление свинца корневой системой, чем надземной частью опытных проростков. Установлено, что фитотоксический эффект достигается при минимальной пылевой нагрузке (0,1% пыли в почве), когда биомасса проростков снижается на 11,10% относительно контрольного варианта.
Ключевые слова: пылевые выбросы, свинец, фитотоксический эффект, горох посевной, ПДК, ОДК.
Во всем мире предприятия металлургии загрязняют окружающую природную среду: атмосферу, воды, растительность, почвы, образуя зоны техногенного загрязнения. В процессе работы металлургических предприятий на поверхность земли ежегодно поступает не менее 121500 т цинка, 89000 т свинца, 1860 т кадмия, 154858 т меди, 12090 т никеля [1]. Пылевые выбросы предприятий цветной металлургии по химическому составу однообразны, в них преобладают оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты выплавляемых металлов. Ореол максимального загрязнения распространяется горизонтально на расстояние от 7 до 40 относительных высот источника загрязнения (обычно это 310 км от заводской трубы).
Среди промышленных предприятий г. Усть-Каменогорск одним из наиболее мощных по количеству пылевых выбросов в атмосферу является металлургический комплекс ОАО «Каз-цинк», состоящий из цинкового, свинцового завода и аффинажного производства. Общая масса пылевых выбросов от данного комплекса составляет 217,14 т/год [2].
Выращивание кормовых или сельскохозяйственных культур, используемых в пищу, вблизи загрязненных территорий опасно. Интерес к свинцу в биологии и медицине связан с его токсичностью для всего живого. Несмотря на то, что свинец присутствует во всех живых организмах и доказаны, с одной стороны, его жизненная необходимость, а с другой - токсичность, биологическая роль и механизмы действия элемента изучены не в полной мере. Избыток свинца в растениях ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания кадмия и снижению поступления цинка, кальция, фосфора, серы [3].
В связи с этим изучено влияние пылевых выбросов свинцо-во - цинкового металлургического предприятия на темпы роста, продуктивность и аккумуляцию ионов свинца проростками бобовой культуры.
Объекты и методы исследования
Был заложен модельный вегетационный опыт согласно методике З.И. Журбицкого [4]. Для этого отбирались образцы нор-
мальной темно - каштановой среднесуглинистой почвы пахотного горизонта Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан. Определяли следующие физико - химические показатели данной почвы: содержание гумуса со спектрофотоколори-метрическим окончанием, рН-водной суспензии - потенциомет-рически, содержание обменных оснований, гранулометрический состав почвы [5], а также оценена буферная устойчивость почвы к загрязнению ТМ по градации В.Б. Ильина [6] Технологическую пыль Усть-Каменогорского металлургического комплекса ОАО «Казцинк» собирали с фильтров. В литературе имеется информация о том, что в больших количествах растения семейства бобовых накапливают в надземной части ТМ [7; 8; 9], поэтому в качестве тест - объекта выбрали культуру, принадлежащую этому семейству - горох посевной сорта «Дебют» (Pisum sativum L.). Искусственное загрязнение пылью производили в сухом виде в соотношениях 0,1; 0,5; 1,0; 5,0; 10,0 и 15% технологической пыли к 1 кг воздушно-сухой массе почвы в пластиковый сосуд, рассчитанный на 1 кг почвы. В контрольный вариант пыль не вносили. В течение 30 суток сосуды находились на рассеянном свету. За 100% принимали зелёную массу растения и корни, выращенные на контрольной почве в одинаковых условиях с вариантами загрязнения.
Содержание ТМ в почвенных и растительных образцах определяли фотоколориметрическим химическим дитизоновым методом Г.Я. Ринькиса [10; 11; 12], основанном на измерении оптической плотности окрашенного экстракта при помощи спектрофотометра СФ-2000. Чувствительность метода - 0,01 мкг/мл, стандартное отклонение - ±4,6%. Определения проводили в трехкратной повторности.
При оценке токсичности ТМ считали, что фитотоксичным является такое его содержание в почве, которое снижает продуктивность растений на 10 и более процентов от контрольного варианта [13].
Для оценки распределение элемента между живым веществом и абиотической средой рассчитывали коэффициент биологического поглощения (КБП) - соотношение концентрации элемента в золе растения к его валовому содержание в почве, на которой произрастало растение [14].
Теоретический вынос определен как произведение урожайности культур с учетом фитотоксического эффекта, полученного в опыте, и концентрации ТМ в растениях.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные результаты указывают на высокие концентрации элемента в исследуемой промышленной пыли. Валовое содержание свинца в пылевых выбросах свинцово-цинкового комбината составляет 20450 мг/кг. Валовое содержание свинца в исследуемой пыли превышает его ПДК в почве в 204,5 раза (100 мг/кг) и в 157,3 ОДК в нейтральных в суглинистых и глинистых почвах (130 мг/кг). В исследуемой пыли содержание мобильных форм свинца оказалось высоким и превышает предельно допустимые нормы. Так, концентрация обменной формы составила 1807,9 мг/кг, что соответствует 18,1 ПДК, кислоторастворимой формы - 1923,5 мг/кг (19,2 пДк), водорастворимой - 555,1 мг/кг (5,5 ПДК).
С учётом количества пылевых выбросов в год (217,14 т/год) и содержанием в них тяжёлых металлов нами произведён расчёт количества тяжёлых металлов, поступающих в атмосферу с пылевыми выбросами от металлургического производства ОАО «Казцинк». Расчётами установлено, что с пылевыми выбросами свинцово-цинкового комбината в атмосферу г. Усть-Каменогорска поступает 4 т 441 кг свинца в год.
По агрохимическим показателям нормальная среднесуглинистая темно - каштановая почва является нейтральной (рНводн - 7,11), содержание гумуса в исходной почве 1,23 %, физической глины - 8,7%, , илистой фракции - 4,9%, ЕКО -9,1 м-экв/100 г. По градации В.Б. Ильина, изучаемая почва по степени буферности к загрязнению тяжелыми металлами является средней.
Общее содержание свинца в исходной почве составило 22 мг/кг. Это в 2,2 раза больше кларка элемента в почве (10 мг/кг), в 1,4 раза больше кларка в литосфере (16 мг/кг), в 4,5 раза меньше ПДК в почве (100 мг/кг).
С увеличением уровня загрязнения общее содержание свинца в почве возрастало в 18,4-139,6 раза (таблица 1).
В незагрязненной почве свинец довольно прочно закреплен почвенными компонентами: на водорастворимую форму приходится 2,3%, обменную - 12,7% и кислоторастворимую -27,6% от валового содержания. Относительное содержание элемента в вариантах внесения свинца в составе пылевых выбросов увеличивалось от водорастворимой формы к кислоторастворимой: минимальный уровень загрязнения (0,1% пыли в почве) от 2,4 до 32,4% и максимальный (15,0 %) - от 3,6 до 55,2%.
Таблица 1
Валовое содержание и формы соединений свинца в почве при загрязнении пылью металлургического комбината, мг/кг
Вариант Формы соединений Валовое содержание
1 2 3
Фон 0,5 ± 0,003 (2,3) 2,8 ± 0,04 (12,7) 6,1 ± 0,05 (27,6) 22,0 ± 1,22
Загрязнение технологической пылью, %
0,1 1,0 ± 0,002 (2,4) 7,0 ± 0,03 (17,2) 13,1 ± 0,04 (32,4) 40,5 ± 0,6
0,5 3,5 ± 0,003 (2,9) 27,4 ± 0,05 (22,6) 42,7 ± 0,2 (35,2) 121,3 ± 0,71
1,0 6,6 ± 0,002 (3,0) 59,7 ± 0,04 (27,3) 86,7 ± 0,51 (39,7) 218,5 ± 0,7
5,0 33,0 ± 0,004 (3,2) 327,1 ± 0,06 (31,7) 466,5 ± 0,8 (45,2) 1032,0 ± 1,2
10,0 67,8 ± 0,007 (3,3) 743,9 ± 0,06 (36,2) 1013,1 ± 1,1 (49,3) 2055,0 ± 0,6
15,0 110,6 ± 0,05 (3,6) 1204,0 ± 0,07 (39,2) 1695,5 ± 1,5 (55,2) 3071,5 ± 1,1
Примечание: 1-водорастворимая форма (Н2О), 2- обменная форма (CH3COONH4 с рН 4,8), 3-кислоторастворимая форма (1 н. раствор HCl). * Среднее значение ± стандартное отклонение. Значения в скобках - процент от валовой концентрации.
Таблица 2
Влияние загрязнения пылью на показатели прорастания семян и интенсивность начального роста проростков Pisum sativum L. в зависимости от внесенной дозы пыли в почву
Доза пыли, % Биомасса, г/сосуд Длина, см
надземная часть корни надземная часть корни
контроль 13,72 23,52 17,0 9,0
0,1 12,2 20,7 15,7 6,6
0,5 11,8 15,5 14,4 5,8
1,0 9,3 13,8 12,1 4,0
5,0 6,5 10,5 9,5 3,5
10,0 - - - -
15,0 - - - -
Примечание: "-" - гибель растения.
120
110
100
90
80
РЬ, мг/кг70 60 50 40 30 20 10 О
п n
и Щ
■ И
£ з f.- -і f і
S ' k« -i s. H i: \
■ - Г, v Г
fy. -i fr- і
ОД
0,5
доза пыли,
%
□ корень ■ надземная часть Рис. 1. Содержание свинца в органах проростков Pisum
sativum L
Изменение содержания форм соединений свинца при внесении загрязнения в почве происходило вследствие прочного закрепления элемента компонентами почвы, и только малая часть его представлена водорастворимой формой (2,4-3,6% от валового содержания в почве).
Согласно литературным источникам [15; 16] известно, что в условиях избыточного содержания свинца в почве данный элемент по своей природе может в значительной степени поглощаться корнями, но только незначительная его часть способна к транслокации в надземную часть. В связи с этим является актуальным вопрос - какое же количество свинца может поступать в «съедобную» часть растения и какие при этом могут быть последствия для живого организма.
При внесении в опытную почву технологической пыли, наблюдали проявление ее токсического действия на темпы роста проростков Pisum sativum L. Так, в вариантах от 0,1 до 1,0 % внесенной пыли наблюдали рост и развитие опытных проростков. При дозе пыли в 5,0% наблюдали незначительный рост проростков и отсутствие роста при 10,0 и 15,0% дозах пыли в почве. Следует отметить, что в первые 10 суток после всходов токсичного действия на растение в вариантах опыта от 0,1 до
I,0 % пыли не наблюдали и только на 20-23 сутки появлялось усыхание листочков. Возможно, это связано с питанием растений в начальные периоды роста за счет запасных веществ семян, слабым еще развитием корневой системы и, соответственно, низким уровнем поглощения элемента из почвы.
На жизненное состояние поражающее действие пыли проявлялось в виде пожелтения в центре и на периферии листьев с дальнейшим их усыханием, особенно при внесении в дозах 0,5 и 1,0% пыли в почве. Факт замедленного прорастания семян и слабого роста проростков может объясняться торможением процессов растяжения и деления клеток [17; 18].
Фитотоксический эффект, рассчитанный на основе биомассы надземных органов проростков, достигался уже при минимальной пылевой нагрузке (0,1% пыли в почве) и составил
II,10%, при 0,5% пыли в почве - 14,00%, при 1,0% - 32,22 % и при 5,0% - 52,60 %.
С уменьшением биомассы проростков снижались и показатели длины надземной части и корней проростков. При дозах 0,1-1,0% пыли в почве длина надземной части уменьшилась на 7,65-44,11% и корней Pisum sativum L. - на 27,6-61,1% от контрольного варианта, что может свидетельствовать о высокой степени токсичности компонентов пыли в почве (таблица 2).
Наряду с генетическими особенностями растений важным фактором, определяющим поступление тяжелых металлов в растения, является его подвижность в почве. Механизмы, кон-
тролирующие поглощение тяжелых металлов растениями, делятся на два вида: внешние, обусловленные инактивацией металлов почвой, и внутренние - защитными функциями растений [19]. По мнению В.С. Барсуковой [20], к внешним механизмам относится и влияние корневых выделений растений.
Химический состав растений зависит от состава почв, на которых произрастают растения, но не повторяет его, так как растения избирательно поглощают необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями.
Как показали результаты исследований, содержание свинца накапливается в растениях с большой разницей в концентрациях, как в надземной части, так и в корнях, что наглядно отражено на рис. 1.
В надземной части проростков Pisum sativum L. при внесении 0,1% пыли в почву содержание свинца составило 33,3 мг/кг, что в 1,37 раза ниже, чем в корне (45,8 мг/кг), при 0,5% пыли - в 1,66 раза (45,1 и 74,8 мг/кг), при 1,0% пыли - в 1,5
раза (75,4 и 112,0 мг/кг) и при 5,0% пыли - в 1,45
раза (81,2 и 117,5 мг/кг). В контрольном варианте концентрация свинца в надземной части проростков составила 0,8 мг/кг, а в корне - 1,5 мг/кг. При внесении пыли в почву в дозе 0,1% содержание свинца в надземной части проростков превышает его содержание в контрольном варианте в 41,6 раза, а в корне - в 30,5 раза, при 0,5% пыли - в 56,4 и 50,0 раза, при
1,0% пыли - в 94,3 и 74,6 раза и при 5,0% пыли - в 101,5 и 78,3
раза соответственно.
В соответствии с величиной КБП по классификации А.Н. Перельмана [15], свинец относится к ряду элементов слабого накопления и среднего захвата при 0,1% пыли, слабого захвата при 0,5-5,0% пыли. Причем в данном случае характерно акропетальное распределение свинца, т.е. элемент в большей степени накапливался в корневой системе.
Вынос элемента тест-культурой объективно отражает способность данного элемента к биологической трансформации. Вынос свинца проростками Pisum sativum L. составил 0,41 мг/ сосуд (0,1% пыли), 0,53 мг/сосуд (0,5% пыли), 0,70 мг/сосуд (1,0% пыли) и 0,53 мг/сосуд (5,0% пыли), что в 37,3; 48,2; 63,6 и 48,2 раза соответственно выше, чем в контрольном варианте (0,011 мг/сосуд).
Переход свинца из корневой системы в надземную часть определяется и типом корневой системы растений. Для Pisum sativum L., со стержневой корнем с боковыми ответвлениями, функционируют физиологические барьеры в системе корень -надземная часть по отношению к свинцу, поэтому и вынос элемента надземной частью невысок.
Выводы
1. При пылевой нагрузке на темно - каштановую почву свинец мощно закрепляется почвенными компонентами, и только малая его часть как поллютанта представлена водорастворимыми формами. При этом установлено, что для данного элемента характерна низкая подвижность в почве и накопление в формах недоступных для поглощения растениями.
2. Расчетами установлено, что с пылевыми выбросами металлургического комплекса ОАО «Казцинк» в атмосферу города попадает 4 т 441 кг свинца в год.
3. При внесении пыли в почву в дозах 0,1-1,0% наблюдали рост и развитие опытных проростков, а при дозах пыли 5,0% -незначительный рост проростков и отсутствие роста при 10,0 и 15,0% пыли в почве.
4. Накопление свинца в опытных проростках носит акропе-тальный характер, т.е. наибольшая аккумуляция элемента наблюдалась в корневой системе проростков.
5. Фитотоксический эффект достигался при минимальной пылевой нагрузке (0,1% пыли в почве), когда биомасса проростков снижалась на 11,10% по сравнению с контрольным опытом.
Библиографический список
1. Минеев, В.Г. Экологические проблемы агрохимии. - М., 1988.
2. Самакова, А.Б. Комплексная оценка экологии и здоровья населения промышленного города / А.Б. Самакова, А.А. Белоног, В.С. Якупов [и др.]. - Алматы, 2005.
3. Ильин, В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск, 1991.
4. Журбицкий, З.И. Теория и практика вегетационного метода. - М., 1968.
5. Агрохимические методы исследования почв. - М., 1975.
6. Ильин, В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам // Агрохимия. - 1995. - № 10.
7. Линдиман, А.В. Фиторемедиация почв, содержащих тяжелые металлы / А.В. Линдиман [и др.] // ЭКИП. - 2008. - № 9.
8. Nanda Kumar P.B.A., Dushenkov V., Motto H., Raskin I. Phitoextraction the use ofplants to remove heavy metals from soils // Environ. Sci. Technol. - 1995. - V.29. - №5.
9. Галиулина, РА. Извлечение растениями тяжелых металлов из почвы и водной среды / РА. Галиулина, РВ. Галиулин, В.М. Возняк // Агрохимия. - 2003. - № 12.
10. Ринькис, Г.Я Методы анализа почв и растений / Г.Я. Ринькис, Х.К. Рамане, Т.А. Куницкая. - Рига, 1987.
11. Ринькис, Г.Я. Колориметрический метод определения содержания кадмия в почвах и растениях / Г.Я. Ринькис, Т.А. Куницкая // Изв. Акад. Наук Латвийской ССР - 1989. - № 8(505).
12. Ринькис, Г.Я. Доступный колориметрический метод определения содержания свинца в почвах и растениях / Г.Я. Ринькис, Т.А. Куницкая // Изв. Акад. Наук Латвийской ССР - 1989. - № 8(505).
13. Бабьева М.А. Биология почв. Микробиоценозы зональных типов почв СССР / М.А. Бабьева, Н.К. Зенова. - М., 1989.
14. Перельман, А.Н. Геохимия ландшафта. - М., 1975.
15. Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л., 1987.
16. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Ккабата-Пендиас, Х. Пендиас. - М., 1989.
17. Серегин, И.В. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения / И.В. Серегин, В.Б. Иванов // Физиология растений. - 2001. - Т. 48. - № 4.
18. Калимова, И.Б. Влияние избытка никеля, меди, марганца на корневые системы Hordeum vulgare и Avena sativa / И.Б. Калимова,
И.В. Алексеева-Попова // Тр. Междунар. конф. по анатомии и морфологии растений. - СПб., 1997.
19. Минкина, Т.М. Накопление тяжелых металлов растениями ячменя на черноземе и каштановой почве / Т.М. Минкина [и др.] // Агрохимия. - 2009. - № 10.
20. Барсукова, В.С. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам. - Новосибирск, 1997.
Bibliography
1. Mineev, V.G. Ehkologicheskie problemih agrokhimii. - M., 1988.
2. Samakova, A.B. Kompleksnaya ocenka ehkologii i zdorovjya naseleniya promihshlennogo goroda / A.B. Samakova, A.A. Belonog, V.S. Yakupov [i dr.]. - Almatih, 2005.
3. Iljin, V.B. Tyazhelihe metallih v sisteme pochva-rastenie. - Novosibirsk, 1991.
4. Zhurbickiyj, Z.I. Teoriya i praktika vegetacionnogo metoda. - M., 1968.
5. Agrokhimicheskie metodih issledovaniya pochv. - M., 1975.
6. Iljin, V.B. Ocenka bufernosti pochv po otnosheniyu k tyazhelihm metallam // Agrokhimiya. - 1995. - № 10.
7. Lindiman, A.V. Fitoremediaciya pochv, soderzhathikh tyazhelihe metallih / A.V. Lindiman [i dr.] // EhKIP - 2008. - № 9.
8. Nanda Kumar P.B.A., Dushenkov V., Motto H., Raskin I. Phitoextraction the use ofplants to remove heavy metals from soils // Environ. Sci.
Technol. - 1995. - V.29. - №5.
9. Galiulina, R.A. Izvlechenie rasteniyami tyazhelihkh metallov iz pochvih i vodnoyj sredih / R.A. Galiulina, R.V. Galiulin, V.M. Voznyak // Agrokhimiya.
- 2003. - № 12.
10. Rinjkis, G.Ya Metodih analiza pochv i rasteniyj / G.Ya. Rinjkis, Kh.K. Ramane, T.A. Kunickaya. - Riga, 1987.
11. Rinjkis, G.Ya. Kolorimetricheskiyj metod opredeleniya soderzhaniya kadmiya v pochvakh i rasteniyakh / G.Ya. Rinjkis, T.A. Kunickaya // Izv. Akad. Nauk Latviyjskoyj SSR. - 1989. - № 8(505).
12. Rinjkis, G.Ya. Dostupnihyj kolorimetricheskiyj metod opredeleniya soderzhaniya svinca v pochvakh i rasteniyakh / G.Ya. Rinjkis, T.A. Kunickaya // Izv. Akad. Nauk Latviyjskoyj SSR. - 1989. - № 8(505).
13. Babjeva M.A. Biologiya pochv. Mikrobiocenozih zonaljnihkh tipov pochv SSSR / M.A. Babjeva, N.K. Zenova. - M., 1989.
14. Pereljman, A.N. Geokhimiya landshafta. - M., 1975.
15. Alekseev, Yu.V. Tyazhelihe metallih v pochvakh i rasteniyakh. - L., 1987.
16. Kabata-Pendias, A. Mikroehlementih v pochvakh i rasteniyakh / A. Kkabata-Pendias, Kh. Pendias. - M., 1989.
17. Seregin, I.V. Fiziologicheskie aspektih toksicheskogo deyjstviya kadmiya i svinca na vihsshie rasteniya / I.V. Seregin, V.B. Ivanov // Fiziologiya rasteniyj. - 2001. - T. 48. - № 4.
18. Kalimova, I.B. Vliyanie izbihtka nikelya, medi, marganca na kornevihe sistemih Hordeum vulgare i Avena sativa / I.B. Kalimova, I.V. Alekseeva-Popova // Tr. Mezhdunar. konf. po anatomii i morfologii rasteniyj. - SPb., 1997.
19. Minkina, T.M. Nakoplenie tyazhelihkh metallov rasteniyami yachmenya na chernozeme i kashtanovoyj pochve / T.M. Minkina [i dr.] // Agrokhimiya.
- 2009. - № 10.
20. Barsukova, V.S. Fiziologo-geneticheskie aspektih ustoyjchivosti rasteniyj k tyazhelihm metallam. - Novosibirsk, 1997.
Статья поступила в редакцию 20.04.13
УДК 612.015.3'577.125 (211):[612.443:441:612.017.1] (211)
Bichkaeva FA, Tipisova E.V, Shchegoleva L.S. CURRENT CHARACTERISTICS OF LIPID METABOLISM, PITUITARY-THYROID AXIS AND LEUKOGRAM AND PHAGOCYTIC ACTIVITY INDICATORS IN POPULATION OF THE POLAR REGION. Aboriginals with nomadic lifestyles had lowering of the levels of thyrotropin, thyroxine, cAMP, antibodies to thyrotropin and thyroglobulin, tocopherol, percent of active phagocytes, lymphocytes, and elevated levels of thyroglobulin, free fractions of thyroxine, thyroid peroxidase antibodies, apolipoprotein-B, the values of the apoB / apoA ratio in blood. All this factors are associated with ratio distortion of free and esterified cholesterol increasingly esterified cholesterol and end products of lipid peroxidation, which forms risk factors of dyslipidemia development previously unusual for them.
Key words: aboriginals, polar region, cholesterol esters, lipid-transport system, vitamins, lipid peroxidation, hormones of the pituitary-thyroid axis, antibodies, thyroglobulin, phagocytosis, leukogram.
Ф.А. Бичкаева, д-р биол. наук, зав. лаб. биологической и неорганической химии Федерального гос. бюджетного учреждения науки «Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН», г. Архангельск, E-mail: [email protected]; Е.В. Типисова, д-р биол. наук, зав. лаб. эндокринологии им. проф. А.В. Ткачева Федерального гос. бюджетного учреждения науки «Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН», г. Архангельск, E-mail: [email protected]; Л.С. Щеголева, д-р. биол. наук, проф., директор Федерального гос бюджетного учреждения науки «Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН», г. Архангельск, E-mail: [email protected]
СОВРЕМЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА, СИСТЕМЫ ГИПОФИЗ-ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕЙКОГРАММЫ И ФАГОЦИТАРНОЙ АКТИВНОСТИ У НАСЕЛЕНИЯ ЗАПОЛЯРЬЯ*
У кочующих аборигенов снижение уровней тиреотропина, тироксина, ц.АМФ, антител к тиреотропину и тире-оглобулину токоферола, процента активных фагоцитов, лимфоцитов и повышение содержания тиреоглобули-на, свободных фракций тироксина, антител к тиреоидной пероксидазе, аполипопротеина-В, величины соотношения апоВ/апоА в крови сопровождаются нарушением соотношения свободного и этерифицированного холестерина в сторону увеличения этерифицированного и конечных продуктов ПОЛ, что формирует ранее несвойственные для них факторы риска развития дислипидемических процессов.
Ключевые слова: аборигены, Заполярье, эфиры холестерина, липидтранспортная система, витамины, ПОЛ, гормоны системы гипофиз-щитовидная железа, антитела, тиреоглобулин, фагоцитоз, лейкограмма.
Особое внимание среди различных аспектов эндокриннометаболического и иммунного профиля у северян уделено изучению липидного обмена, иммунной защиты и функционального состояния щитовидной железы [1; 2; 3]. Это связано, в первую очередь, с тем, что адаптивные перестройки организма существенно изменяют активность щитовидной железы, иммунологическую реактивность, в результате чего происходит увеличение содержания в периферической крови общего холестерина и его эфиров, триглицеридов, насыщенных жирных кислот, продуктов перекисного окисления липидов и снижение уровня глюкозы [4; 5; 6]. С другой стороны, сложившаяся в последние годы климатическая и социально-экономическая ситуация во многом способствовала изменению прежних представлений об особенностях эндокринно-метаболического и иммунного статуса как у аборигенного, так и у постоянного населения Севера. Так, с 2000 года у жителей Заполярья отмечено достоверное снижение концентрации ЛПНП, СХ, апо-А, вит.Е и повышение уровня ОХ, ЭХ, пОл, величин КА и апо-В/апо-А на фоне снижения содержания тироксина в крови и повышения уровня иммуносупрессии [7-16].
Кроме того, многочисленные исследования подтверждают наши предположения о склонности к развитию ИБС, сахарного диабета у аборигенного населения Севера, связанные с тем, что в последние десятилетия, в связи с распадом совхозов, занимающихся оленеводством, часть аборигенного населения переселилась из тундры в поселки, что значительно изменило, с одной стороны, их традиционный кочевой образ жизни, и, с другой - фактическое питание (рост удельного веса консервированных продуктов) [14; 17; 18; 19].
В связи с этим, представляется актуальным исследование состояния липидного обмена, функционального состояния щитовидной железы, показателей лейкограммы, а также взаимосвязей параметров системы «гипофиз-щитовидная железа» и показателей фракций сывороточного холестерина, аполипопроте-инов и липидтранспортной системы у жителей высоких широт на современном этапе.
Материалы и методы исследования
Обследовано 311 человек - взрослое население (2009-2012 гг.) Ненецкого Автономного округа (п. Нельмин-Нос, Несь) Архангельской области в возрасте от 25 до 60 лет (41,1 ±1,9). Обследованные были разделены на группы: аборигенное население (ненцы, коми, 221 чел.) и неаборигенное (местные русские жители, 90 чел.). Группа аборигенов также разделена согласно образу жизни - кочующие (76 чел.) и оседлые (145 чел.). У всех обследованных лиц проводили забор крови из локтевой вены натощак. Забор крови осуществляли в вакутайнеры «Beckton Dickinson BP».
В сыворотке крови определены показатели липидного обмена - общий холестерин (ОХ), свободный (СХ), этерифициро-ванный (ЭХ), триглицериды (ТГ), липопротеины низкой и высокой плотности (хол-ЛПНП, хол-ЛпВП), аполипопротеины А и В (апо-А, апо-В) спектрофотометрическим методом на биохимическом анализаторе «МАРС» с использованием наборов Chronolab AG (Швейцария). Содержание витамина А и Е определено флюорометрическим методом на анализаторе «Флюо-рат-02-АБЛФ», продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ: диеновый конъюгат - ДК, малоновый диальдегид - МДА) на спектрофотометре Varian CARY 50. Проведен расчет показателей, дающий более объективную оценку состояния липидного обме-
на: коэффициент этерификации (КЭ=ЭХ/ОХ), коэффициент ате-рогенности (КА=(ОХ-ЛПВН)/ЛПВП), соотношение апоВ/апоА.
Методом иммуноферментного анализа с использованием коммерческих наборов фирмы «Human» GmbH (Германия) в сыворотке крови определены уровни гормонов системы гипо-физ-щитовидная железа (тиреотропный гормон (ТТГ), общий трийодтиронин (Т3), общий тироксин (Т4), свободный тироксин (св.Т4), свободный трийодтиронин (св. Т3). Уровни тиреоглобу-лина, антител к тиреопероксидазе (Anti-TPO), антител к тиреог-лобулину (Anti-TG), антител к тиреотропному гормону (Anti-TSH) в сыворотке крови определяли коммерческими наборами фирмы «DRG, GmbH» (Германия) с использованием автоматизированного планшетного анализатора для ИФА «ELISYS Uno» («Human», Германия), фотометра «Stat Fax 303 Plus», микро-планшетного инкубатора - встряхивателя «Stat Fax 2200» («Awareness Technology», США). Уровни ц.АМФ в плазме крови определяли методом радиоиммунного анализа с использованием коммерческих наборов фирмы «Immunotech» (Чехия, Франция) на установке для радиоиммунохимических исследований «АРИАН» (Россия, Москва). Оценку результатов проводили согласно нормативам, указанным в инструкциях к соответствующим тест-системам.
Комплекс иммунологического обследования людей включал изучение лейкограммы, фагоцитарной активности. Содержание клеток лейкограммы изучали в мазках крови по Романовскому-Гимзе. Состав лейкоцитарной формулы выражался в процентах. Абсолютное содержание клеток определяли подсчетом процентного содержания от общего количества лейкоцитов. Уровни лейкоцитов определяли стандартным методом подсчета клеток в камере Горяева. Фагоцитарную активность нейтрофилов определяли при помощи «Латекса». Полученный мазок фиксировали смесью Никифорова и окрашивали по Романовскому.
Статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью компьютерного пакета прикладных программ SPSS 13.0. Рассчитывались средние значения (М) и стандартная ошибка средней (m). Для проверки статистических гипотез использованы непараметрические методы: критерий MannWhitney для разности средних значений; критерий Фишера для различий частот встречаемости исследуемых показателей. Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимался за 0,05. Для выяснения влияния факторов на фракции сывороточного холестерина и липидтранспортной системы проведен многофакторный дисперсионный анализ, в котором в качестве независимых переменных (факторов) были выбраны: возраст, пол, ИМТ, жирорастворимые витамины (А, Е), аполипопротеины (А, В), тиреотропный гормон, аутоантитела к ТТГ, тиреопероксидазе, тиреоглобулину, общие и свободные фракций йодтиронинов, тиреоглобулин, ц. АМФ. Каждый из факторов разделен на градации. Для фактора «возраст» определены группы: 1 - 20-29 лет, 2 - 30-39 лет, 3 - 40-49 лет, 4 - 50-59 лет, 5 - 60 лет и старше. Для фактора «ИМТ»: 1 - менее 18,5 (дефицит массы тела), 2 - 18,5-24,9 (норма ИМТ), 3 - 25,0-29,9 (повышенный ИМТ), 4 - 30,0-34,9 (высокий ИМТ, ожирение 1 степени), 5 - 35,0-39,9 (очень высокий ИМТ, ожирение 2 степени), 6 - более 40,0 (чрезвычайно высокий ИМТ, ожирение 3 степени). Для фактора «пол»: 1 - женщины, 2 - мужчины. Зависимыми переменными задействованы показатели фракций сывороточного холестерина (ОХ, СХ, ЭХ, КЭ, СХ/ОХ) и липидтран-спортной системы (ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП, КА). В качестве кова-
