Ethnic aspects of toxic elements in the Russian Northeast

Full Text

Введение В настоящее время одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является техногенное загрязнение биосферы. Токсические выбросы предприятий, транспорта с воздушными потоками, водой способны распространяться на огромные территории и оказывать негативное трансгрессивное влияние на компоненты биосферы. К числу наиболее опасных токсичных элементов относится так называемая мрачная тройка - ртуть, кадмий и свинец [1]. Избыточное поступление этих химических элементов в организм человека представляет угрозу здоровью, в связи с чем необходим контроль за содержанием токсичных элементов как в объектах окружающей среды (воде, почве, воздухе), так и в биологических. Согласно данным литературы, Север в биогеохимическом отношении характеризуется недостаточностью многих макро- и микроэлементов [2]. Низкие содержания химических элементов в гумусовых почвах северных регионов, вечная мерзлота, среднегодовые отрицательные температуры приводят к пониженной миграции минеральных веществ в природные воды, что, нарушая трофические связи (вода - растения - животные), может вызывать дефицит или дисбаланс микроэлементов в организме человека. Магаданская область - это территория добычи молибдена, кобальта, вольфрама, свинца, цинка, меди, железа, золота, серебра, олова, бурых углей [3]. Ископаемые породы в виде пластов могут выходить на поверхность и образовывать геохимические аномалии. Существенным негативным фактором нарушения химического баланса биосферы является техногенная миграция химических элементов [4]. В связи с особенностями технологии и масштабами добычи металлов остро стоит вопрос о состоянии окружающей среды не только в местах их добычи, но и в соседних регионах. Токсичные элементы, поступая в организм, способны накапливаться в тканях и оказывать вредное влияние даже в сравнительно низких концентрациях, а при продолжительном воздействии вызывать микроэлементозы - экологически обусловленные заболевания [4; 5]. В настоящее время исследователи отмечают демографический кризис аборигенных жителей Севера, сопровождающийся ростом заболеваемости и прогрессирующей смертностью [6]. Учитывая различный адаптивный потенциал аборигенного и приезжего населения Севера, представляется актуальным анализ уровня токсичных элементов в организме жителей Северо-Восточного региона в связи с их этнической принадлежностью. Материалы и методы Изучено содержание токсических микроэлементов (кадмий, свинец, ртуть) и их соотношение c эссенциальнымы элементами (кальций, цинк) в организме представителей различных этнических групп Магаданской области (232 чел.) мужского и женского пола в возрасте от 18 до 65 лет. Первую группу исследуемых составили коряки (n = 40), вторую - чукчи (n = 35), третью - эвены (n = 68), четвертую - европеоиды (n = 89). Биологическим субстратом для анализа послужили волосы, элементный состав которых отражает биогеохимическое окружение. Химический анализ образцов волос проведен в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (Москва) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (PerkinElmer, США). В волосах определено содержание кадмия (Cd), свинца (Pb), ртути (Hg), кальция (Ca), цинка (Zn). Полученные результаты статистически обработаны с помощью программ Microsoft Excel 2010 и Stastistica 6.0. Вычисляли медиану (Me), максимальное (Max) и минимальное (Min) содержание химических элементов, 25-й и 75-й процентили. Проверку законов нормального распределения осуществляли с помощью критерия Колмогорова - Смирнова. Достоверность различий определяли по методу Манна - Уитни. Результаты и обсуждение Результаты статистической обработки данных спектрального анализа волос представлены в таблице. Концентрации Cd, Pb, Hg, Ca, Zn в волосах жителей Северо-Востока России, мкг/г Показатель Коряки (1) Чукчи (2) Эвены (3) Европеоиды (4) Достоверные межгрупповые различия, p < 0,05 Cd Me 0,011 0,01 0,026 0,011 1-3, 2-3, 3-4 P25 0,007 0,005 0,009 0,005 P75 0,026 0,026 0,037 0,019 Min 0,003 0,002 0,002 0,0012 Max 0,100 0,087 0,013 0,293 Pb Me 0,26 0,14 0,34 0,22 1-2, 2-3, 2-4, 3-4 P25 0,125 0,09 0,21 0,12 P75 0,53 0,27 0,68 0,44 Min 0,03 0,030 0,062 0,04 Max 2,15 1,8 18,3 13,4 Hg Me 0,45 0,30 0,44 0,48 - P25 0,27 0,22 0,26 0,30 P75 0,58 0,43 0,71 0,75 Min 0,07 0,10 0,04 0,04 Max 1,41 2,06 2,15 1,73 Ca Me 366,06 375,58 395,56 318,48 1-4, 3-4 P25 320,93 287,92 337,08 217,0 P75 482,10 529,68 521,77 488,85 Zn Me 183,7 180,0 181,41 190,8 2-4 P25 157,11 156,50 155,76 167,22 P75 205,33 219,82 210,96 241,6 Примечание: P25 - 25-й процентиль; P75 - 75-й процентиль. Concentrations of Cd, Pb, Hg, Ca, Zn in the hair of residents of the Northeast of Russia, µg/g Indicator Koryaks (1) Chukchi (2) Evens (3) Caucasians (4) Significant intergroup differences, p < 0.05 Cd Me 0.011 0.01 0.026 0.011 1-3, 2-3, 3-4 P25 0.007 0.005 0.009 0.005 P75 0.026 0.026 0.037 0.019 Min 0.003 0.002 0.002 0.0012 Max 0.100 0.087 0.013 0.293 Pb Me 0.26 0.14 0.34 0.22 1-2, 2-3, 2-4, 3-4 P25 0.125 0.09 0.21 0.12 P75 0.53 0.27 0.68 0.44 Min 0.03 0.030 0.062 0.04 Max 2.15 1.8 18.3 13.4 Hg Me 0.45 0.30 0.44 0.48 - P25 0.27 0.22 0.26 0.30 P75 0.58 0.43 0.71 0.75 Min 0.07 0.10 0.04 0.04 Max 1.41 2.06 2.15 1.73 Ca Me 366.06 375.58 395.56 318.48 1-4, 3-4 P25 320.93 287.92 337.08 217.0 P75 482.10 529.68 521.77 488.85 Zn Me 183.7 180.0 181.41 190.8 2-4 P25 157.11 156.50 155.76 167.22 P75 205.33 219.82 210.96 241.6 Note: P25 - 25th percentile; P75 - 75th percentile. Кадмий. Среди изучаемых элементов кадмий представляет опасность в качестве загрязнителя пищевых продуктов. Установлено, что растворимые соединения кадмия вызывают анемию, нарушают витаминный, белковый и фосфорно-кальциевый обмен, поражают центральную нервную систему; менее растворимые - действуют на желудочно-кишечный тракт и дыхательные пути [7]. Медиана содержания кадмия в волосах коряков, чукчей, эвенов и европеоидов не превышала биологически допустимый уровень (0,25 мкг/г) [8]. Отмечено статистически значимое увеличение (в 2,6 раза) медианы кадмия у эвенов в сравнение с аналогичными показателями у коряков, чукчей и европеоидов. При этом в группе эвенов не выявлено лиц с повышенной концентрацией кадмия относительно биологически допустимого уровня. Таким образом, в волосах аборигенных жителей и европеоидов избыточного содержания кадмия не установлено. Свинец. Этот токсический элемент обладает канцерогенной активностью. Несмотря на запрет использования этилированного бензина, содержащего тетраэтилсвинец, воздействие свинца на человека по-прежнему остается серьезной проблемой. Основными источниками его поступления являются загрязненные вода и продукты питания, косметика, кухонная утварь, старые краски. При ингаляционном пути поступления в организм, в отличие от пищевого, свинец быстрее достигает кровотока и действие его максимально [9; 10]. У коряков, чукчей, эвенов медиана содержания свинца в волосах находилась ниже биологически допустимого уровня (5,0 мкг/г) [8]. При этом у 1,5 % эвенов и 4,5 % европеоидов отмечены концентрации свинца, превышающие 5,0 мкг/г. Выявлены межгрупповые статистически значимые различия в содержании свинца (см. таблицу): содержание элемента у чукчей находилось на более низком уровне относительно аналогичных показателем у коряков, эвенов и европеоидов. Повышенная концентрация свинца у некоторых жителей, вероятно, связана с употреблением в пищу продуктов, загрязненных свинцом. Уровень свинца, не превышающий биологически допустимый уровень, у большей части коряков, чукчей, эвенов и европеоидов свидетельствует об отсутствии свинцового загрязнения на территории проживания исследуемых групп населения. Ртуть. Уровень ртути в биологических средах человека, согласно литературным сведениям, однозначно не определен. Так, нормативное содержание ртути в волосах, согласно лабораторными нормативами Центра биотической медицины, соответствует значениям 0,5-1,0 мкг/г, биологически допустимый уровень - 5,0 мкг/г [11]. По нашим данным, медиана ртути в волосах коряков, чукчей и эвенов не превышала 0,5 мкг/г. Среди аборигенных жителей наибольший процент проб с содержанием ртути в диапазоне от 0,5 до 1,0 мкг/г отмечен у эвенов и коряков (33,8 и 30 % обследованных); у чукчей этот показатель составил 8,6 %. Встречаемость лиц с показателями ртути, превышающими 1,0 мкг/г составила: у эвенов - 16,2 %, коряков - 7,5 %, чукчей - 5,7 %, европеоидов -10,1 %. Статистически достоверных различий в содержании ртути в волосах между коряками, эвенами и чукчами, а также между аборигенными жителями и европеоидами не выявлено. Результаты анализа подтверждают полученные ранее сведения об отсутствии в организме аборигенов Северо-Востока России критических уровней ртути [12]. Однако в среднем у каждого десятого из исследованных жителей ее концентрации превышают нормативные величины (1,0 мкг/г). Повышенное содержание ртути у некоторых аборигенных жителей, вероятно, связано с большой долей в рационе питания рыбы и морепродуктов, содержащих метилртуть [13]. Исследуя пропорции токсичных металлов по отношению к их эссенциальным микроэлементам-антагонистам, можно определить, в какой степени токсические элементы нарушают биохимические процессы, контролируемые соответствующими эссенциальными элементами [14]. Считается, что химические элементы способны проявлять эссенциальность, если их отношения к токсичным элементам соответствуют определенным значениям. В частности, для Ca/Pb это соотношение должно составлять 100, для Zn/Cd - 500 [15]. Снижение указанных значений предполагает негативное влияние токсичных элементов на метаболизм эссенциальных элементов. У исследованных коряков, чукчей, эвенов и европеоидов отмечено сниженное содержания кальция в волосах, его медианы во всех группах были ниже референтных величин (494-1619 мкг/г) [16]. При этом у 100 % коряков, 100 % чукчей, 98,5 % эвенов и 98,9 % европеоидов значение соотношения Ca/Pb соответствовало установленной нормативной величине. Таким образом, возможный эндогенный дефицит кальция у исследованных лиц не увеличивает риск токсического действия свинца на организм. Медианы содержания цинка у коряков, чукчей, эвенов и европеоидов находились в пределах референтных величин (155,00-206,00 мкг/г) [16], а соотношение Zn/Cd у всех исследованных лиц соответствовало оптимальному уровню. Указанные показатели свидетельствуют о благоприятной обстановке в геохимическом окружении по содержанию цинка и кадмия. Заключение Отмечены статистически значимые различия в содержании кадмия и свинца у аборигенных жителей и европеоидов. Так, у эвенов медиана кадмия превышала аналогичный показатель среди коряков, чукчей и европеоидов, значение медианы свинца у чукчей было меньше в сравнении с показателем в других исследованных группах. Межгрупповых различий в содержании ртути не выявлено. В волосах исследованных жителей Магаданской области критически высоких концентраций кадмия, свинца и ртути не определено. Однако у некоторых аборигенных жителей отмечено повышенное содержание ртути и свинца, а у части европеоидов - избыточные концентрации свинца. Указанные особенности могут быть обусловлены рационом питания и диетическим предпочтением рыбы и морепродуктов. Дисбаланса в соотношении токсичных (кадмия, свинца) и эссенциальных (кальция, цинка) элементов не установлено. Таким образом, Магаданскую область в плане токсической нагрузки на население можно отнести к территориям с относительно благоприятной экологической ситуацией.

About the authors

Natalia V. Pokhilyuk

Northeastern State University

Email: natalis2686@mail.ru
general hygiene doctor, Medical and Sanitary Unit of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation in Magadan Region, lecturer 13 Portovaya St, Magadan, 685000, Russian Federation

Anatoly L. Gorbachev

Northeastern State University

Author for correspondence.
Email: gor000@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2432-3408

Ph.D. (Biology), Professor of the Department of Valeology

13 Portovaya St, Magadan, 685000, Russian Federation

References

Supplementary files