Влияние элементного состава воды и почвы на экологический портрет подростков Хабаровского края

Полный текст

Многочисленными исследованиями подтверждено, что элементный статус организма отражает геохимический фон среды обитания, в том числе дисбаланс многих микроэлементов (МЭ) в воде, почве данной территории [1; 2]. Химические элементы способны активно включаться в круговорот веществ и мигрировать по пищевым цепям к человеку, что может приводить к возникновению экологозависимых заболеваний [3; 4]. Как известно, Хабаровский край характеризуется повышенным содержанием Fe, Mn, недостатком Se в окружающей среде. Загрязненность соединениями Fe, Cu и Zn характерна практически для всех водных объектов. В 2019 г. по итогам гидрохимических наблюдений выявлено 104 случая высокого и 19 случаев экстремально высокого загрязнения поверхностных вод Хабаровского края[6]. Одним из факторов, повышающих риск нарушения элементного гомеостаза, является поступление радиоактивных элементов, биологическая роль которых до настоящего времени остается открытой [5]. Согласно литературным данным, в Николаевском и Охотском районах Хабаровского края распространены радиоаномалии с высоким содержанием Th и U [6], которые могут оказывать влияние на элементный гомеостаз жителей [1]. Цель исследования - проанализировать степень воздействия элементного состава питьевой воды и почвы на экологический портрет подростков разных этнических групп, проживающих на территории Хабаровского края. Материалы и методы Отбор проб питьевой воды выполнялся в соответствии с требованиями ГОСТа 56237-2014 «Вода питьевая. Отбор проб на станциях водоподготовки и в трубопроводных распределительных системах». Мониторинг элементного состава питьевой воды производился в течение года по сезонам (2019-2020 гг.). Пробы питьевой воды были взяты в п. Арка Охотского района (n = 20), п. Лазарев Николаевского района (n = 20) и г. Хабаровске (n = 20) ежеквартально. Отбор проб производился в водопроводных кранах школ и частных домов. Отбор почвенных образцов производился однократно в осенний период (2019 г.) на земельных участках п. Арка Охотского района (n = 10), п. Лазарев Николаевского района (n = 10) и в г. Хабаровске (n = 10). Отбор выполнялся в соответствии с требованиями ГОСТа 17.4.4.02-2017 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Проведено обследование подростков (n = 121), проживающих в Хабаровском крае: нивхов (n = 25) и этнических русских (n = 24) Николаевского района; эвенов (n = 54) и русских (n = 18) Охотского района. Подростки г. Хабаровска являются группой сравнения (n = 33). Средний возраст 15,20±0,62. Разрешение Этического комитета Хабаровского филиала ДНЦ ФПД - НИИ ОМиД получено на основании «информированного согласия» родителей обследованных детей. Определение примесей Fe, Cu, Со, Мо, Se, Zn, Th и U в питьевой воде, почве и волосах проведено методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой в аккредитованной лаборатории на базе Хабаровского инновационно-аналитического центра Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН. Статистический анализ проводился с использованием стандартных методов вариационной статистики: определение достоверности полученных данных в условиях стандартного нормального распределения для независимых выборок с использованием коэффициента Стьюдента, с учетом «ошибки средней» - М±m. Степень связности параметров оценивалась с помощью веса корреляционного графа (G), рассчитываемого как сумма соответствующих коэффициентов парной корреляции: , где rij - коэффициенты корреляции между i-м и j-м показателями, α определяется уровнем достоверности rij. Определялось количество и степень выраженности достоверных корреляционных связей в общем числе рассмотренных коэффициентов корреляции, значения которых больше или равны α [7; 8]. Для математических расчетов использовались статистический пакет Statistica 10.0 и офисный пакет Microsoft Office Excel 2013. Результаты и обсуждение Результаты анализа проб питьевой воды в обследованных районах представлены в табл. 1. Проведенными исследованиями установлено, что в пробах питьевой воды Охотского и Николаевского районов, г. Хабаровска концентрация исследуемых МЭ соответствует ПДК. Повышенное содержание Fe в 40 % случаев зафиксировано в пробах питьевой воды г. Хабаровска, превышающее норматив от 1,3 до 3,4 раза (р < 0,001). Следует отметить достоверно низкое содержание эссенциальных элементов во всех пробах питьевой воды Хабаровского края: Cu, Co, Zn, Se (р < 0,001), более выраженное в северных районах. В пробах питьевой воды обнаружено содержание Th и U. Однако концентрация радиоактивных элементов не превышает установленные нормативы. Таблица 1. Содержание (М±m) эссенциальных и радиоактивных микроэлементов в питьевой воде Хабаровского края, мг/л Концентрация элементов г. Хабаровск (n = 20) п. Лазарев Николаевского района (n = 20) п. Арка Охотского района (n = 20) ПДК по СанПиН 1.2.3685-21 Fe 0,452±0,05* 0,286±0,02** 0,146±0,01*** 0,3 Cu 0,046±0,005* 0,001±0,0001** 0,002±0,0003*** 1,0 Co 0,0038±0,0005* 0,0019±0,0002** 0,0003±0,0001*** 0,1 Zn 0,326±0,04* 0,037±0,004** 0,009±0,0001*** 5,0 Mo 0,002±0,0003 0,002±0,0001** 0,0548±0,00005*** 0,07 Se 0,002±0,0002 0,002±0,0002** 0,0001±0,0002*** 0,01 Th 0,002±0,0003 0,001±0,0005 0,001±0,0001*** 0,031 U 0,002±0,0002* 0,005±0,0005** 0,001±0,0001*** 0,0151 Примечания: Здесь и далее: 1 ПДК по Руководству по обеспечению качества питьевой воды ВОЗ (2017). Превышение ПДК выделено жирным шрифтом; концентрация МЭ, соответствующая верхней границе норматива, выделена курсивом. * - Достоверность различий р < 0,001 в группах г. Хабаровск-п. Лазарев. ** - Достоверность различий р < 0,001 в группах г. Хабаровск-п. Арка. *** - Достоверность различий р < 0,001 в группах п. Лазарев-п. Арка. Table 1. Content (М±m) of essential and radioactive trace elements in drinking water of the Khabarovsky Kray, mg/l Element concentration Khabarovsk (n = 20) Lazarev, Nikolaevsky district (n = 20) Arka, Okhotsk district (n = 20) MPC according to SanPiN 1.2.3685-21 Fe 0.452±0.05* 0.286±0.02** 0.146±0.01*** 0.3 Cu 0.046±0.005* 0.001±0.0001** 0.002±0.0003*** 1.0 Co 0.0038±0.0005* 0.0019±0.0002** 0.0003±0.0001*** 0.1 Zn 0.326±0.04* 0.037±0.004** 0.009±0.0001*** 5.0 Mo 0.002±0.0003 0.002±0.0001** 0.0548±0.00005*** 0.07 Se 0.002±0.0002 0.002±0.0002** 0.0001±0.0002*** 0.01 Th 0.002±0.0003 0.001±0.0005 0.001±0.0001*** 0.031 U 0.002±0.0002* 0.005±0.0005** 0.001±0.0001*** 0.0151 Notes: Нere and below: 1 MPC according to Guidelines for drinking-water quality WHO. Exceeding the MPC is highlighted in bold; the concentration of the trace element at the upper limit of the standard is highlighted in italics. * - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Khabarovsk-v. Lazarev. ** - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Khabarovsk-v. Arka. *** - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Lazarev-v. Arka. В табл. 2 представлены средние концентрации эссенциальных и радиоактивных элементов в почвах обследованных районов. Таблица 2. Содержание (М ± m) эссенциальных и радиоактивных микроэлементов в почве Хабаровского края, мг/кг Концентрация элементов г. Хабаровск (n = 10) п. Лазарев Николаевского района (n = 10) п. Арка Охотского района (n = 10) ПДК по СанПиН 1.2.3685-21 Fe 46712,8±822,0 44852,78±500,12** 11969,18±718,32*** 25000 Cu 15,8±1,67* 76,506±7,02** 40,436±4,33*** 66 (ОДК) Co 6,43±0,60* 16,998±2,49** 3,662±0,25*** 5 Zn 65,99±4,78 66,848±6,27** 181,904±15,3*** 23 Mo 0,83±0,07* 0,534±0,05** 2,066±0,28*** 2531 Se 0,0016±0,0001* 0,001±0,0001** 0,07±0,01*** 0,111 Th 1,356±0,40* 5,856±0,61** 2,036±0,3 32 U 2,85±0,31* 1,324±0,011** 0,422±0,04*** 32 Примечания: 1 Ввиду отсутствия установленных ПДК и ОДК Mo и Se в почве были взяты данные по: Crommentuijn T., Polder M.D., Van de Plassche E.J. [9]. 2Фоновые значения Th и U по: И.Г. Асылбаеву, И.К. Хабирову, И.М. Габбасовой и др. [10]. * - Достоверность различий р < 0,001 в группах г. Хабаровск-п. Лазарев. ** - Достоверность различий р < 0,001 в группах г. Хабаровск-п. Арка. *** - Достоверность различий р < 0,001 в группах п. Лазарев-п. Арка. Table 2. Content (М±m) of essential and radioactive trace elements in the soil of the Khabarovsky Kray, mg/kg Element concentration Khabarovsk (n = 10) Lazarev, Nikolaevsky district (n = 10) Arka, Okhotsk district (n = 10) MPC according to SanPiN 1.2.3685-21; *WHO guidance Fe 46712.8±822.0 44852.78±500.12** 11969.18±718.32*** 25000 Cu 15.8±1.67* 76.506±7.02** 40.436±4.33*** 66 (ОДК) Co 6.43±0.60* 16.998±2.49** 3.662±0.25*** 5 Zn 65.99±4.78 66.848±6.27** 181.904±15.3*** 23 Mo 0.83±0.07* 0.534±0.05** 2.066±0.28*** 2531 Se 0.0016±0.0001* 0.001±0.0001** 0.07±0.01*** 0.111 Th 1.356±0.40* 5.856±0.61** 2.036±0.3 32 U 2.85±0.31* 1.324±0.011** 0.422±0.04*** 32 Notes: 1 Due to the lack of established MPC and APC for Mo and Se in the soil, the data were taken by Crommentuijn T., Polder M.D., Van de Plassche E.J. [9]. 2 Background values of Th and U according to Asylbaev I.G., Khabirov I.K., Gabbasova I.M. et al. [10]. * - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Khabarovsk-v. Lazarev. ** - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Khabarovsk-v. Arka. *** - Reliability of differences p < 0.001 in the groups of Lazarev-v. Arka. Установлено, что за анализируемый период концентрация Fe в образцах почв Охотского района соответствовала ПДК, а в Николаевском районе и г. Хабаровске превышала ПДК в 1,4-1,9 раза (р < 0,001). Концентрация Cu в Охотском районе соответствовала ОДК, в Николаевском районе в 1,2 раза превышала ОДК (в 80% проб содержание превышало ОДК). В почвах г. Хабаровска содержание Cu было снижено в 4,2 раза. Анализ образцов почв выявил избыточное содержание Zn во всех пробах: в Охотском районе превышение ПДК составило 7,9 раза, в Николаевском районе и в г. Хабаровске - 2,8-3,1 и 2,0-4,3 соответственно, р < 0,001. Установлено, что содержание Со в почве Охотского района в пределах ПДК. В Николаевском районе концентрация Со во всех пробах была выше в 3,4 раза по сравнению с ПДК (р < 0,001). В образцах почв г. Хабаровска также выявлено превышение содержания Со в 1,3 раза. Содержание Mo и Se в анализируемых образцах дефицитно, так как биогеохимическая провинция Хабаровского края бедна представленными эссенциальными МЭ [11]. Концентрация Th в почвах Охотского района ниже фоновых значений, а в Николаевском районе и г. Хабаровске превышает их в 1,95 и 1,90 раза соответственно. Причиной высокого содержания Th в образцах почв Николаевского района является активный рудогенез на данной территории [6]. Содержание U в почвенных образцах не превышало фоновых значений по всем исследуемым районам. Таким образом, анализ проб питьевой воды и почв показал дефицитное содержание эссенциальных элементов (Mo, Se) во всех районах Хабаровского края. В питьевой воде также определена низкая концентрация Cu, Co и Zn. Эссенциальные элементы поступают в организм с водой и, как показано нами ранее, с пищей [12]. Суммарное поступление МЭ из атмосферного воздуха, воды и пищевых продуктов отражается их содержанием в волосах (табл. 3). Таблица 3. Концентрация (M±m) микроэлементов в волосах (мкг) подростков разных этнических групп, проживающих на территории Хабаровского края Группа подростков Fe 5,0-25 Co 0,02-0,11 Cu 8-12 Zn 94-183 Se 0,5-1,5 Mo 0,02-2,0 Th < 0,001 U 0,003 Подростки Охотский район (n = 72) 23,55± 2,75 0,043± 0,009 8,32± 0,51 136,3± 10,51 0,2218± 0,003 0,026± 0,0044 0,0017± 0,0009*** 0,0026± 0,0007 Подростки Николаевский район (n = 49) 54,25± 8,38*** 0,19± 0,05*** 5,23± 0,70 246,58± 29,81*** 0,011± 0,001 0,014± 0,002 0,014± 0,001*** 0,027± 0,003 Подростки г. Хабаровск (n = 23) 65,699± 13,30*** 0,229± 0,06*** 13,046± 4,53* 142,031± 21,56 0,281± 0,03 0,045± 0,01 0,017± 0,005*** 0,029± 0,013 Примечание. Норматив Th и U в волосах ─ по Наркович Д.В. [14], нормативы содержания в волосах показаны по Оберлис Д., Харланд Б., Скальному А. [15]. Различие с границей физиологического норматива достоверно: при p ≤ 0,05 (*); при p ≤ 0,01 (**); при p ≤ 0,001 (***). Table 3. Concentration (M±m) of microelements in hair (µg) of teenagers of different ethnic groups living in the Khabarovsky Kray A group of teenagers Fe 5.0-25 Co 0.02-0.11 Cu 8-12 Zn 94-183 Se 0.5-1.5 Mo 0.02-2.0 Th < 0.001 U 0.003 Teenagers, Okhotsky District (n = 72) 23.55± 2.75 0.043± 0.009 8.32± 0.51 136.3± 10.51 0.2218± 0.003 0.026± 0.0044 0.0017± 0.0009 0.0026± 0.0007 Teenagers, Nykolaivsky district (n = 49) 54.25± 8.38 0.19± 0.05 5.23± 0.70 246.58± 29.81 0.011± 0.001 0.014± 0.002 0.014± 0.001 0.027± 0.003 Teenagers, Khabarovsk (n = 23) 65.699± 13.30 0.229± 0.06 13.046± 4.53 142.031± 21.56 0.281± 0.03 0.045± 0.01 0.017± 0.005 0.029± 0.013 Note. Standard Th and U in hair - according to Narkovich D.V. [14], hair content standards are shown according to Oberlis D., Harland B., Skalny A. [15]. The difference with the boundary of the physiological standard is significant: at p ≤ 0.05 (*); at p ≤ 0.01 (**); at p ≤ 0.001 (***). Анализ волос показал, что содержание Fe и Co в группах подростков Охотского района в пределах референтных значений. В группах Николаевского района и г. Хабаровска концентрация Fe превышала норматив в 2,16 и 2,63 раза, концентрация Со - в 1,73 и 2,08 раза соответственно. Содержание Cu в волосах на нижней границе норматива среди подростков Охотского района и дефицитное в Николаевском районе в г. Хабаровске превысило норматив в 1,10 раза. Анализ содержания Zn выявил превышение референтных значений в волосах подростков Николаевского района, в остальных группах содержание соответствовало пределам. Содержание Se дефицитно в волосах всех обследуемых групп (р < 0,001). В группе Николаевского района выявлен дефицит Мо (в 1,43 раза ниже референтных значений), в группах Охотского района и г. Хабаровска - на нижней границе. Установлены высокие концентрации Th в волосах всех групп по сравнению с референтными значениями (р < 0,001). Концентрация U в пределах верхней границы норматива в волосах всех групп. Пограничные показатели факторов среды приводят к дисфункциональным состояниям организма (которые являются обратимыми). Однако при длительном действии стрессора возникают дизадаптации. В результате анализа элементного состава проб питьевой воды, почвы и образцов волос подростков, проживающих в районах Хабаровского края с различными климатическими условиями, были установлены корреляционные связи. Значимые прямые зависимости содержания МЭ в воде и почве выявлены для Zn (r = 0,86, р < 0,05), Fe (r = 0,59, р < 0,05) и U (r = 0,9, р < 0,05). Отрицательные зависимости выявлены между концентрацией Se в воде и почве (r = -0,81, р < 0,05) и Cu в воде и почве (r = 0,39, р < 0,05). Достоверные корреляционные зависимости выявлены между содержанием Fe, Co, Mo, Th в волосах и воде (r = 0,48-0,89, р < 0,05), Fe, Cu, Zn, Se в волосах и почве (r = 0,38-0,71, р < 0,05). В ряде исследований было показано, что при неблагоприятных внешних воздействиях уровень корреляций между различными параметрами организма повышается [13]. Метод корреляционной адаптометрии позволяет количественно оценить степень здоровья групп людей и заблаговременно прогнозировать возможные неблагоприятные изменения здоровья [7]. Анализ корреляционных взаимосвязей содержания МЭ в волосах подростков с использованием данного метода показал, что величина корреляционного графа у детей г. Хабаровска и Николаевского района в 1,5 раза выше, чем у подростков Охотского района (рис. 1), что может свидетельствовать об антропоэкологическом напряжении адаптационных механизмов у подростков, проживающих в данных экологических условиях. Рис. 1. Вес корреляционного графа у подростков, проживающих в различных районах Хабаровского края / Figure 1. The weight of the correlation graph of teenagers living in different regions of the Khabarovsky Kray Таким образом, проведенные исследования показали, что в питьевой воде выявлен дисбаланс МЭ: в ряде случаев имеет место превышение ПДК по содержанию Fe, сопровождающийся дефицитом эссенциальных элементов (Cu, Co, Zn, Mo, Se). Во всех образцах почв установлены низкие концентрации Mo, Se и высокие - Fe. Также в Николаевском районе выявлено повышенное содержание Th в почвах. Элементный дисбаланс отражается на их концентрации в волосах подростков, проживающих на территориях геохимических аномалий, и может являться фактором риска развития экологически обусловленных заболеваний.

Об авторах

Алена Олексовна Нестеренко

Тихоокеанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alenushka_3@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-7927-5741
SPIN-код: 8474-6563

старший преподаватель кафедры биологии, экологии и химии

Российская Федерация, 680000, Хабаровский край, г. Хабаровск, ул. Карла Маркса, 68

Галина Петровна Евсеева

Хабаровский филиал Дальневосточного научного центра физиологии и патологии дыхания - Научно-исследовательский институт охраны материнства и детства

Email: evceewa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7528-7232
SPIN-код: 8565-3889

доктор медицинских наук, заместитель директора по научной работе, главный научный сотрудник

Российская Федерация, 680000, Хабаровский край, г. Хабаровск, ул. Воронежская, д. 49, корп. 1

Екатерина Дмитриевна Целых

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Email: celixed@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3935-9195
SPIN-код: 9224-8233

доктор биологических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность»

Российская Федерация, 680000, Хабаровский край, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47

Список литературы