Особенности взаимосвязи элементного состава и иммунных реакций у представителей этнодемографических групп Северо-Востока России

Полный текст

Введение В Российской Федерации проживают 40 коренных малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока (сокращенно - коренные малочисленные народы Севера - КМНС). К ним также применим термин «коренные народы Севера, аборигены Севера». Принято считать, что морфофункциональные характеристики аборигенов Севера являются адекватными природным условиям, а популяция коренных северян генетически адаптирована к природно-климатическому окружению. Однако с началом активного освоения территорий Севера, проникновением в северные регионы западной цивилизации популяция северных народов стала подвергаться воздействию техногенных и социальных факторов. Вследствие загрязнения среды обитания, разрушения традиционного уклада жизни и, в первую очередь, структуры и качества питания произошло нарушение здоровья северных этносов. Снижение в рационе традиционных продуктов питания (мясо оленя, морзверя, местной рыбы) и переход на западную диету (переключение метаболизма на белково-углеводный тип питания), влияние стойких токсических веществ [26] привели к истощению адаптационных резервов организма коренных северян. Указанные изменения нарушили метаболизм и баланс биохимических параметров, что предопределило недостаток в организме минерально-витаминных комплексов и явилось причиной авитаминозов и элементозов (дефицит жизненно важных химических элементов или избыток токсических элементов) [1]. В этой связи демографические аспекты аборигенного населения являются одной из тревожных проблем современного Севера России. Ввиду генетически предопределенных проблем с физиологическим статусом и выраженной ассимиляцией [37] сложилась демографически угрожающая ситуация: речь идет о депопуляции коренных народов Севера [6; 9; 16; 25-27; 36]. Однако следует отметить, что вопрос о вырождении северных этносов является дискуссионным [17; 28]. Учитывая негативные процессы, связанные с ухудшением здоровья аборигенных этносов и развитие депопуляционных процессов, а также принимая во внимание определяющую роль микроэлементов в осуществлении функций организма, представляется научно значимым исследование комплекса элементов, отвечающих за иммунную защиту жителей севера. Материалы и методы Объектом исследования явились группы аборигенов Северо-Востока России (Магаданская область, Чукотка) - эвены (n = 53), коряки (n = 32), чукчи (n = 70). Эти северные народы, с одной стороны, роднит общая биогеохимическая территория проживания, а с другой - они отличаются этногенезом, что предполагает их морфофункциональную дифференцировку и различный адаптивный потенциал. Кроме аборигенов исследованы метисы (n = 135) - межэтническая ассимиляция аборигенного населения и смешанные браки с приезжими жителями, а также пришлые жители (n = 155) - поколение лиц, родившихся от мигрантов из других природно-климатических регионов. В волосах представителей указанных групп методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС) и масс-спектрометрии (МС) (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03) определено содержание Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, V, Zn, I, Hg, В, Ве. Спектральный анализ волос проведен в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» г. Москва. В связи с исследованием взаимосвязей микроэлементов и иммунного статуса проанализированы селен, цинк, железо и йод. Полученные данные представлены в табл. 1. В ходе статистического анализа использовался критерий Шапиро - Уилка для оценки соответствия нормальному распределению количественных показателей содержания элементов. Согласно проверке на нормальность, данные в исследовании имеют распределение, отличное от нормального. В дальнейшем для расчетов применялись методы непараметрической статистики. Определены значения медиан (Me), межквартильных интервалов (25-й и 75-й процентили). Использовался U-критерий Манна - Уитни для сравнения несвязанных выборок. При p ≤ 0,05 считали статистически значимыми различия. Оценена коррелирующая зависимость между содержанием селена, цинка, железа и йода в исследуемых группах (коэффициент ранговой корреляции Спирмена). Статистическая обработка данных выполнена с помощью программного пакета Microsoft Excel (Microsoft Office 2016, Microsoft Corporation, USA) и Statistica 10.0 for Windows (Statsoft, Tulsa, USA). Результаты и их обсуждение Макро- и микроэлементами являются не только кофакторами ферментов, участвующих в обмене веществ, но и напрямую повышают иммунный статус организма, участвуя в процессах становления иммунитета, ускоряют процессы сопротивляемости организма [20; 31; 35]. Показано, что психо- эмоциональное напряжение может истощать элементный резерв организма и приводить к формированию дефицита определенных эссенциальных элементов, в частности - Fe, Mg, Zn, Se [18]. В медицинской элементологии известна группа элементов (Fe, Ca, Mg, I, Se, Zn, Cu), дефицит которых приводит к развитию множественных патологий, включая и иммунодефицитные состояния. К их числу относят и селен. Селен (Se). Селен относят к группе из семи элементов (Fe, Ca, Mg, I, Se, Zn, Cu), недостаток которых чаще распространен среди жителей планеты [34]. Умеренный селенодефицит является достаточно распространенным явлением для России на всем протяжении страны от востока до запада [8; 19]. Селен входит в активные центры ферментов системы антиоксидантной защиты организма (фермент глутатионпероксидаза), метаболизма гормонов, липидов, нуклеиновых кислот. Это важнейший эссенциальный микроэлемент, оказывающий влияние на защиту организма от действия повреждающих факторов и повышающий сопротивляемость к неблагоприятным воздействиям. Важная роль принадлежит селену в поддержании иммунной системы: дефицит сопряжен с самыми разнообразными иммунодефицитными состояниями - аллергическими и аутоиммунными заболеваниями. Дефицит селена связывают с повышенными рисками возникновения и развития у населения кардиологических и ряда онкологических заболеваний [7; 40]. Ранее нами было показано, что у приезжих жителей Севера по мере проживания на Севере отмечается снижение уровня некоторых эссенциальных элементов - железа, кальция и селена, что можно рассматривать как функциональное истощение их резервов и формирование акклиматизационного. Но аналогичная ситуация характерна и для современной популяции аборигенных жителей севера России (эвены, коряки, чукчи), у которых отмечено пониженное содержание большой группы эссенциальных элементов (кобальт, магний, хром, йод), включая и селен [13]. По данным настоящего исследования, во всех этнодемографических группах отмечена тенденция к снижению селена: медиана и значение 75-го процентиля находились существенно ниже референтных величин (табл. 1). Минимальные показатели селена отмечены в группе коряков, где медиана селена (0,34 мг/г) была достоверно ниже относительно эвенов, чукчей, метисов и европеоидов. Таблица 1. Содержание селена, цинка, железа, йода в волосах представителей этнодемографических групп Северо-Востока России, мкг/г Этнические группы Содержание элемента Референтные значения Достоверные различия между группами, p< 0,05 Me P25-P75 Se Эвены (1) 0,36 0,27-0,45 0,69-2,20* 1-2, 2-3, 2-4, 2-5 Коряки (2) 0,34 0,34-0,53 Чукчи (3) 0,36 0,30-0,44 Метисы (4) 0,36 0,27-0,43 Пришлые жители (5) 0,37 0,27-0,49 Zn Эвены (1) 180,93 154,20-206,35 155-206* 3-4, 3-5 Коряки (2) 181,15 157-214,64 Чукчи (3) 173,78 156,50-194,16 Метисы (4) 184,30 164,05-215,00 Пришлые жители (5) 183,65 159,99-227,77 Fe Эвены (1) 15,41 9,72-22,18 11-24* 3-5, 4-5 Коряки (2) 14,12 10,59-28,68 Чукчи (3) 15,04 9,64-22,63 Метисы (4) 15,54 11,08-22,48 Пришлые жители (5) 17,18 12,30-26,61 I Эвены (1) 0,49 0,30-1,27 0,42-2,7** 2-5, 3-5, 4-5 Коряки (2) 0,32 0,29-0,94 Чукчи (3) 0,40 0,30-0,86 Метисы (4) 0,39 0,30-0,73 Пришлые жители (5) 0,59 0,32-1,09 Примечания: P25 - 25-й процентиль; P75 - 75-й процентиль; * - Скальный, 2003 [41]; ** - Горбачев, Скальный, 2015 [15]. Table 1. Concentrations of selenium, zinc, iron, iodine in the hair of representatives of ethno-demographic groups of the Northeast of Russia, µkg/g Ethnic groups The content of the element Reference values Significant differences between Me P groups, p Me P25-P75 Se Evens (1) 0.36 0.27-0.45 0.69-2.20* 1-2, 2-3, 2-4, 2-5 Koryaks (2) 0.34 0.34-0.53 Chukchi (3) 0.36 0.30-0.44 Metis (4) 0.36 0.27-0.43 Alien residents (5) 0.37 0.27-0.49 Zn Evens (1) 180.93 154.20-206.35 155-206* 3-4, 3-5 Koryaks (2) 181.15 157-214.64 Chukchi (3) 173.78 156.50-194.16 Metis (4) 184.30 164.05-215.00 Alien residents (5) 183.65 159.99-227.77 Fe Evens (1) 15.41 9.72-22.18 11-24* 3-5, 4-5 Koryaks (2) 14.12 10.59-28.68 Chukchi (3) 15.04 9.64-22.63 Metis (4) 15.54 11.08-22.48 Alien residents (5) 17.18 12.30-26.61 I Evens (1) 0.49 0.30-1.27 0.42-2.7** 2-5, 3-5, 4-5 Koryaks (2) 0.32 0.29-0.94 Chukchi (3) 0.40 0.30-0.86 Metis (4) 0.39 0.30-0.73 Alien residents (5) 0.59 0.32-1.09 Notes: P25 - 25th percentile; P75 - 75th percentile; * - Skalny, 2003 [41]; ** - Gorbachev, Skalny, 2015 [15]. Полученные результаты согласуются с ранее полученными, указывающими на популяционный дефицит селена у жителей Магаданской области [13]. Причем недостаток селена касался, прежде всего, континентальных районов. У жителей приморских районов (г. Магадан) его уровень находится в пределах нормы, что связывают с большей доступностью для населения морепродуктов, богатых минералами, в том числе и селена [12]. Учитывая полифункциональную роль селена, тенденция к его популяционному дефициту может быть биогеохимической основой развития у жителей группы гипоселенозов: прежде всего, иммунодефицитных состояний и сопряженных с ними канцерогенезом, кардиомиопатией и патологией щитовидной железы (зобная эндемия). Из всех исследованных демографических групп потенциальной группой риска развития гипоселенозов является корякский этнос. Цинк (Zn). Цинк - жизненно необходимый для всех живых организмов микроэлемент, участвующий во многих биохимических процессах в клетках. Это второй по распространенности после железа микроэлемент в организме и самый распространенный внутриклеточный элемент. Молекулярные механизмы действия цинка связаны с его участием в построении и функционировании свыше 300 металлоэнзимов и более 2000 факторов транскрипции. Цинк-содержащие ферменты катализируют гидролиз белков, пептидов, некоторых эфиров и альдегидов, участвуют в углеводном обмене (гормон инсулин). Цинк проявляет антитоксическое и антивирусное действие [32]. Также велика его роль в регуляции антиоксидантного стресса и противовоспалительного действия. Дефицит цинка обусловливает нарушение гормональной регуляции роста и полового созревания (гипогонадизм), повышает чувствительность к инфекции, повышает риск развития аутоиммунных и онкологических заболеваний [29]. Физиологический статус цинка является критическим фактором, который может влиять на противовирусный иммунитет: люди с дефицитом цинка подвержены наибольшему риску заражения вирусными инфекциями, в том числе ВИЧ или вирусом гепатита [5]. У северных этносов различных регионов (Таймыр, Чукотка, Гренландия), независимо от географии проживания и экологических условий, отмечен дисбаланс в крови идентичной группы элементов - свинца, меди и цинка, что может свидетельствовать об общих механизмах минерального обмена у жителей Севера [15; 39]. По нашим данным, медиана цинка в волосах исследуемых групп (коряки, чукчи, эвены, метисы, европеоиды) находилась в пределах референтных величин (155-206 мкг/г), что свидетельствует об адекватной обеспеченности цинком жителей региона. У представителей аборигенных групп отмечены сопоставимые результаты: абсолютные величины цинка у эвенов, коряков и чукчей оказались ниже относительно метисов и пришлых жителей. Минимальные значения цинка выявлены у чукчей: его содержание (173,78 мг/г) было достоверно ниже относительно метисов (184,30 мг/г) и пришлых жителей в (183,65 мг/г). Таким образом, содержание цинка в волосах аборигенов ниже по сравнению с метисами и пришлыми жителям. Наиболее выраженные, достоверные отличия характерны для чукчей, что предполагает повышенную чувствительность к инфекциям и может повышать риск развития аутоиммунных заболеваний у чукотского этноса. Железо (Fe). Известно, что для человека в условиях Севера характерен повышенный энергообмен и больший расход макро- и микронутриентов. При длительном проживании в условиях Севера это приводит к формированию акклиматизационного дефицита жизненно важных макро- и микроэлементов, и прежде всего железа, кальция, магния, селена. Ведущее место в акклиматизационном дефиците занимает железо. Показано, что высокая встречаемость железодефицитных состояний у жителей Севера обусловлена повышенной потребностью организма в железе вследствие усиления анаболических и катаболических процессов под воздействием экстремальных факторов внешней среды, особенно холода. В регионах Севера при хроническом воздействии низких температур у жителей снижается относительный объем красной крови и уровень гемоглобина. Это состояние называют «холодовая болезнь» или «полярная анемия» и связывают его с акклиматизационным дефицитом железа [2]. На этом фоне парадоксальным является стабильное содержание железа у коренных жителей Севера. Показано, что специфической чертой элементного статуса аборигенных жителей географически удаленных северных территорий (Азиатский, Сибирский и Европейский Север России, Север Европы) является статус железа [15; 39]. У аборигенов Севера содержание железа оказалось выше относительно приезжих жителей. Подобный феномен связывают с традиционным питанием аборигенов - пищей, богатой животным белком (мясо оленя, морзверя) [3; 11; 23]. При этом не исключено, что поддержание уровня железа в организме аборигенов отражает физиологическую адаптацию в условиях действия низких температур. Железо выступает в качестве мощного иммуномодулирующего фактора, повышающего устойчивость к разного рода инфекциям. Показана тесная связь железа с адаптивным иммунитетом: железо определяет качество иммунной памяти человека, то есть способность иммунных клеток помнить, распознавать и уничтожать инфекционные агенты, а также осуществлять защиту от повторных заражений [38]. Железо также вовлечено в процессы пролиферации и иммунной защиты, выступает в роли антиоксидантов, удаляя биохимически агрессивные свободные радикалы [33]. В то же время дефицит железа понижает напряженность природного иммунитета при бактериальной и вирусной инфекции. Согласно нашим данным, у представителей всех этнодемографических групп содержание железа находилось в пределах референтных значений (см. табл. 1). Это подтверждает установленный ранее факт, что, благодаря традиционному питанию, в организме коренных жителей севера поддерживается адекватный уровень железа, необходимый для адаптации к условиям Севера [15]. Однако максимальное значение железа отмечено у пришлых жителей, где его медиана достоверно превышала показатели железа у аборигенов и метисов. Поэтому, с точки зрения обеспечения должного уровня гемоглобина, кислородной емкости крови и иммунных реакций, организм пришлых жителей отличается большим функциональным резервом. Однако следует помнить, что волосы, как производные кожи, обладают экскреторными свойствами и могут выводить из организма многие химические элементы, как токсичные, так и эссенциальные. Поэтому вопрос о корреляционных связях между содержанием железа в крови и волосах остается открытым, а данные о распространенности у жителей Севера железодефицитных состояний, основанные на анализе крови, являются приоритетными. Йод (I). Йод является незаменимым структурным элементом гормонов щитовидной железы - тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3), которые способны существенно изменять функциональную активность отдельных популяций иммунокомпетентных клеток и иммунной системы в целом. Доказано, что недостаток йода в организме тормозит выработку иммуноглобулинов класса А и G. Это может способствовать развитию инфекций различной локализации, а также аутоиммунных заболеваний [4; 22]. Всемирная организация здравоохранения для установления обеспеченности населения йодом рекомендует использовать метод йодурии - определение концентрации йода в моче. Однако метод йодурии пригоден только для эпидемиологических исследований, так как концентрация йода у отдельного индивидуума - величина динамичная и не отражает обеспеченность йодом конкретного человека. Кроме того, специфика метода йодурии затрудняет проведение популяционных исследований. В последнее десятилетие, благодаря анализу представительных данных по содержанию йода в волосах жителей различных регионов России (Центр биотической медицины, Москва), была показана возможность определять индивидуальный и популяционный уровень йода в волосах и установлены его референтные величины [14]. По нашим данным, межгрупповой квартильный интервал йода P25-P75 находился в рамках референтных значений, но имел тенденцию к смещению к нижней границе (см. табл. 1). Содержание йода в группе пришлых жителей (0,59 мг/г) оказалось максимальным и достоверно превышало аналогичный показатель у коряков (0,32 мг/г), чукчей (0,40 мг/г), метисов (0,39 мг/г). Содержание йода у эвенов сопоставимо с показателем у пришлых жителей, что согласуется с ранее полученными данными о высоком уровне йода у эвенского этноса [30]. Таким образом, содержание йода у пришлых жителей, а также у эвенов находилось в пределах референтных величин, что может свидетельствовать о нормальной функции щитовидной железы и поддержании основного обмена (терморегуляции) у представителей указанных групп. Учитывая, разную обеспеченность йодом демографических групп севера, проживающих в одной природно-климатической зоне, и более высокие показатели йода у эвенов, мы подтверждаем прежнее предположение о существовании у эвенов Северо-Востока России адаптивного йодсберегающего механизма, направленного на поддержание тиреоидной функции и проявления иммунной защиты [10; 24]. Заключение Среди всех исследованных этнодемографических групп (аборигены, метисы, пришлые жители) максимальные (оптимальные) показатели элементов, ответственных за поддержание иммунитета, отмечены у пришлых жителей. По некоторым элементам (Zn) оптимальные величины наблюдаются и у метисов. У аборигенных групп элементы, сопряженные с иммунитетом, или достоверно ниже, или же отмечается тенденция к их понижению относительно пришлых жителей. Потенциальной группой риска по развитию гипоселенозов является корякский этнос. Минимальные значения цинка выявлены у чукчей, что повышает риск развития аутоиммунных заболеваний у чукотского этноса. У представителей всех этнодемографических групп содержание железа находилось в пределах референтных значений. Однако его максимальные значения отмечены у пришлых жителей. Поэтому с точки зрения обеспечения должного уровня гемоглобина, кислородной емкости крови и иммунных реакций, организм пришлых жителей отличается большим функциональным резервом. Максимальные показатели йода характерны также для пришлых жителей. Сопоставимое содержание йода отмечено в группе эвенов. Относительно высокие показатели йода свидетельствуют о нормальной функции щитовидной железы и поддержании основного обмена (терморегуляции) у представителей указанных групп. Таким образом, анализ элементного статуса (селен, цинк, железо, йод) свидетельствует, что в условиях Севера именно аборигенные этносы наиболее предрасположены к развитию иммунодефицитных состояний, что может предопределять их проблемы со здоровьем и негативный демографический прогноз.

Об авторах

Анатолий Леонидович Горбачев

Северо-Восточный государственный университет

Email: gor000@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2432-3408
SPIN-код: 7050-3412

доктор биологических наук, профессор кафедры валеологии

Российская Федерация, 685000, Магадан, ул. Портовая, д. 13

Анатолий Александрович Киричук

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: kirichuk-aa@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5125-5116
SPIN-код: 9483-2011

доктор биологических наук, директор департамента экологии человека и биоэлементологии Института экологии

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Наталья Владимировна Похилюк

ГБУЗ «Магаданская областная больница»

Email: natalis2686@mail.ru
SPIN-код: 5253-5527
врач-бактериолог Российская Федерация, 685000, Магадан, ул. Нагаевская, д. 40

Список литературы