Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ECOLOGICAL PHYSIOLOGY OF BIO-ELEMENTS AT INHABITANTS OF REPUBLIC KOMI

Карманова Л.В., Суханов С.Г.
Представлены результаты исследования возрастной анатомии эпифиза, гипофиза, щитовидной железы и надпочечников у мужчин и женщин Республики Коми, а также спектра биоэлементов в образцах волос жителей региона. Биохимические данные сопоставлены с анатомическими особенностями органов эндокринной системы, построены корреляционные и факторные регрессионные модели.
The investigation results of developmental anatomy of epiphysis and hypophysis, thyroid gland and adrenal glands of men and women of the Komi Republic are presented in this paper, and also a spectrum of bio-elements in samples of hair of inhabitants of region. The biochemical data is compared with anatomic features of organs of endocrine system, correlation and factorial regression models are developed. Keywords: endocrine gland, мicroеlementes, еcoрatholog

Жизнедеятельность человека в условиях Европейского Севера сопровождается развитием хронической стрессорной реакции, отражающейся на строении и регуляторных возможностях основных гомеостатических систем [11]. Согласно материалам В.И. Хаснулина с соавт. [9], Республика Коми отнесена к наиболее дискомфортным для человека территориям с преобладанием постоянного населения.

В геохимическом отношении районы Республики Коми неоднородны, что находит свое подтверждение в экологическом мониторинге основных жизненных сред обитания (антропотехногенное загрязнение территорий, состояние почвы, атмосферного воздуха). Сведения об экологическом мониторинге региона наблюдения, основные показатели о заболеваемости населения ежегодно обобщаются в материалах территориальных бюро и статистических сборниках [4, 10]. Авторы соответствующих статистических наблюдений считают возможным выделить на территории республики ареалы с неблагоприятной экологической ситуацией. Одной из таковых является промышленно развитый центр республики - Сыктывкар. Здесь же отмечается ухудшение качества питьевой воды из-за повышенной мутности и превышения содержания железа. Вместе с тем другие территории Республики Коми в целом характеризуются благоприятной экологической обстановкой.

Известно, что элементный состав организма человека зависит от геохимического окружения и таких социально-экологических факторов, как водно-пищевой рацион [2]. Между тем морфологические эквиваленты реальных экологически обусловленных изменений, тканевые и клеточные маркеры экологической патологии изучены недостаточно [7]. Логично предположить, что такие адаптивные и патологические изменения в первую очередь происходят в гомеостатических системах человека, включая эндокринную.

Остаются малоизученными взаимосвязь элементного состава биосубстратов (волос) в норме и структуры внутренних органов при полимикроэлементозах. По мнению А.Л. Горбачева [2], Европейский Север России по данному направлению исследований остается практически неизученным. В этой связи дополнительные исследования элементного статуса человека в Республике Коми одновременно с эндокринными железами актуальны и практически значимы.

Методы исследования

Патоморфологическими методами исследованы гипофиз, эпифиз, щитовидная железа и надпочечники у 122 случайно погибших мужчин и женщин различных возрастных групп, изучена необходимая медицинская документация Республиканского бюро судебно-медицинской экспертизы. Общая выборка распределена для последующей статистической обработки по возрасту, полу и длительности проживания в регионе. Материал для органометрии распределяли в соответствии с общепринятыми градациями возрастной периодизации онтогенеза человека (мужчины: 17-21 год - юношеский период, 22-35 лет - зрелый возраст-1, 36-60 лет - зрелый возраст-2, 61-74 года - пожилой возраст, 75-90 лет - старческий возраст; женщины: 21-35 лет - зрелый возраст-1, 36-55 лет - зрелый возраст-2, 56-74 года - пожилой возраст, 75-90 лет - старческий возраст). Изъятые эндокринные органы (эпифиз, гипофиз, щитовидная железа и надпочечники) во всех случаях до фиксации в формалине освобождались от посторонних тканей и оценивались органометрически (вес, объем, линейные размеры). Затем изъятые органы подвергались фиксации в 10 %-м формалине, обезвоживанию в спиртах нарастающей концентрации, заливке в парафин для изготовления гистологических препаратов. Сагиттальные срезы изучаемых эндокринных желез окрашивались гематоксилин-эозином и оценивались визуально. Далее проводилась морфометрия срезов с применением расчетных индексов [1]. В щитовидной железе при помощи окуляр-микрометра МОВ-1-15 измеряли: диаметр фолликулов, диаметр и объем ядер, высоту тироцитов. Диаметр фолликулов определяли измерением 100 структур каждого анализируемого случая. Для установления тиреоидного статуса рассчитан морфофункциональный индекс Брауна [54]. Сагиттальные срезы изучаемых надпочечников окрашивались гематоксилин-эозином и по ван-Гизону на соединительную ткань. При обзорной микроскопии оценивалось состояние капсулы, коркового и мозгового вещества. Затем в коре надпочечников дифференцировали клубочковую, пучковую и сетчатую зоны. В надпочечниках при помощи окуляр-микрометра МОВ-1-15 измеряли диаметр цитоплазмы, ядер эндокриноцитов коры. Рассчитано соотношение зон коры. После органометрии в срезах гипофиза изучалось соотношение зон и различных типов клеток (ацидофилы и базофилы). В срезах эпифиза обращали внимание на стромально-паренхиматозные взаимоотношения и объемы накопления «мозгового песка» (кальцинатов). В соответствии с общепринятыми методами у 89 мужчин и женщин из числа постоянных жителей и у 9 приезжих жителей региона проведен количественный химический анализ токсичных (Pb Al, Cd,) и жизненно необходимых биоэлементов (Cu, Zn, Mn, Fe, Mg, S) в образцах волос. Исследование выполнено в лаборатории «Экоаналит» Института биологии Коми НЦ УрО РАН атомно-эмиссионным методом с индукцией плазмы.

Вариационные ряды обработаны ППП «Statgraphic Plus 3.0» с применением дисперсионного, корреляционного и регрессионного методов для межсистемных сравнений и моделирования. Биологически допустимые уровни (БДУ) макро- и микроэлементов, а также весовые органометрические и гистиометрические показатели эндокринных желез сопоставляли с видовыми нормативами [3, 8, 11].

Результаты исследования

Материалы о вариантной и возрастной анатомии эндокринных желез, региональные особенности их организации по сравнению с другими регионами страны были опубликованы ранее [5]. Дискомфортные условия жизни населения региона выявили заметный дисбаланс токсичных и жизненно-важных биоэлементов в образцах волос во всех сравниваемых группах (табл. 1).
Максимум отклонений от стандартов видовой нормы в сторону повышения был выявлен по отношению к Fe, Al, Mg. В их числе токсичный элемент алюминий, накопление которого способно вызвать патологию головного мозга, костной и эпителиальной тканей и другие проявления алюминозов [6].

Таблица 1

Процентные показатели отклонений от безопасно допустимого уровня микроэлементов
у жителей Республики Коми*

Элемент

БДУ (мкг/г)

Мужчины (n = 67)

Женщины

(n = 22)

Пришлые

(n = 9)

Cu

6,5-15

11/16,4

1/4,5

1/11,1

Pb

0-5

13/19,4

5/22,7

6/66,7

Zn

125-250

14/20,8

6/27,0

2/22,2

Mn

0,5-3

30/44,8

13/58,5

5/55,5

Fe

15-50

50/74,6

16/72,0

7/77,7

Al

2-40

38/56,7

12/54,0

2/22,2

Cd

0-0,5

9/13,4

4/18,0

2/22,2

Mg

25-20

50/74,6

20/90,0

7/77,7

Примечание: * - в числителе - показатели уровня элементов выше БДУ, в знаменателе - ниже БДУ.

Дисбаланс эссенциальных биоэлементов также способен существенно сказаться на общей жизнедеятельности человека, включая адаптивные и патологические сдвиги в эндокринной системе. Так, в частности, получили свое подтверждение повышенные уровни железа в пробах волос и материалы экологического мониторинга содержания элемента в питьевой воде. Сочетание эссенциальности железа с его возможной токсичностью предполагает, что нарушения метаболизма железа могут негативно влиять на жизнедеятельность, существенно повышая риск иммунных расстройств и онкологических заболеваний [2]. Таким образом, избыток железа в питьевой воде является экстремально-негативным фактором внешней среды, способным приводить к аккумуляции железа в организме и развитию эколого-зависимых патологий.

Обсуждение результатов исследования

По материалам корреляционного и регрессионного анализа, возрастные сдвиги органометрических параметров эпифиза статистически существенны и достоверны (F > Fst; P < 0,05). Кривая возрастной зависимости аппроксимировалась линейной моделью Y (вес железы) = 143,7 + 1,28 Х (возраст, лет), между показателями выявлена положительная умеренная достоверная корреляционная связь (Rxy = 0,56).

Сходная, но менее отчетливая тенденция была выявлена и в группе мужчин. Масса железы в возрастной группе 22-35 лет составила 180 ± 5,0 мг, далее она снижалась до 165 ± 1,7 мг (возраст 36-60 лет) и вновь увеличивалась до 205 ± 5,5 мг в пожилом возрасте (от 60 до 74 лет).

Весовые характеристики железы были взаимосвязаны с изменениями содержания биоэлементов в пробах волос. Статистически существенными (F > Fst; P < 0,05) оказались сдвиги массы эпифиза и содержания цинка и меди у женщин. Уравнение регрессии соответствовало следующему:

Y (вес эпифиза) = 301,3 - 8,84 Х (содержание меди), (F > Fst; P < 0,05; Rxy = -0,61).

В группе сравнения у мужчин масса железы варьировала с учетом вклада таких факторов, как концентрация серы и магния. Изменения массы эпифиза в обеих группах не были достоверно связаны с накоплением в образцах волос токсичных биоэлементов (Pb, Al, Cd). Необходимо заметить, что содержание вышеназванных токсичных элементов в образцах волос зависело от возраста. Так, содержание кадмия (Cd) возросло в пожилом возрасте на 58,9 %, достоверно зависимым от возраста оказалось и содержание алюминия (Al) у женщин. Депонирование последнего характерно для нервной ткани, а кадмия для эпителиальных тканей разной локализации [3, 6].

Масса гипофиза в группах мужчин и женщин уменьшалась с увеличением возраста, линейный компонент коррелятивных связей при этом соответствовал слабой отрицательной (Rxy = -0,29 у мужчин и Rxy = -0,20 у женщин). Масса железы у мужчин 1 зрелого возраста была меньше (326 ± 8,7 мг), чем у женщин (369 ± 11,0 мг). К старческому возрасту масса гипофиза в обеих группах составила 247-248 мг. Во всех возрастных группах ацидофильные эндокриноциты преобладали над базофильными. В пожилом и старческом возрасте у мужчин и женщин в ткани железы регистрировались мелкие кальцинаты и лимфоидные инфильтраты, а также огрубение стромы органа.

Масса гипофиза у женщин существенно (F > Fst; P < 0,05) зависела от содержания в образцах волос свинца (Pb) и меди (Cu). У мужчин масса гипофиза существенно (F > Fst; P < 0,05) зависела от содержания серы (S) и магния (Mg). Масса гипофиза у мужчин варьировала в существенной (F > Fst; P < 0,05) зависимости с массой щитовидной железы. Положителен и достоверен при этом оказался коэффициент корреляции (Rxy = +0,.25). Модель регрессии при этом соответствовала следующей:

Y (масса щитовидной железы) = 10,37 + 0,0047⋅Х - 0,0005⋅(Х)2, где Х -масса гипофиза.

Изучение типовой анатомии желез неврогенной группы с одновременным исследованием баланса биоэлементов перспективно и методически оправдано для изучения экологической морфологии эндокринной системы у жителей Европейского Севера и других регионов РФ.

Список литературы

  1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. - М.: Медицина, 1990. - 380 с.
  2. Горбачев А.Л. Элементный статус населения в связи с химическим составом питьевой воды // Микроэлементы в медицине. - 2006. - №7(2). - С. 11-24.
  3. Горбачев А.Л., Луговая Е.А., Бульбан А.П. Основы биоэлементологии: учебное пособие // Северо-Восточный государственный университет. - Магадан: Изд. СВГУ, 2007. - 73 с.
  4. Здравоохранение в Республике Коми. Статистический сборник. Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Республике Коми. - Сыктывкар, 2009. - С. 28-59.
  5. Карманова Л.В., Суханов С.Г. Возрастная и вариантная анатомия эндокринных желез у жителей Европейского Севера / Л.В. Карманова, С.Г. Суханов // Однораловские морфологические чтения. -Воронеж, 2009. - Вып. 8. - С. 73-75.
  6. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология // А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.С. Строчкова // Изд-во АМН СССР. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.
  7. Пташекас Р.С., Пташекас Ю.Р. Проблема соотношения вероятностной и реальной экологической патологии / Р.С. Пташекас, Ю.Р. Пташекас // Архив патологии. - 1999. - №11. - С. 5-9.
  8. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. - М.: Изд. Дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004. - 272 с.
  9. Дискомфортность окружающей среды для жизнедеятельности населения и районирование территорий России / В.И. Хаснулин, А.К. Собакин, П.В. Хаснулин, Е.Р. Бойко // Экология человека. - 2004. - №6. - С. 43-47.
  10. Экологическая безопасность Республики Коми. Аналитическая записка Федеральной службы государственной статистики по Республике Коми, Сыктывкар. - 2007. - С. 3‒32.
  11. Эндокринная система и обмен веществ у человека на Севере / А.В. Ткачев, Е.Р. Бойко, З.Д. Губкина и др. // Из-во КНЦ УрО РАН. - Сыктывкар, 1992. - 156 с.

Рецензенты:

Бойко Е.Р., д.м.н., профессор, зав. отделом экологической и социальной физиологии человека Учреждения Российской академии наук института физиологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар;

Горбачев А.Л., д.б.н., профессор ГОУ ВПО «Северо-Восточный государственный университет», Магадан.