Содержание токсичных металлов в волосах студентов из различных регионов мира

Полный текст

Введение В настоящее время население нашей планеты подвергается воздействию самых высоких концентраций токсичных металлов за всю историю человечества. Это связано с активным развитием тяжелой промышленности, неограниченным сжиганием угля, природного газа, нефти и отходов по всему миру, а также стремительным увеличения количества автотранспорта [1]. Токсичные металлы стали основной причиной болезней, старения и даже генетических дефектов [2]. Уровни свинца, ртути, мышьяка, алюминия, олова порой в несколько тысяч раз выше, чем у первобытного человека. Токсичные металлы заменяют питательные минералы в местах связывания ферментов. Пораженный фермент может работать с эффективностью в 5 % от нормальной активности, что способствует развитию многих заболеваний. Токсичные металлы могут также замещать другие вещества в тканевых структурах, таких как кости, мышцы, суставы и артерии [3]. В последние годы высокие концентрации токсичных металлов в различных природных системах, включая атмосферу, гидросферу и биосферу, стали глобальной проблемой [4]. Избыточные концентрации некоторых токсичных металлов могут оказывать существенное влияние на важнейшие биохимические процессы и представлять серьезную угрозу для здоровья и жизни человека [5]. Они могут просто осаждаться во многих местах, вызывая местное раздражение и другие токсические эффекты [6; 7]. Токсичные металлы также могут способствовать развитию грибковых, бактериальных и вирусных инфекций, которые трудно или невозможно искоренить, пока их причина не будет устранена. Процесс замены минералов часто включает в себя идею предпочтительных химических элементов. Считается, что организм человека предпочитает цинк для более чем 50 важнейших ферментов. В случае, когда с продуктами питания человек не получает достаточного количество цинка и в организме наблюдается его нехватка, а воздействие кадмия, свинца или ртути достаточно велико, организм будет использовать их вместо цинка [3]. Считается, что волосы являются одной из наиболее информативных биологических структур организма человека [8-11]. Химические элементы, однажды включившиеся в обменный процесс, больше на участвует в обратном взаимодействии с организмом, а накапливаются в волосах. Другие биосубстраты организма человека, такие как сыворотка, моча и слюна, не обладают таким свойством. Химические элементы в этих биологических субстратах постоянно изменяются [12]. Элементный состав волос, в сравнении с другими биологическими субстратами организма человека, в значительной степени менее подвержен колебаниям, что позволяет проводить ретроспективные анализы содержания микро- и макроэлементов в промежутки времени, интересующие исследователя [13]. Твердые биосубстраты (волосы, ногти) позволяют определить элементный состав организма человека в течение длительного времени (месяцы и годы) [14]. Элементный состав волос человека является своеобразным индикатором, который можно использовать для оценки уровня здоровья человека [15]. Кроме того, избыточное воздействие на организм человека токсичных металлов может сопровождаться различными поведенческими нарушениями, значительным снижением уровня интеллекта и способности к обучению [16]. Показатели элементного состава волос студентов-первокурсников из различных регионов мира, прибывших на обучение в Российскую Федерацию, имеют достоверные отличия [17]. Целью настоящего исследования явилось определение уровня кумуляции токсичных металлов в волосах иностранных студентов первого курса, прибывших на обучение в Российский университет дружбы народов из различных регионов мира. Материалы и методы Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (1964). Все студенты принимали участие в исследованиях на добровольной основе по принципу информированного согласия. В исследовании участвовали студенты-первокурсники, прибывшие из стран Африки, Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока, Юго-Восточной Азии. Студенты из московского региона выступали в качестве контрольной группы. У всех групп студентов проводили срезание пряди волос с затылочной части с использованием ножниц из нержавеющей стали. Перед каждым срезанием пряди волос ножницы обрабатывались этанолом. Для проведения анализа использовались проксимальные участки волос 1-2 см. Срезанные пряди волос отмывались ацетоном, затем трехкратно промывались дистиллированной водой и высушивались на воздухе. Приготовленные образцы волос подвергались измельчению с добавление азотной кислоты и помещались в систему Berghof SppedWave-4 DAP-40 (Berghof Products+Instruments GmbH, Германия) для проведения процесса микроволнового разложения. Определение содержания алюминия (Al), кадмия (Cd), кобальта (Co), мышьяка (As), олова (Sn) и ртути (Hg) в волосах обследуемых проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на спектрометре NexION 300D (PerkinElmer Inc., США). Калибровка системы производилась с использованием стандартных растворов Universal Data Acquisition Standards Kit (PerkinElmer Inc., США). Также проводилась внутренняя онлайн-стандартизация с использованием растворов иттрия (Y) и родия (Rh), изготовленных на основе соответствующих наборов (Pure Single-Element Standard, PerkinElmer, USA). Для статистического анализа использовали программное обеспечение Statistica 10.0 (Statsoft, USA). В связи с отсутствием Гаусовского распределения данных о содержании токсичных металлов в волосах для описательной статистики использованы медиана и соответствующие границы 25-75-центильного интервала [18; 19]. Достоверность групповых различий при p < 0,05 определяли посредством применения непараметрического U-критерия Манна - Уитни. Результаты и обсуждение Данные проведенного исследования свидетельствуют о имеющихся существенных различиях в содержании токсичных металлов в волосах иностранных студентов первого курса, прибывших на обучение в московский мегаполис из различных регионов мира [20]. Так, наибольшим содержанием кадмия в волосах характеризовались студенты-первокурсники из стран Африки, этот показатель был достоверно выше, чем у студентов из Москвы более чем в 2 раза, а у студентов из Юго-Восточной Азии (ЮВА), Ближнего и Среднего Востока (БСВ) более чем в 6 раз (рисунок). Студенты из стран Латинской Америки характеризовались самым высоким содержанием ртути в волосах, этот показатель был выше, чем у студентов их Москвы, ЮВА, БСВ и Африки более чем в 2,5; 2,1; 7,3 и 3,3 раза соответственно. Наибольшее содержание свинца отмечалось в волосах студентов-африканцев, превышая аналогичные показатели у студентов из Москвы, ЮВА, БСВ и ЛА в 3,8; 5,8; 5,2 и 2,3 раза соответственно. Содержание токсичных металлов в волосах студентов первого курса из различных регионов мира, мкг/г: ЮВА - Юго-Восточная Азия; БСВ - Ближний и Средний Восток; ЛА - Латинская Америка The content of toxic metals in the hair of first-year students from different regions of the world, mcg/g: SEA - South-East Asia; NME - Near and Middle East; LA - Latin America Наименьшим разбросом показателей среди всех изучаемых токсичных элементов в волосах студентов характеризовался мышьяк, самый низкий его показатель был отмечен в контрольной группе студентов из Москвы - 0,015 мкг/г, а самый высокий у студентов из Латинской Америки - 0,043 мкг/г. Студенты из ЮВА, БСВ и Африки по содержанию мышьяка в волосах достоверно не отличались. Студенты из стран Африки отмечались наибольшим содержанием алюминия в волосах, это показатель превышал аналогичный у студентов из Москвы, ЮВА, БСВ и ЛА в 2,5; 3,0; 2,6 и 1,4 раза соответственно. Исследования показали, что наибольшая вариабельность среди всех изучаемых токсичных элементов отмечалась у олова. Самое высокое содержание олова было зафиксировано в волосах студентов из Латинской Америки. Так, содержание олова у студентов из ЛА было в 7,4 раза выше, чем у студентов из ЮВА и БСВ, а также в 2,8 раза выше, чем у студентов из Москвы. Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что студенты-иностранцы, прибывшие на обучение из различных климатогеографических регионов мира, характеризуются значительно большими показателями содержания токсичных металлов в волосах по сравнению со студентами из Москвы. Вероятнее всего, это связанно с особенностями загрязнения окружающей среды в странах, из которых прибыли иностранные студенты [1]. Высокое содержание свинца в волосах студентов, прибывших из стран Африки, согласуется с высокой распространенностью этого элемента на территории Африканского континента [20]. В соответствии с данными международного сравнительного анализа, содержание уровня свинца у жителей Марокко более чем в 2 раза выше по сравнению с жителями из Китая, Эквадора и стран Европы [21]. Источниками выброса в окружающую среду свинца и мышьяка в странах Африки в основном являются золотодобывающие рудники [22; 23]. Высокое содержание ртути в волосах студентов из стран Латинской Америки может быть обусловлено развитой кустарной добычей золота в этом регионе [24]. Около 10 % суммарного выброса ртути в атмосферу приходится на Латинскую Америку [25]. Влияние промышленности на загрязнение окружающей среды токсичными металлами, в первую очередь ртутью, свинцом, кадмием и мышьяком, является одной из значимых проблем в странах Юго-Восточной Азии, а также странах Ближнего и Среднего Востока [26; 27]. Заключение Данные проведенного исследования свидетельствуют о повышенном содержании в волосах иностранных студентов, прибывших на обучение в московский мегаполис из различных регионов мира, токсичных металлов, ртути, свинца, кадмия, мышьяка, алюминия и олова. Наибольшими показателями кумуляции токсичным металлов в волосах характеризуются студенты первого курса из Африки и Латинской Америки. Повышенная кумуляция токсичных металлов в организме может оказывать существенное влияние на адаптационные процессы и эффективность обучения иностранных студентов. Необходимо проведение дальнейших исследований для определения влияния избыточного влияния токсичных металлов на адаптационные процессы и активность функциональных систем иностранных студентов, прибывающих на обучение в Российскую Федерацию.

Об авторах

Анатолий Александрович Киричук

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: kirichuk-aa@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5125-5116

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент департамента экологии человека и биоэлементологии, Институт экологии

Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Список литературы