Вопросы, связанные с изучением структуры элементной системы организма населения, проживающего в различных климато-географических условиях, не теряют своей актуальности.
Магаданская область расположена на Крайнем Северо-Востоке России на значительном удалении от Центральной России и Дальнего Востока в суровых природно-климатических условиях, что обусловлено расположением территории в высоких широтах и близостью холодных морей Северного Ледовитого и Тихого океанов. К совокупности действующих на человека негативных климатических факторов добавляется своеобразие биогеохимического окружения: низкая минерализованность вод, широко используемых в питьевых целях; значительное загрязнение почвы солями тяжелых металлов, используемых в золотодобыче; недостаток микроэлементов, поступление которых в организм в основном связано с употреблением в пищу свежих фруктов и овощей, и целый ряд других факторов [11].
Ранее нами были показаны особенности содержания макро- и микроэлементов (МЭ) в организме жителей приморских и континентальных районов европейского и азиатского Севера, в частности Магаданской области, Чукотского автономного округа, различающихся по эколого-климатическим характеристикам, а также изучена зависимость структуры элементной системы человека от состава питьевой воды [2, 3, 8, 9, 10]. Однако для оценки адекватной обеспеченности организма биоэлементами необходима выработка четких критериев, а именно, региональной нормы содержания МЭ, поскольку существующие нормативы касаются, прежде всего, безопасно допустимого уровня (БДУ) и определяют порог токсичности МЭ. Диапазоны минимальных и максимальных значений, используемых нами в качестве критериев [14, 15], выведены на основе среднероссийских показателей содержания биоэлементов в волосах человека и суточной потребности в этих элементах, но известно, что в некоторые критические периоды жизни и развития (новорожденность и первый год жизни, половое созревание, беременность и лактация), при повышенных физических и психоэмоциональных нагрузках (спорт, учебный процесс, условия труда), в экстремальных природно-климатических зонах, потребность во многих элементах возрастает, так же как и возрастают их потери.
Цель исследования - установление диапазона крайних нормальных (минимальных и максимальных) значений содержания макро- и микроэлементов в волосах и общая оценка элементного портрета организма на примере детей дошкольного возраста г. Магадана как одной из индикаторных групп, отличающейся повышенной чувствительностью к недостаточному или избыточному поступлению извне химических элементов, различным внешним физическим и биологическим воздействиям [4, 7].
Материалы и методы исследования
Методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП) на приборе Optima 2000 DV (Perkin Elmer, США) в АНО Центр биотической медицины (г. Москва) определяли содержание 25 МЭ в волосах родившихся и проживающих в г. Магадане детей-дошкольников 4-7 лет, регулярно посещающих детские дошкольные учреждения (средний возраст 5,08 ± 0,23 лет, n = 30). В качестве референтных величин концентраций элементов в волосах использованы среднероссийские показатели [14, 15].
Объем выборки (n), достаточной для получения результата заданной точности и необходимой для того, чтобы на основании изучения отобранных индивидов получить достаточно правильное представление о всей популяции вида, находили по формуле:
где n - объем выборки; t - критерий Стьюдента, характеризующий зависимость между средней выборочной и средней генеральной совокупности; σ - среднее квадратичное отклонение; ∆ - планируемая ошибка средней (максимальная погрешность оценки) [6]. По данным Всероссийской переписи населения [16], общее число детей 4-7 лет, проживающих на территории Магаданской области в 2010 году, составляло 5249 человек, из них 2736 мальчиков и 2513 девочек. По нашим данным, необходимое количество детей в выборке для оценки элементного статуса организма на популяционном уровне по каждому из изученных элементов составило 23-28 человек.
Статистическая обработка данных проведена с использованием пакета прикладных программ Excel 97. В анализе применены методы параметрической и непараметрической статистики: расчет средней (М) и ошибки измерения (m), медианы (Ме), минимального (min) и максимального (max) значения в выборке, корреляционный анализ по Пирсону.
Для установления нормативных показателей содержания химических элементов в волосах был применен метод центильных шкал, который позволяет проводить статистическую обработку данных вне зависимости от законов распределения содержания химических элементов и, тем самым, учитывать многофакторность воздействий на обменные процессы в организме [5].
Формулы элементного дисбаланса были выведены на основе выраженных частот избытка или дефицита элемента в исследуемой группе (более 50% от общего числа): в числителе - избыток, в знаменате- ле - недостаток.
Для количественной оценки степени резистентности организма к действию неблагоприятных условий окружающей среды рассчитывали уровень адаптированности системы (А) микроэлементного гомеостаза по формуле:
где А - уровень адаптированности в усл. ед.; n - количество корреляционных связей между элементами; ∑Kk - сумма коэффициентов корреляции без учета знака; N - число микроэлементов, объединенных в плеяды [1].
Результаты исследования и их обсуждение
По результатам проведенного исследования в организме детей 4-7 лет, проживающих в г. Магадане, выявлен дисбаланс основных эссенциальных микроэлементов. Установлено, что среднее содержание в волосах биоэлементов у мальчиков и девочек существенно не отличается. При частотном анализе обнаружено, что для девочек характерен дефицит в волосах Cо (94% от числа обследуемых), Mg - 69%, Ca - 50%, Cu и Na - 44%, K и Mn - 38%, P - 31%, Cr и Zn - 25% , избыточным содержанием в волосах отмечен Si у 50%, P у 38% и Cr у 25%. В группе мальчиков выявлен дефицит Cо у 93% обследуемых, Mg - 71%, Ca - 57%, Cu и Mn - 43%, K, Na, P, Zn - 29%, Cr, Si - 21%, повышенные концентрации Cr, Cu, K, Na, P, Si обнаружены у 50, 29, 43, 43, 43, 21 мальчиков, соответственно. Среди условно-эссенциальных и токсичных элементов в волосах детей дисбаланс выявлен в единичных случаях и представлен у девочек избытком Hg и дефицитом Al, у мальчиков избытками B, Pb и Li. Обращает на себя внимание тот факт, что в группе девочек дисбаланс Si представлен только избытком, в то время, как у мальчиков избыток встречается наряду с дефицитом в равном частотном соотношении. Напротив, дисбаланс Cu, Na, K у девочек представлен только дефицитом, а у мальчиков дефицитом и избытком концентраций (рис. 1).
Рис. 1. Дисбаланс некоторых элементов у детей дошкольного возраста г. Магадана. Примечание: белые столбцы - девочки, серые столбцы - мальчики
В общем виде элементный портрет детей-дошкольников можно представить в виде формул элементного дисбаланса:
Элементный профиль девочек = 
Элементный профиль мальчиков = 
Для анализа характера распространенности элементного дисбаланса детей г. Магадана нами установлены границы стандартных центильных интервалов. В качестве определения региональной нормы рассматривался интервал от 25 до 75 центиля, как соответствующий физиологическому содержанию химических элементов в волосах детей [13]. При сравнении наших данных с референтными значениями в аналогичной группе детей [15] видно, что почти все интервальные показатели и средние концентрации элементов в г. Магадане отличаются в меньшую сторону, кроме P и Si. Можно предполагать, что жизнедеятельность организма на фоне пониженного содержания элементов в волосах, а значит и в организме, является «привычной» для жителей Севера, но в то же время велик риск развития различных заболеваний в результате хронического напряжения функциональных резервов (таблица).
О негативных тенденциях здоровья детей и подростков, проживающих на Крайнем Севере, свидетельствует ежегодный рост заболеваемости по большинству классов болезней и увеличение распространенности различных форм патологий преимущественно неинфекционного харак- тера [12].
При оценке корреляционных взаимоотношений между элементами у детей установлены половые отличия. Так, у девочек общее число взаимосвязей значительно превышает количество связей в группе мальчиков и составляет 51 против 35. В группе девочек общее число сильных связей составляет 13, из них 9 положительные. В этой корреляционной плеяде марганец имеет 2 прямые достоверные связи, мышьяк, кобальт, медь, калий, йод по 1, никель и железо по 1 прямой и 1 обратной связи, алюминий и селен образуют по 1 обратной достоверной связи. В группе мальчиков число сильных достоверно значимых корреляционных связей, характеризующихся прямой направленностью, составляет 15: 3 связи образует кадмий, по 2 - кальций, литий, никель, по 1 - хром, медь, калий, свинец, кремний, алюминий. Другим важным отличием в структуре корреляционных плеяд мальчиков и девочек было выявление ряда элементов, образующих сильные достоверные связи только в одной из групп обследованных детей. Так, фосфор, ртуть, марганец, кобальт, образуя сильные достоверно значимые корреляционные связи в группе обследованных девочек, образуют слабые корреляции в группе мальчиков, а литий, кадмий, ванадий, бор, кальций, кремний, хром, олово не образуют сильных связей в группе девочек (рис. 2).
Содержание биоэлементов (мкг/г) в волосах детей дошкольного возраста г. Магадана
|
МЭ |
Наши данные (г. Магадан) |
Референтные значения (А.В. Скальный, 2000, 2002) |
|||
|
M ± m |
Me |
P25-P75 |
M |
P25-P75 |
|
|
Al |
11,31 ± 1,27 |
10,37 |
6,43-15,95 |
23,83 |
15,00-30,00 |
|
As |
0,09 ± 0,02 |
0,05 |
0,04-0,10 |
0,16 |
0,00-0,50 |
|
B |
2,71 ± 0,36 |
2,49 |
1,19-3,98 |
- |
- |
|
Be |
0,003 ± 0,0003 |
0,003 |
0,003-0,003 |
- |
- |
|
Ca |
246,91 ± 28,21 |
195,41 |
136,40-291,58 |
498,24 |
250-500 |
|
Cd |
0,05 ± 0,01 |
0,03 |
0,02-0,05 |
0,24 |
0,05-0,30 |
|
Co |
0,01 ± 0,002 |
0,01 |
0,01-0,02 |
0,32 |
0,10-0,40 |
|
Cr |
0,72 ± 0,07 |
0,59 |
0,41-0,99 |
0,99 |
0,50-1,50 |
|
Cu |
14,44 ± 2,62 |
10,37 |
8,87-12,16 |
9,52 |
8,00-15,00 |
|
Fe |
20,10 ± 1,94 |
17,34 |
12,76-24,14 |
26,02 |
14,00-30,00 |
|
Hg |
0,41 ± 0,10 |
0,26 |
0,17-0,49 |
- |
- |
|
I |
2,15 ± 0,44 |
1,19 |
0,78-2,95 |
- |
- |
|
K |
770,04 ± 205,10 |
230,56 |
67,87-1080,86 |
679,09 |
150-1500 |
|
Li |
0,03 ± 0,004 |
0,02 |
0,01-0,03 |
- |
- |
|
Mg |
23,57 ± 6,76 |
14,53 |
9,56-19,66 |
47,04 |
15-40 |
|
Mn |
0,44 ± 0,07 |
0,32 |
0,23-0,52 |
1,01 |
0,40-1,00 |
|
Na |
715,92 ± 204,50 |
164,19 |
71,33-886,84 |
632,41 |
200-1000 |
|
Ni |
0,29 ± 0,06 |
0,20 |
0,15-0,31 |
0,57 |
0,10-1,00 |
|
P |
140,93 ± 6,95 |
129,89 |
116,73-155,80 |
151,50 |
70-130 |
|
Pb |
1,05 ± 0,21 |
0,72 |
0,41-1,10 |
2,66 |
0,60-3,00 |
|
Se |
0,63 ± 0,07 |
0,60 |
0,45-0,70 |
1,68 |
0,70-2,50 |
|
Si |
29,23 ± 3,65 |
30,76 |
15,58-41,00 |
14,79 |
5-25 |
|
Sn |
0,26 ± 0,05 |
0,20 |
0,12-0,30 |
1,79 |
0,60-2,50 |
|
V |
0,19 ± 0,04 |
0,11 |
0,08-0,26 |
0,15 |
0,10-0,30 |
|
Zn |
122,57 ± 11,51 |
111,31 |
90,49-159,78 |
138,68 |
80-170 |
Рис. 2. Структура корреляционных связей биоэлементов в организме детей дошкольного возраста г. Магадана (r > |0,5|, р < 0,05). Примечание: А - девочки, Б - мальчики; сплошная линия - положительные связи, пунктирная - отрицательные
Примечание: « - » - нет данных; P25-P75 - диапазоны концентраций МЭ между 25-м и 75-м перцентилями.
На основании силы и количества корреляционных связей нами был рассчитан адаптационный потенциал (А) элементной системы детей. У девочек А = 66,7 усл. ед., у мальчиков А = 33,9 усл. ед. Обращает на себя внимание, что у девочек значение адаптационного потенциала выше, чем у мальчиков, что может быть объяснено формированием устойчивых связей внутри системы для обеспечения функциональных резервов организма в условиях постоянного действия экстремальных факторов и чуть более раннее их уста- новление.
Заключение
В данной работе впервые проведена комплексная оценка микроэлементного статуса детей дошкольного возраста, родившихся и проживающих в условиях особенного климата в г. Магадане. Общий статистический анализ показателей элементной системы организма групп детей позволил выявить специфические корреляционные связи между содержанием ряда элементов, обусловленные как биогеохимическими особенностями региона, так и естественными физиологическими процессами. Не оставляет сомнений необходимость своевременной коррекции существующего дисбаланса макро- и микроэлементов путем обогащения рационов питания необходимыми нутриентами с целью предупреждения и сокращения роста заболеваемости среди детского населения.
Рецензенты:
-
Глотов В.Е., д.г.-м.н., зав. лабораторией геологии нефти и газа и геоэкологии СВКНИИ ДВО РАН, г. Магадан;
-
Деренко М.В., д.б.н., в.н.с. лаборатории генетики ИБПС ДВО РАН, г. Магадан.
Работа поступила в редакцию 06.09.2012.