Роль и значение определения макро- и микроэлементного состава биосубстратов человека

Д.б.н., Шарипов К.О., д.п.н. Бакирова К.Ш., магистрант 2 к. Досымбекова Р.С. Бакирова С.Ш.

Казахский Национальный Медицинский университетим.С.Ж.Асфендиярова, Институт магистратуры и PhD докторантуры КазНПУ им. Абая,

Городская поликлиника № 3, Республика Казахстан

In article arguments in favor of informational content of use of element structure of a biosubstratum (the analysis of hair), as the indicator most precisely reflecting a condition of a metabolism of chemical elements in a human body are adduced.

В последние годы все больше внимания уделяется исследованию микроэлементов и их значению в жизни человека. Серьезной современной проблемой мирового значения является антропогенное загрязнение окружающей среды. По данным экспертов Всемирной организации здравоохранения среди факторов, определяющих здоровье населения, общее состояние окружающей среды может достигать 20% [1].

Загрязнение природной среды неизбежно ведет к деформации обменных процессов, прежде всего, за счет избирательного накопления химических элементов отдельными компонентами экосистем и изменения их продуктивности [2].

Массивное внесение удобрений и пестицидов, чрезмерное сжигание угля и нефтепродуктов, неадекватное использование атомной энергии, несовершенство технологий производства продуктов питания и кормов, широкое применение детергентов, пыль и мусор, биологические и другие отходы, чрезмерное применение лекарств и пищевых добавок, продукты индустрии и металлургии, отработанные строительные материалы[3].

Специфичным признаком воздействия токсичных элементов на здоровье человека является увеличение их содержания в биосубстратах человека (кровь, моча, волосы и др.). Для оценки уровня воздействия необходимо проводить исследование фактического загрязнения окружающей среды населенных мест с одновременным изучением микроэлементного состава биосубстратов человека. При изучении свинцового воздействия на здоровье человека чаще всего анализируют кровь [4-6].

Среди других экологических факторов следует отметить влияние излучений как проявление информационной функции биосферы воздействующие на организмы и потоки химических элементов, изменяя их локальные, региональные и глобальные биогеохимические циклы (Ермаков, 2008). [7].

Выявить специфику экологических загрязнений для той или иной территории поможет накопление сведений о региональных особенностях элементного состава различных сред, в том числе живых организмов (включая человека).

Фактическим материалом послужили результаты исследований проб биосубстратов человека, отобранных и изученных авторами в период 2011-2012 гг. среди контрольной группы сотрудников и студентов КазНМУ им. Асфендиярова.Студенческий возраст (19-25 ) представляет собой период жизни, сопряженный с интенсивными физическими и психоэмоциональными нагрузками, которые сопровождают учебный процесс. Это отклонения в развитии опорно-двигательного аппарата, сердечнососудистой системы, нервно-психические нарушения, патологии пищеварительной системы, прогрессирующие нарушения зрения и т.д. [8].

В Казахстане настоящее время, как и во всем мировом сообществе отмечаются отчетливые неблагоприятные тенденции в состоянии здоровья населения. Наблюдается уменьшение доли здоровых лиц, существенное увеличение количества лиц с хронической патологией и функциональными нарушениями, преобладание множественности и системного характера патологических состояний.В структуре заболеваемости населения РК первое место занимают болезни органов дыхания (39,37%), второе – травмы и отравления (6,88%), третье – болезни мочеполовой системы (6,86%), далее следуют болезни органов пищеварения (6,46%), болезни кожи и подкожной клетчатки (6,08%), болезни крови и кроветворных органов (4,24%), болезни системы кровообращения (3,72%), инфекционные и паразитарные заболевания (3,24%), другие болезни (23,14%) [9 ].

Существенной проблемой является несбалансированность питания студентов по многим микронутриентам, в том числе и микроэлементам [10].

Современные сведения о биологической роли микроэлементов показывают, что одной из важнейших причин трудноустранимых нарушений здоровья и даже инвалидности, может явиться недостаток необходимых микроэлементов, необходимых для полноценного развития организма [11].

Известно, что химические элементы являются неотъемлемыми компонентами многих ферментных систем, от работы которых зависит физиологическое состояние организма, процессы его роста и развития [12].

С другой стороны, существует целый ряд химических элементов, проявляющих по отношению к человеческому организму токсические свойства, и оказывая отрицательное влияние на физиологические процессы (Борисова Е.Я. с соавт., 2008). Особая чувствительность организма к дефициту или избытку микроэлементов показана в многочисленных исследованиях [13].

В этой связи лабораторная диагностика содержания химических элементов в организме человека представляет собой задачу, решение которой существенно расширило бы возможности профилактики и коррекции нарушений здоровья, роста и развития организма на уровне непосредственных биохимических механизмов.

Оценка состояния элементного обмена, позволяет с достаточно высокой точностью судить об эффективности работы его морфофизиологических систем, риске развития тех или иных патологических состояний и может применяться в качестве средства донозологической диагностики[14].

Проведение скрининговых донозологических исследований в настоящее время рассматривается как концептуальный элемент современного здравоохранения [15].

При этом масштабность подобных мероприятий обусловливает определенные требования и ограничения в отношении методов проведения таких исследований. Одним из таких методов служит элементный анализ волос[16].

Выбор и информативность такого живого биосубстрата, как волосы, по сравненю с другими связан со многими обстоятельствами, в частности, с особенностями микроэлементного состава. Несмотря на продолжающиеся дискуссии относительно правомерности использования анализа волос как показателя, адекватно отражающего состояние метаболизма химических элементов в организме человека [17].

В настоящее время именно этот анализ остается наиболее привлекательным способом получения информации об элементном статусе. Тому существует целый ряд причин, основными из которых являются следующие: во-первых, отбор образцов волос для анализа крайне прост и не сопряжен с травмированием пациента; во-вторых, волосы не требуют специального оборудования для своего хранения и транспортировки; в-третьих, образцы волос могут храниться практически неограниченное время, не теряя своей информационной ценности; в-четвертых, концентрация большинства химических элементов в волосах выше, чем в физиологических жидкостях, традиционно используемых для клинических и биохимических анализов, что позволяет существенно расширить набор химических элементов, доступных для аналитического определения; в-пятых, данные анализа волос представляют собой информацию интегрального характера, отражающую усредненное состояние биохимических процессов за период формирования (роста) участка волоса, взятого для анализа, что позволяет в значительной степени устранить влияние факторов, носящих сиюминутный характер.

Вместе с тем, нельзя отрицать, что существенное значение для формирования элементного статуса организма имеет поступление химических элементов из окружающей среды и биогеохимические особенности территории проживания на фоне которых происходит становление элементного обмена Действие этих факторов может проявляться в региональных особенностях метаболизма[18-19].

Однако для правильной диагностической интерпретации анализа волос необходимо глубокое понимание зависимости состояния элементного обмена как от параметров окружающей среды, так и от целого ряда естественных факторов, определяющих тот уровень обмена, который является нормальным для соответствующей группы людей.

Химические элементы, которые комплексно поступают в организм человека, аккумулируются в биосредах, и поэтому их количественные значения могут быть использованы в качестве биологических маркеров состояния окружающей среды [20].

Для определения элементов в биосубстратах и разработки нормативных показателей необходим учет региональных особенностей микроэлементного статуса у жителей анализируемых территорий.

В связи с вышеизложенным, нами были предусмотрены решение следующих задач:

- Оценить аналитические характеристики многоэлементяого анализа волос с использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).

- Изучить роль эколого-географических факторов в формировании элементного статуса студентов; провести сравнительную оценку элементного состава волос исследуемых.

Получены данные о существенных различиях в элементном составе волос и параметрах элементного гомеостаза в зависимости от ряда естественных факторов, которые могут быть использованы при разработке нормативов по уровню содержания химических элементов в волосах. На основании исследования установлены основные закономерности изменения элементного состава волос в ходе роста и развития.

Обоснована необходимость дифференцированного подхода к оценке элементного статуса студенческого возраста с учетом половозрастных характеристик, в том числе при планировании мероприятий по профилактике и лечению заболеваний, связанных с нарушением элементного обмена.

Накопления химических элементов в волосах может служить для определения состояния городской экосистемы в условиях многолетнего техногенного воздействия. Нами установлены положительные тенденции во взаимосвязи между уровнем заболеваемости и степенью трансформации окружающей среды по данным изучения микроэлементного состава волос.

Полученные в работе данные имеют теоретическое и практическое значение, так как позволяют определить приоритетные для урбоэкосистемы химические элементы.

Результаты исследований могут быть использованы для организации биогеохимического мониторинга территорий, разработки практических рекомендаций для улучшения экологической ситуации и выработки нормативных геохимических показателей биосубстратов человека для зонирования и нормирования территории.

Выявлен характер пространственного распределения токсичных элементов в биосубстратах человека на территории г. Алматы. Элементный состав волос отражает региональную специфику природных сред, обусловленную в большей степени длительным влиянием техногенных факторов.

Определение содержания химических элементов в волосах с помощью методов ИСП-АЭС и ИСП-МС позволяет также комплексно оценивать воздействие эколого-гигиенических и физиологических факторов на организм. Методика характеризуется высокой информативностью, производительностью, чувствительностью, позволяет определять одновременно более 20 химических элементов, позволяет определять содержание Мп, Сг, Cd, Си, Ti с чувствительностью 0,1-0,5 мкг/л. К, Со, РЬ, Li, Zn, Sn, Fe, Ni, Mg, Ca, Si - 1,7-4,5 мкг/л, P, As, Se, Na, Al - 11-32 мкг/л.2.

Результаты исследования предназначены для использования специалистами в области клинической лабораторной диагностики в медицинских учреждениях, гигиене питания, физиологами, эндокринологами, дерматологами, токсикологами, специалистами лабораторной службы, специалистами экологических служб.

В качестве биологических образцов при массовых медицинских и эколого-гигиенических исследованиях большую ценность представляют волосы. Анализ волос обладает целым рядом преимуществ: высокой информативностью, неинвазивностью, легкостью транспортировки и хранения образцов и т.д.

Применение метода биоиндикации по микроэлементному составу живых биосубстратов (волосы) человека возможно для оценки урбоэкосистемы, где проживают исследуемые исследуемые объекты .

. Многоэлементный анализ волос рекомендуется в качестве скрининга для выявления предрасположенности к возникновению и развитию воспалительного процесса.

Эта методика позволяет: разработать и внедрить в клиническую практику методику оценки минерального обмена на основе анализа элементного состава волос, разработать научно-методические основы определения элементного статуса в норме по данным элементного анализа волос, выработать показания к применению методов коррекции минерального обмена, с учетом результатов элементного анализа, а также сформулировать научно-обоснованные критерии, позволяющие осуществлять прогнозирование исходов лечения по данным элементного анализа волос

Таким образом, эта методика позволяет: разработать и внедрить в клиническую практику методику оценки минерального обмена на основе анализа элементного состава волос, разработать научно-методические основы определения элементного статуса в норме по данным элементного анализа волос, выработать показания к применению методов коррекции минерального обмена, с учетом результатов элементного анализа, а также сформулировать научно-обоснованные критерии, позволяющие осуществлять прогнозирование исходов лечения по данным элементного анализа волос

Литература:

1. Ревич Б.А., Авалиани С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология: Учебник для высш. учеб. заведений /Под ред. Ревича Б.А. М.: Изд. центр «Академия», 2004. 384 с.

2. Белякова Т.М., Дианова Т.М., Жаворонков А.А. Микроэлементы, техногенное загрязнение окружающей среды и заболеваемость населения // География и природные ресурсы, 1998. - № 3. - С.30-34.

3. Панин М.С. Химическая экология: Учебник для вузов / Под ред. Кудайбергенова С.Е. Семипалатинск, 2002. - 852 с.

4. SilvaР.А., HughesP., WilliamsS. etal. Blood lead, intelligence, reading attainment and behavior in eleven year old children in Dunedin, New Zelsnd. // J. Child Psych. Psychiat. 1988. v. 29. p. 43 52.

5. Дорогова В.Б., Бурмаа Б., Энхцэцэг ш., Байгаль О., Оюунбилэг Д., Цэгмид С., Туяа С., Батсух Ч. Загрязнение свинцом окружающей среды в Улан-Баторе и состояние здоровья детей. // Гигиена и санитария. 2008. № 4. с. 8 - 9.

6. Smith М. et al. The effects of lead exposure on urban children. //Dev. Med. Child. Neurol. 1983. Suppl. 47.

7. Ермаков B.B. Геохимическая экология как следствие системного изучения биосферы. В кн.: Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. Москва. 1999. С.152-182.

8. Баранов А.А., Кучма В.Р., Сухарева Л.М. Оценка здоровья детей и подростков при профилактических осмотрах (руководство для врачей). — М.: Издательский дом «Династия», 2004. - 168 с.

9. Об утверждении Государственной программы развития здравоохранения Республики Казахстан "Саламатты Ќазаќстан" на 2011 - 2015 годы

10.Кучма В.Р. Наз^но-методические основы государственной политики обеспечения здоровым питанием детей и подростков в образовательных учреждениях // Вестник -Петербургской ГМА им. И.И.Мечникова. - 2007. - №2(8). - 18-23.

11. Баранов А.А., Кучма В.Р., Рапопорт И.К. Руководство по врачебному профессиональному консультированию подростков. - М.: Издательский дом «Династия», 2004. - 200 с.

12. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. - СПб.: Паука, 2008. -544 c. 13. Баранов А.А. Экология в педиатрической науке и практике // Экологические и гигиенические проблемы здоровья детей и подростков / Под.ред. А.А., Баранова, Л.А. Щеплягиной. - М., 1998.-C.5-26.

14.Скальный А.В., Кузнецов В.В., Лакарова Е.В., Скальная М.Г. Аналитические методы в биоэлементологии. - СПб.: Наука, 2009. - 576 с.

15. Маймулов В.Г., Нагорный СВ., Шабров А.В. Основы системного анализа в эколого-гигиенических исследованиях. — СПб.: СПб. ГМА им. И.И.Мечникова, 2001. - 342 с.

16.Лобанова Ю.Н. Особенности элементного статуса детей различных регионов России. Автореф. дисс. ... канд. биол, наук. - М., 2007. - 20с 17.Klevay L.M., Christopherson D.M., Shuler T.R. Lead in hair and gasoline // Environ. Toxicol.Pharmacol. - 2002. - Vol.11. - P.141-142. 18.Нотова В, Эколого-физиологические аспекты состояния здоровья жителей Южного Урала. Автореф. дисс. ... докт. мед. наук.-М., 2005.-40 с. 19. Дубовой P.M., Скальная М.Г. Элементный статус населения Ставропольского края. - Ставрополь: Изд-во СГМА, 2008. -192 с. 20. Кирилюк Л.И Гигиеническая значимость тяжелых металлов в оценке состояния здоровья населения крайнего севера. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Надым 2006.- 45с.