Features of the elemental status of the indigenous population of the south of Central Siberia

Full Text

Введение Из многочисленных литературных источников известно, что волосы являются наиболее качественным и информативным биологическим объектом, несущим в себе информацию об экологической обстановке, качестве питания, наличии заболеваний или отклонений в здоровье человека [1-3]. В медицинской элементологии ведутся дебаты о том, что волосы не являются индикатором уровня для всех микроэлементов. Однако они не затрагивают такие химические элементы, как свинец, селен, ртуть, кадмий и др. Поэтому волосы могут быть использованы для определения элементного статуса человека и населения [4; 5]. Выбор волос в качестве предмета анализа обусловлен многочисленными исследованиями, подтверждающими их пригодность как объекта в исследованиях элементного статуса популяции [6; 7]. Волосы - это легкодоступный биологический материал, сбор их прост и безболезнен. Хранение волос практически не ограничено длительно и не требует каких-либо особых условий. В связи с малой скоростью роста волос результаты анализа показывают не сиюминутное содержание макро- и микроэлементов в образце, а усредненный уровень за несколько месяцев [8]. Химический состав волос отражает как внутреннее состояние организма, так и следствие воздействия различных экзогенных факторов [9; 10]. В этой связи мы использовали именно волосы в качестве биосубстратов для оценки содержания химических элементов у жителей города Красноярска, что и стало целью нашей работы. В качестве объектов исследования были отобраны образцы волос у взрослых людей (18-25 лет), долгое время проживающих в Красноярске (82 мужчины и 247 женщин). Исследования по содержанию микроэлементов в биосубстратах (волосы) проведено в КДЛ АНО «Центр Биотической Медицины» (г. Москва): аккредитация (аттестат № ГСЭН.RU.ЦОА.311); медицинская лицензия (МДКЗ №13665/5124); лицензия на лабораторную деятельность (МДКЗ №14690/6149); регистрационный номер в государственном реестре РОСС.RU.0001.513118 от 29.05.2003. Лабораторные исследования по определению концентрации микроэлементов в волосах обследованных лиц выполнены методом масс-спектрометрии с индукционно-связанной аргоновой плазмой (МС - ИСП). Результаты и обсуждение В ходе работы нами были исследованы волосы для оценки возможного влияния экологической среды проживания и питания на содержание химических элементов в биосубстратах жителей города Красноярска. Результаты проведенного нами исследования элементного состава волос жителей города Красноярска представлены в табл. 1 и 2. Таблица 1. Содержание (мкг/г) макро и микроэлементов в волосах мужчин Красноярска (n = 82) Показатель Среднее значение (M±m) Доверительный интервал P = 0,95(±) Медиана (Me) Мin Max 25-75 Центиль* Натрий 318±50 99 139 3,4 2755 73-331 Магний 61±7 14 40 7 393 39-137 Калий 282±42 ↑ 83 120 12 1764 29-159 Фосфор 197±9 ↑ 17 183 9 634 83-165 Кальций 548±49 ↓ 97 416 37 2496 494-1619 Марганец 0,46±0,69 0,135 0,26 0,0024 4,58 0,32-1,13 Кобальт 0,04±0,01 ↓ 0,03 0,006 0,0 0,855 0,04-0,16 Медь 11±1,3 2,6 9,85 0,8 113 9-14 Хром 0,46±0,06 0,13 0,309 0,0 4,8 0,32-0,96 Железо 19±3 6 13 0,9 239 11-24 Цинк 191±10 ↑ 19 178 0,9 699 155-206 Йод 0,51±0,13 0,26 0,232 0,0 10,8 0,27-4,2 Селен 0,70±0,12 0,24 0,489 0,0 8,41 0,2-1,8 Токсичные Никель 0,248±0,036 0,07 0,15 0,0 2,53 0,0021-0,53 Ртуть 0,283±0,03 0,06 0,212 0,016 1,79 0,05-2,0 Кадмий 0,042±0,018 0,04 0,009 0,0 1,09 0,05-0,12 Свинец 0,815±0,12 0,25 0,34 0,04 4,7 0,38-1,4 Примечание: * - [11]. Таблица 2. Содержание (мкг/г) макро и микроэлементов в волосах женщин Красноярска (n = 247) Показатель Среднее значение (M±m) Доверительный интервал P = 0,95(±) Медиана (Me) Мin Max 25-75 Центиль* Натрий 149 ±18 33 71 6 2248 73-331 Магний 131±9 ↑ 19 83 13 986 39-137 Калий 115±18 35 35 139 10204 29-159 Фосфор 170±4 ↑ 8 162 25 534 83-165 Кальций 1813±113 ↑ 222 1247 139 10204 494-1619 Марганец 1,1±0,09 ↑ 0,18 0,64 0,102 12 0,32-1,13 Кобальт 0,06± 0,009 0,018 0,0147 0,0007 1,29 0,04-0,16 Медь 14±0,9 ↑ 1,8 11,5 1,86 139 9-14 Хром 0,46±0,03 0,058 0,336 0,01 3,14 0,32-0,96 Железо 21±1,3 2,5 15 4.5 154 11-24 Цинк 247±11 ↑ 22 195 37 1135 155-206 Йод 0,62±0,08 0,16 0,276 0,0 11,9 0,27-4,2 Селен 0,66±0,11 0,215 0,405 0,0 13,8 0,2-1,8 Токсичные Никель 0,28±0,02 0,04 0,192 0,02 1,96 0,0021-0,53 Ртуть 0,328±0,02 0,04 0,232 0,0 1,97 0,05-2,0 Кадмий 0,018±0,006 0,011 0,007 0,0 1,18 0,05-0,12 Свинец 0,389±0,03 0,06 0,183 0,03 4,16 0,38-1,4 Примечание: * - [11]. При рассмотрении результатов исследования отдельных групп населения города Красноярска можно отметить значительные гендерные отличия в элементном статусе. Так, отмечено повышенное выведение из организма мужчин таких элементов, как калий в 1,7 раза, фосфор в 1,2 раза относительно 75 центиля, при этом содержание цинка в биосубстратах соответствует верхней границе допустимого выведения. Наряду с этим отмечено, что содержание кобальта и кальция соответствует 25 центилю нормального содержания в исследуемых биосубстратах. Показано, что содержание натрия составляет 318 мкг/г, что соответствует верхней границе нормального содержания, тогда как медиана выборки составляет лишь 139 мкг/г, это обусловлено большим разбросом данных. Так, минимальное значение составляет всего 3,4 мкг/г, а максимальное значение 2755 мкг/г. Это же явление мы наблюдаем и по магнию, марганцу и йоду. Так, содержание этих элементов в волосах составляет в среднем 61; 0,46 и 0,51 мкг/г соответственно, тогда как медиана выборки в разы ниже средних значений и составляет лишь 40, 0,26 и 0,23 мкг/г соответственно. Что касается женщин, проживающих в городе Красноярске, то для них характерно повышенное выведения из организма кальция и цинка в 1,2 раза относительно 75 центиля. Кроме того, содержание в исследуемых волосах фосфора, магния, марганца и меди соответствует верхней границе нормального содержания. Следует отметить, что и значения медианы в вышеперечисленных элементах стремятся к крайним значениям нормы. Оценивая содержания в биосубстратах таких элементов, как натрий, калий, кобальт и йод, было установлено их среднее содержание на уровне нормы, тогда как их медианы выборки: натрий, калий, кобальт и йод - составляют 71, 35, 0,0147 и 0,27 мкг/г, соответственно, данные показатели стремятся к значениям 25 центиля. Установлено, что в данной гендерной группе выявлены нормальные как средние, так и медианные значения по содержанию железа и хрома в волосах и составляют 21 и 0,46 мкг/г соответственно. Что касается токсичных элементов, таких как никель, ртуть, кадмий и свинец, то их значения были в норме и, несмотря на значительный разброс максимальных значений, не превышали 75-центильный интервал в обеих исследуемых группах. На рис. 1 приведен элементный профиль жителей города Красноярска в зависимости от гендерных групп. При рассмотрении рисунка отмечаются значительные достоверные отличия (р ˂ 0,05). Так, данные различия характерны для натрия, магния и кальция, совпадение повышенного выведения из организма обследованных жителей отмечено только для цинка. Элементный портрет мужчин выглядит следующим образом: ↑ Р, К, Zn / ↓Co, женщин - ↑Mg, Ca, Zn, Mn, Cu. Мужчины Железо Хром Женщины Рис. 1. Элементный профиль жителей Красноярска в разрезе гендерных групп Примечание: * - отличие достоверно (р ˂ 0,05). В настоящий момент население всей планеты испытывает стресс антропогенного загрязнения всех сред жизни - гидросферы, атмосферы и литосферы. Зачастую антропогенное воздействие сопряжено с выбросами в окружающую среду различных веществ, в том числе и тяжелых металлов, что неблагоприятно воздействует на организм человека. Поэтому возникает необходимость в изучении элементного статуса организма человека с целью выявления и коррекции различных элементозов. Актуальность проведенного исследования состоит в том, что, по мнению ряда авторов, существует связь между основными демографическими показателями населения, а также состоянием здоровья лиц, проживающих на различных территориях, и обеспеченностью некоторыми эссенциальными макро- и микроэлементами [12-14]. При этом не только абсолютные популяционные показатели содержания химических элементов в волосах, но и относительные (частота отклонений от нормы) являются важным биомаркером демографического состояния. В статье показана взаимосвязь обмена макро- и микроэлементов и ряда демографических показателей. Например, увеличение распространенности в популяции избыточного накопления Fe, Al, K у мужчин, дефицита Cu, Co у женщин на фоне дисбаланса Mn можно считать негативным прогностическим признаком в демографическом отношении. Кроме того, кальций-фосфорный обмен, а также обмен кобальта коррелирует с уровнем рождаемости [15]. В частности, авторами показано, что у мужчин продолжительность жизни отрицательно коррелирует с увеличением содержания в волосах Fe, Мn, А1 (r = -0,69; r = -0,61; r = -0,79, 2005 г.; и r = -0,78, r = -0,60; r = -0,58, 2006 г.), то есть тех промышленных экотоксикантов, накопление которых в волосах, как показано выше, коррелирует с ростом показателя смертности. Повышение уровня в волосах К, как было зарегистрировано в нашем исследовании, по мнению исследователей [15], также отрицательно и достоверно значимо коррелирует с продолжительностью жизни мужчин (r = -0,54; r = -0,51). Известно, что нарушение обмена К, которое отражается в виде изменения его содержания в волосах [16], отмечается у лиц с перенапряжением симпатоадреналовой системы, находящихся в состоянии хронического стресса, страдающих гипертонической болезнью и сахарным диабетом, а также у больных шизофренией [17]. Причем, как показано в исследовании А.Р. Грабеклиса с соавт. [18], повышенный уровень К в волосах коррелирует с понижением его концентрации в цельной крови, то есть гипокалиемией, соответственно, может рассматриваться в качестве индикатора риска сердечно-сосудистых заболеваний и смертности. В обстоятельных исследованиях было показано, что повышенное содержание Fe, Мn в волосах обычно положительно коррелирует с повышенным накоплением этих, с одной стороны, эссенциальных химических элементов, а с другой - промышленных экотоксикантов в организме [18]. Элементный статус населения, вероятно, оказывает существенное влияние на клинико-демографические показатели, такие как рождаемость, продолжительность жизни и смертность, развитие различных заболеваний. Важно отметить, что ведущую роль в этих влияниях следует отводить избыточному накоплению условно-эссенциальных и токсичных химических элементов. Разработка и внедрение научно обоснованных региональных программ по коррекции элементного статуса населения может явиться одной из действенных мер по улучшению демографической ситуации и здоровья населения определенных территорий, в том числе и Красноярском крае. Заключение Таким образом, в ходе проведенного исследования мы установили гендерные различия микроэлементного профиля жителей города Красноярска, которые заключаются в следующих формулах: ↑К,Р, мужчины ; женщины = ↑Mg, P, K, Ca, Mn, Cu, Zn. ↓ Таким образом, элементный состав волос человека является своеобразным индикатором, который можно использовать для оценки уровня здоровья человека. При этом в научной литературе большое внимание уделяется дефициту и избыточному накоплению как токсичных, так и эссенциальных металлов-микроэлементов, что может сопровождаться различными поведенческими нарушениями и значительным снижением уровня интеллекта [16].

About the authors

Anna E. Pobilat

RUDN University

Author for correspondence.
Email: apobilat@mail.ru
Candidate of Medical Sciences, Senior Researcher of the Department of Medical Elementology, Medical Institute 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Anatoly A. Kirichuk

RUDN University

Email: kirichuk-aa@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5125-5116

Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Human Ecology and Bioelementology

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Oksana V. Baranova

Orenburg State University

Email: baranovaov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2780-6499

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Head of the Laboratory of Nutritionology, Institute of Bioelementology

13 prosp. Pobedy, Orenburg, 460018, Russian Federation

References

Supplementary files