Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОРМАТИВОВ ОПТИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ И СООТНОШЕНИЙ МАКРО-И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ И СУТОЧНЫХ ПИЩЕВЫХ РАЦИОНАХ

Толмачева Н.В., Сусликов В.Л., Винокур Т.Ю.
Проведён анализ результатов эпидемиологических, физиолого-гигиенических, спектрометрических, биохимических, иммуноферментных и экспериментальных исследований, выполнен ретроспективный анализ первичных материалов сотрудников ПНИЛ за последние 10 лет (2000‒2009 гг.). С использованием современных и адекватных методов атомной абсорбции, ионоселекции, иммуноферментации и санитарно-химического анализа воды, пищи, биосубстратов (моча, волосы, сыворотка крови, ткани внутренних органов экспериментальных животных) определены фактические значения оптимальных уровней и соотношений микроэлементов в суточных пищевых рационах, питьевой воде и сыворотке крови. Разработаны способы расчёта нормативных значений микроэлементов (патент № 2355318), моделирования артериальной гипертензии (патент № 2359338), проведён расчёт циклической компоненты в аддитивной модели и расчёт линейного тренда. Совокупные материалы позволили обосновать новые нормативы оптимальных уровней и соотношений макро- и микроэлементов в воде и суточных пищевых рационах с эколого-физиологических позиций.
микроэлементы
аномально-регулируемые
аномально-нерегулируемые
оптимальные соотношения

Несмотря на то, что значение микроэлементов в процессах жизнедеятельности еще не нашло должного отражения в физиологии и практической медицине, макро- и микроэлементы являются компонентами закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регуляции жизненных функций организма человека на всех стадиях развития. Принципиально важным для оптимального функционирования организма является не только количество попадающего в организм макро- и микроэлемента, сколько его количественное соотношение с другими микроэлементами. Особая физиологическая роль микроэлементов «открывает», по мнению В.В. Ковaльского и В.В. Ермакова «...пути для физиологической дифференциации живого вещества в биосфере» [2, 3]. Однако физиологическая гетерогенность человеческих популяций в связи с геохимическими условиями остаётся малоизученной.

Известно, что большинство здоровых людей слабо реагирует на действие геохимических условий. Однако изменения микроэлементного состава организма вследствие дефицита или избытка в пищевых цепях со временем может вызывать нарушения функционального статуса организма, снижая его приспособительные резервы и уменьшая тем самым резистентность к действию других факторов. А.П. Авцын указывал, что для предупреждения микроэлементозов необходимо учитывать низкие приспособительные возможности жителей определённых биогеохимических регионов и провинций [1]. В настоящее время это приобретает особую актуальность в связи с практическими проблемами экологического нормирования микроэлементов. Так в Постановлении правительства РФ «О мерах по профилактике заболеваний, обусловленных дефицитом йода и других микронутриентов», ставится важнейшая задача оптимизации макро- и микроэлементного состава суточных пищевых рационов за счёт восполнения дефицита витаминов, минеральных веществ Са, Nа, К, пищевых волокон и микроэлементов J, F, Se, Zn, Fe. Предлагается решить важнейшую задачу «восполнения дефицита микроэлементов за счёт подземных вод, если её солевой состав соответствует представлениям об оптимальном содержании в ней макро- и микроэлементов».

Как было отмечено нами ранее, отсутствие физиологически обоснованных критериев оптимальности макро- и микроэлементного состава питьевых вод и суточных пищевых рационов в значительной степени затрудняет исполнение как Постановлений правительства РФ № 917 от 10.08.1998 г., и № 119 от 05.10.1999 г., так и Федерального закона РФ № 29-ФЗ от 02.01.2000 г. «О качестве и безопасности пищевых продуктов», с одной стороны, и определяет высокую актуальность проблемы, - с другой.

Целью исследования ставилось эколого-физиологическое обоснование оптимальных уровней и соотношений макро- микроэлементов в питьевой воде и суточных пищевых рационах.

Материал и методы исследований. Исследования проводили с применением следующих методов:

1) физиолого-гигиенических - сравнительный анализ заболеваемости, смертности, распространенности сердечно-сосудистых заболеваний по данным официальных статистических документов МЗСР ЧР за 20 лет (1980-2009 гг.), государственные доклады за период с 2001 по 2008 г., мониторинг питания и водоснабжения населения ЧР за 25 лет, измерения артериального давления среди населения сравниваемых территорий, электрокардиографические исследования с применением физической нагрузки, исследования минерального обмена с использованием водной и кальциевой нагрузки, экспериментальные исследования на лабораторных животных с биогеохимическим моделированием;

2) спектрометрических - исследования уровней содержания макро- и микроэлементов в питьевых водах, суточных пищевых рационах и биоматериалах (моча, сыворотка крови, ткани внутренних органов экспериментальных животных) с использованием атомно-абсорбционного спектрометра «Квант-Z. ЭТА», ионоселективного анализатора «Эксперт-1»;

3) биохимических и иммунологических - определение общего холестерина, липопротеидов, триглицеридов, иммуноглобулинов, Т и В лимфоцитов по стандартным иммуноферментным и биохимическим тестам;

4) математических - статистическую обработку результатов с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel-2007, корреляционный и факторный анализ проводили методом главных компонент с последующим вращением (Veriwax raw), проведён математический расчёт циклической компоненты в аддитивной модели и расчёт линейного тренда, составлена авторская программа расчёта нормативных значений микроэлементов;

5) ретроспективного анализа первичных материалов сотрудников ПНИЛ кафедры профилактической медицины за последние 10 лет (2000-2009 гг.).

Результаты и их обсуждение. Сотрудниками проблемной лаборатории кафедры профилактической медицины А.Н. Андреевым, С.П. Сапожниковым, Р.В. Степановым, Ю.Г. Максимовым, В.Д. Семёновым, Ж.В. Масловой изучались причинно-следственные связи хронических неинфекционных заболеваний с эколого-биогеохимическими факторами и была констатирована прямая корреляционная связь изучаемых заболеваний с высоким содержанием в воде и пище практически здоровых жителей Присурского субрегиона Чувашии макро- и микроэлементов (кальция, натрия, кремния, фтора, марганца, мышьяка) и пониженный уровень йода, кобальта, магния, калия. С.П. Сапожниковым в 2001 году впервые сделана попытка обоснования гипотетических оптимальных значений химического состава питьевых вод и водно-пищевых рационов в натурных исследованиях и экспериментальном моделировании. Проведённая С.П. Сапожниковым диагностика биогеохимических и антропогенных факторов, присутствующих в различных районах Чувашии, а также математическая обработка результатов исследований выявила комплекс факторов в различных средах, играющих роль в развитии хронических неинфекционных заболеваний [6].

В последние десятилетия были предложены многочисленные методологические подходы к проблеме нормирования оптимальных значений макро- и микроэлементов однако они приемлемы для нормирования одного элемента по одному из лимитирующих показателей вредности. Werman M.J. [8] указывал, что понятие оптимального значения содержания того или иного элемента лишь предполагается, так как не существует точного определения понятий оптимальности и здоровья
населения.

В настоящее время единственно правильной, по нашему мнению, является методология нормирования оптимальных уровней и соотношений макро- и микроэлементов в питьевой воде и суточных пищевых рационах, основанная на результатах эколого-биогеохимического зонирования территорий, разработанная и выполненная нами [7].

Доказательством правильности выбора данной методологии могут служить исследования путём проведённых нами динамических наблюдений в течение последних 15 лет (1990-2005 гг.), которые позволили оценить характер питания и водоснабжения населения Чувашии в связи с региональными особенностями распространения ишемической болезни сердца (ИБС) и неоднородными эколого-биогеохимическими характеристиками зон постоянного проживания. Мониторинг питания населения Чувашии показал, что ИБС тесно связана с магнием, железом, фтором, кремнием, молибденом, мышьяком, цинком, хромом, марганцем, кадмием и их соотношением с йодом в суточных водно-пищевых рационах.

Корреляционный и многофакторный дисперсионный анализы показали, что наибольший вклад в дисперсию (55,27 %) вносят кремний и величины соотношений кремния с йодом, цинком, фтором, магнием и медью. Величина вклада в дисперсию марганца и его соотношения с йодом составила 16,30 %, вклад в дисперсию кальция и фтора равен 16,26 %. Разработанный с нашим участием способ получения оценок нормативных значений содержания микроэлементов в среде обитания человека [4] позволяет получать интервалы значений содержания в суточных водно-пищевых рационах каждого микроэлемента (табл. 1) и может быть рекомендован как оптимальный, сбалансированный, определяющий состояние здоровья групп населения, проживающих на территории, отнесённой к зоне эколого-биогеохимического оптимума.

Фактические средние уровни содержания и соотношения макро- и микроэлементов, определённые нами современными методами атомной абсорбции и ионоселективного анализа в зоне эколого-биогеохимического оптимума (табл. 2), подтверждают данные математического расчёта показателей.

Для установления фактических уровней содержания и соотношения макро- и микроэлементов в питьевой воде необходимо провести лабораторные исследования всех источников питьевого водоснабжения, что планируется осуществить в следующем году.

Рекомендованные нами к нормированию оптимальные уровни и соотношения макро- и микроэлементов в суточных водно-пищевых рационах населения были проверены в условиях экспериментального моделирования, что позволило нам разработать способ моделирования артериальной гипертензии и получить патент [5].

Таблица 1

Расчётные уровни минимальных и максимальных значений макро- и микроэлементов
в водно-пищевых рационах жителей зоны эколого-биогеохимического оптимума

Макро- и
микроэлементы

Единицы
измерений

Минимальные
значения

Максимальные
значения

Йод

мкг/ сутки

112,8

165,0

Кобальт

мкг/ сутки

59,1

76,7

Молибден

мг/сутки

0,09

0,14

Марганец

мг/сутки

4,11

6,05

Цинк

мг/сутки

11,92

16,50

Медь

мг/сутки

1,22

2,00

Железо

мг/сутки

12,09

15,41

Кремний

мг/сутки

8,02

12,95

Алюминий

мг/сутки

0,21

0,37

Фтор

мг/сутки

2,04

2,56

Свинец

мг/сутки

0,09

0,15

Кадмий

мг/сутки

0,90

0,95

Никель

мг/сутки

0,65

0,81

Бериллий

мкг/сутки

0,015

0,024

Хром

мг/сутки

0,22

0,28

Стронций

мкг/сутки

0,19

0,246

Магний

г/сутки

0,300

0,423

Кальций

г/сутки

0,806

0,954

Фосфор

г/сутки

1,053

1,305

Калий

мг/сутки

3,99

4,64

Серебро

мкг/сутки

0,084

0,146

Таблица 2

Средние уровни содержания и соотношений макро- и микроэлементов в суточных
водно-пищевых рационах жителей зоны эколого-биогеохимического оптимума (n = 20).

Макро- и
микроэлементы

Единицы
измерений

Средний уровень
M ± m

Соотношение
с йодом

Йод

мкг/сутки

149,5 + 8,6

1

Кобальт

мкг/сутки

70,5 + 6,3

0,5

Молибден

мг/сутки

0,12 + 0,01

0,7

Марганец

мг/сутки

5,3 + 0,9

30,0

Цинк

мг/сутки

14,3 + 1,3

70,0

Медь

мг/сутки

1,9 + 0,05

11,0

Железо

мг/сутки

13,5 + 1,1

80,0

Кремний

мг/сутки

10,3 + 1,3

35,0

Алюминий

мг/сутки

0,3 + 0,03

2,0

Фтор

мг/сутки

2,25 + 0,2

12,0

Свинец

мг/сутки

0,11 + 0,04

0,15

Кадмий

мг/сутки

0,91 + 0,09

0,35

Никель

мг/сутки

0,7 + 0,03

0,5

Бериллий

мкг/сутки

0,02 + 0,001

0,015

Хром

мг/сутки

0,25 + 0,08

0,05

Стронций

мкг/сутки

0,22 + 0,03

0,05

Магний

г/сутки

0,35 + 0,01

3000,0

Кальций

г/сутки

0,9 + 0,01

5000,0

Фосфор

г/сутки

1,2 + 0,09

9500,0

Калий

мг/сутки

4,3 + 0,1

28,6

Серебро

мкг/сутки

0,1 + 0,01

0,68

Полученные в условиях экспериментального моделирования данные подтвердили, что впервые была создана модель биогеохимической артериальной гипертензии, объективно доказывающая участие макро- и микроэлементов воды и кормов в адаптационных сдвигах микроэлементного гомеостаза животных, в развитии глубоких дисбиотических изменений и донозологических сдвигов в липидном обмене, сочетающихся по времени с ростом кровяного давления у животных.

Список литератуы

  1. Авцын А.П. Микроэлементозы человека./ А.П. Авцын, А.А.Жаворонков, М.А. Риш. - М., 1991. - 496 с.
  2. Ермаков В.В. Геохимическая экология организмов как следствие системного изучения биосферы / Проблемы биогеохимии и геохимической экологии; Сб. - М.: Наука, 1999. - С. 152-183.
  3. Ковальский В.В. Геохимическая экология. - М.: Наука, 1974. - 280 с.
  4. Пат. 2355318 Российская Федерация, (19)RU(11) 2 355 318(13) С1. Способ получения оценок нормативных значений содержания микроэлементов в среде обитания человека. / Иванов А.Г, Орлов В.Н. Винокур Т.Ю.; заявитель ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова». -№ 2007139746/14; заявл.26.10.2007; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 14. - 4 с.
  5. Пат. 2359338 Российская Федерация, (19)RU(11) 2 359 338(13) С1. Способ моделирования артериальной гипертензии / Маслова Ж.В., Сусликов В.Л. Толмачева Н.В., Лихова О. И.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова». -№ 2008106685; заявл. 20.02.2008; опубл.20.06.2009, Бюл. № 17. - 5 с.
  6. Сапожников, С.П. Влияние эколого-биогеохимических факторов среды обитания на функциональное состояние и здоровье населения Чувашии: автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - М., 2001. - 33 с.
  7. Толмачева Н.В. Эколого-биогеохимическое зонирование территорий - методологическая основа нормирования микроэлементов в питании / Н.В. Толмачева, В.Л. Сусликов, В.А. Козлов / Сб. материалов 4 Российской биогеохимической школы. - М.: Изд-во КМК, 2003. - С. 224-229.
  8. Werman M.J. Partial amelioration of the severity of copper deficiency by food restrition in rats a copper - deficient-high-fructose diet / M.J. Werman, S.J. Bhathena // Trace Elements in man and animal. -TEMA - 8. - Germany. Jena. - 1993. Varlag Media Touristik. - P. 335-336.

Рецензенты:

Ярославцев Александр Станиславович, д.м.н., зав. кафедрой профессиональных гигиен медико-профилактического факультета ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»;

Куприянов С.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», Чебоксары.


Библиографическая ссылка

Толмачева Н.В., Сусликов В.Л., Винокур Т.Ю. ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОРМАТИВОВ ОПТИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ И СООТНОШЕНИЙ МАКРО-И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ И СУТОЧНЫХ ПИЩЕВЫХ РАЦИОНАХ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 3. – С. 155-160;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=21135 (дата обращения: 22.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074