А.В. Гудков, В.Н. Багрянцев, В.Г. Кузнецов, А.И.Бураго
Микроэлементыиграют важную роль в функционировании всех живых организмов. Избыток илинедостаток в организме отдельных химических элементов или их соединений нередкоприводит к возникновению патологических состояний. Особой патогенностью приэтом отличаются тяжелые металлы (ТМ) — загрязнители среды обитания [1,2].
Биомониторингхимических загрязнителей окружающей среды находит все большее применение вразличных странах. По содержанию какого-либо тяжелого металла в биосредахчеловека или животного (в крови, моче, волосах, костях, зубах, женском молоке ит.д.) можно определить нагрузку на организм в целом. Она, в свою очередь,складывается в результате поступления химического элемента из различных сред:питьевой воды, пищи, атмосферного воздуха. Тяжелые металлы проникают в организмс аэрозолями через органы и кожу, а также с пищей через желудочно-кишечныйтракт. Содержание металлов в различных органах и тканях может коррелировать сих уровнем в объектах окружающей среды и с различными заболеваниями человека.
Неорганическиевещества на молекулярном уровне могут ингибировать ферменты, необратимоизменять макромолекулы белков и нуклеиновых кислот и как следствие изменятьскорость процессов метаболизма и синтеза, а также вызывать мутации. Наклеточном уровне может возникать дефицит жизненно важных метаболитов,нарушаться структура и проницаемость клеточных мембран. Все это вызываетдисфункцию органов, а в ряде случаев ведет к появлению новообразований.Отравления неорганическими веществами проявляются в виде измененияфизиологических параметров: замедления роста, ослабления репродуктивнойфункции, различных заболеваний, преждевременной смерти. Токсические проявленияв первую очередь зависят от количества химического агента. Острые отравлениявызываются относительно большими дозами неорганического яда. Хроническиеотравления происходят при продолжительном, возможно кумулятивном, воздействиихимических веществ. Нарастание симптомов происходит постепенно. Химическиеэлементы поступают в организм с аэрозолями через дыхательные пути и кожу, атакже с пищей через желудочно-кишечный тракт. Контакт химических соединений сэпителием и кожей приводит к всасыванию их в кровь и лимфу. Всасываниесопровождается распределением химических элементов по органам и тканям.
Содержанияхимических элементов, в частности металлов, в различных органах и тканях могуткоррелировать с их уровнем в объектах окружающей среды и различнымизаболеваниями человека [1-4].
Одиниз легкодоступных для исследования биосубстратов — волосы головы человека.Изучение их микроэлементного состава в последнее время широко применяется вэкологических, гигиенических и клинических исследованиях. В табл. 1 приведеныданные по содержанию распространенных в техногенных геохимических аномалияхмикроэлементов: свинца, кадмия, меди, цинка, марганца и никеля в образцах волосдетей.
Таблица1. Содержание некоторых химических элементов в волосах детей (в мкг/г),проживающих различных регионов СНГ Регион свинец кадмий медь цинк марганец никель Число проб Нечерноземье 3,58 0,19 11,0 132,8 0,27 – 136 Центральное Черноземье 7,24 0,38 10,1 131,5 – – 37 Закавказкий (горно-долинный) 4,0 0,15 10,1 121,4 0,53 – 17 Закавказкий (горный) 4,8 0,35 10,5 155,7 – – 25 Крым 4,8 0,3 14,1 147 – – 27 Среднее по регионам 4,4 0,24 11,1 135 – – 236 Владивосток 8,8 0,44 9,2 164,7 2,12 1,24 34
Примечание: прочерк — нет данных
ВоВладивостоке биоэкологический мониторинг за состоянием окружающей средыпосредством изучения накопления микроэлементов и в первую очередь тяжелыхметаллов в волосах детей впервые был проведен в середине 80-х годов независимодруг от друга сотрудником Приморгеолкома А.В. Гудковым и сотрудниками ДВО РАНН.Е. Шаховой и А.Б. Косолаповым под руководством Н.С. Мотавкиной. В основномбыли получены однотипные результаты. Их обобщение позволило получить достаточнополные материалы по содержанию в волосах детей свинца, кадмия, никеля,марганца, меди, цинка. Кроме того, была предпринята попытка выявленияколичественных зависимостей между показателями заболеваемости детей исодержанием перечисленных металлов в их волосах и снежном покрове. Из шестиизученных химических элементов наибольшей токсичностью обладают свинец икадмий. Медь, цинк, марганец и никель необходимы для организма человека, однакоих избыток или недостаток может привести к различным заболеваниям.
Дляопределения содержания в волосах головы химических элементов использовалиметоды нейтронно-активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрометрии.Погрешность измерений для различных элементов достигает 10-52%. Пробы волос удетей отбирали в детских парикмахерских во время стрижки в индивидуальный пакети анализировались на приборе «Сатурн» методом пламеннойспектрофотометрии. Всего проанализировано 1017 проб. Качество воздушной средыизучалось путем отбора 130 проб снега и их спектрального полуколичественного анализана приборе ДФС-13. Ретроспективная заболеваемость изучалась в детскихполиклиниках Владивостока методом механического отбора (10%-ная выборка).Соответствующие данные выкопировывались из «Истории развития ребенка»по трем возрастным группам: от 0 до 2 лет 11 мес 29 дн (до 3 лет), от 3 лет до6 лет 11 мес 29 дн (до 7 лет), от 7 до 14 лет. Дети, прожившие на обследуемойтерритории менее 3 лет, из выборки исключались. Полученный материалгруппировался на основе «Международной классификации болезней 9 пересмотра».Все объекты исследования объединялись как по территориям обслуживания детскихполиклиник, так и по границам пяти основных водоразделов (1. Южная оконечностьполуострова Муравьев-Амурский; 2. Долина бух. Золотой Рог и р. Объяснения; 3.Долина р. Первая Речка; 4. Долина р. Вторая Речка; 5. Санаторно- курортная зонаВладивостока).
Среднеесодержание металлов в волосах детей Владивостока представлено в табл. 2.Содержание свинца и кадмия в волосах мальчиков достоверно выше, а марганцаниже, чем у девочек. Различий в содержании никеля, меди и цинка в волосахмальчиков и девочек не выявлено. С увеличением возраста содержание марганца,цинка, свинца, кадмия и никеля в волосах детей возрастает. Содержание марганцаи цинка с увеличением возраста детей достоверно возрастает. Содержание меди квозрасту 3-7 лет достоверно снижается, а в возрасте от 7 до 14 лет — достоверноувеличивается. Содержание свинца, кадмия и никеля в волосах возрастает ввозрасте от 7 до 14 лет (табл. 2). В волосах блондинов содержание кадмия и никелядостоверно выше, чем у русых, шатенов, брюнетов и рыжих; содержание свинцавыше, чем у шатенов, брюнетов и рыжих; марганца — выше, чем у брюнетов, рыжих ирусых. Различия в содержании цинка статистически не достоверны. Волосы русыхдетей содержат больше свинца, чем волосы шатенов, брюнетов, рыжих; кадмия — больше, чем у шатенов и брюнетов; никеля — больше, чем у шатенов и рыжих; меди- больше, чем у брюнетов и рыжих. Различия в содержании меди и цинкастатистически не достоверны.
Таблица2. Содержание микроэлементов ( мкг/г) в волосах детей. Параметр выборки Число проб свинец кадмий никель марганец медь цинк Вся выборка 1221 10,3 0,45 1,17 2,34 9,3 120,5 Мальчики 955 11,0 0,47 1,17 2,09 9,3 122,4 Девочки 266 8,6 0,39 1,2 3,65 9,4 112,8 Возраст от 0 до 3 лет 26 9,6 0,48 1,2 1,36 9,8 55,1 Возраст от 3 до 7 лет 432 9,1 0,42 1,09 1,98 8,8 108,3 Возраст от 7 до 14 лет 924 11,0 0,47 1,23 2,42 9,4 128,5
Вволосах шатенов содержания меди достоверно выше, чем у брюнетов и рыжих; кадмиявыше, чем у брюнетов, а свинца выше, чем у рыжих. Волосы брюнетов содержатбольше меди, чем волосы рыжеволосых.
Такимобразом, можно предположить, что содержание микроэлементов в волосах связано сцветом волос и, возможно, зависит от химизма их пигментов. Установлены тесныеположительные корреляционные связи между никелем, цинком, медью и марганцем, содной стороны, и свинцом и кадмием — с другой. Свинец и кадмий имеютотрицательные корреляционные связи с никелем, медью, цинком и марганцем. Такимобразом, микроэлементы, содержащиеся в волосах, по своим корреляционным связямчетко дифференцированы на две группы: жизненно необходимые и примесные. Сопределенной долей вероятности можно утверждать, что между этими двумя труппамиметаллов, возможно, имеются антагонистические взаимоотношения.
Дляоценки воздействия тяжелых металлов на детский организм за допустимые уровнибыли приняты следующие содержания металлов в волосах: свинца — 8,0 мкг/г,кадмия -1,0 мкг/г, меди -11,1 мкг/г, цинка -135,8 мкг/г, никеля — 1,17 мкг/г,марганца — 2,34 мкг/г (модельные значения выборок, собственные данные).
Распределениеметаллов в волосах в пределах физиологической нормы в целом по Владивостокуотмечено у 56% детей. В диапазоне трех среднеквадратических отклонений (+-3s)находится 35% человек, свыше Зs — 8% человек. Таким образом, у 43%обследованных детей содержание тяжелых металлов в волосах превышает нормативныйуровень в 2 раза и более. В целом по Владивостоку доля детей, в волосах укоторых содержание металлов находится в пределах физиологической нормы,составляет: по кадмию -88%, меди — 72%, никелю — 53%, марганцу — 51%, свинцу — 35%, цинку — 34%. Различия в микроэлементном составе волос детей зависят отместа их проживания. Наибольшие концентрации свинца определялись у детей,проживающих в центральной части города — в бассейне бух. Золотой Рог и на южнойоконечности п-ова Муравьев-Амурский (табл. 3). Самые низкие концентрации свинцазарегистрированы в волосах детей, проживающих в пригороде. Такая же тенденцияпрослеживалась и при распределении других химических элементов.
Кадмийвыявляется в наибольших концентрациях у детей, живущих в районах поликлиники №5, расположенной на ул Окатовая (0,81 мкг/г), № 6 — на ул. Полярная (0,73мкг/г), № 9 — на ул. Вострецова (0,61 мкг/г), № 4 — на ул. Луговая, № 7 — напр. Красного Знамени, № 13 — на ул. Сельская (по 0,6 мкг/г).
Таблица3. Содержание микроэлементов в волосах детей, проживающих в различных районахВладивостока ( в границах водоразделов)Территория Число наблюдений свинец кадмий никель марганец медь цинк Юг полуострова Муравьев-Амурский 65 16,7 0,82 1,72 5,64 10,4 241,0 Бассейн бух. Золотой Рог 439 134,9 0,55 1,55 3,12 10,6 175,3 Бассейн р. Первая Речка 248 13,8 0,59 1,43 3,27 9,7 168,3 Бассейн р. Вторая Речка 146 11,6 0,59 1,46 4,13 9,3 172,9 Пригородная зона 34 8,8 0,44 1,24 2,12 9,2 164
Концентрацииникеля максимальны в волосах детей, живущих в зоне обслуживания поликлиник № 11- на ул. Сахалинская (1,77 мкг/г), №6(1,76 мкг/г), № 13 (1,63 мкг/г). Марганецс наибольшей частотой выявляется на южной оконечности п-ова Муравьев-Амурский,в бассейнах бух. Золотой Рог, рек Объяснения и Вторая Речка. Здесь расположеныполиклиники № 3,4,5 (5,9 мкг/г), № 9 (4,8 мкг/г), №11 (6,66 мкг/г). Наиболеевысокие концентрации меди регистрируются у детей, проживающих на территории отПокровского парка до ТЭЦ-1 (поликлиника № 1) -(11,3 мкг/г), на улицахСветланская, Уборевича, Суханова и Пушкинская — от телецентра до«Дальзавода» (поликлиника № 2) — (11,0 мкг/г), в районе ул. Полярнаяв Первомайском районе (поликлиника 3 6) — (10,8 мкг/г), ул. Сахалинская иКалинина (поликлиники № 10, 11) — (по 10,1 мкг/г). Максимальные концентрациицинка отмечены у детей, живущих в районах расположения поликлиник № 5 (217,2мкг/г), № 11 (222,5 мкг/г), № 1 (194,0 мкг/г). Доля детей, в волосах которыхбиоконцентрация микроэлементов находилась в пределах физиологической нормы,колеблется от 97% по кадмию (санаторно-курортная зона) до 17% по цинку (южнаяоконечность полуострова). Для количественной оценки ассоциации изучаемыхэлементов рассчитаны коэффициенты концентрации (Кс) и суммарные показателиконцентрации (СПК) по отношению к пригородному фону (санаторно-курортная зонаг. Владивостока (табл. 4). Основываясь на значениях СПК, можно выстроитьубывающие ранжированные ряды и определить территории, на которых накоплениеметаллов в волосах детей происходит более интенсивно. По микрорайонамобслуживания детскими поликлиниками ранжированный ряд выглядит следующимобразом: № 5 (5,08) — № 11 (4,34) — № 6 (3,99) — № 7 (3,99) -№ 9 (3,36) — № 2(2,71) — 3 13 (2,69) — № 10 (2,57) — № 1 (2,32) — № 4 (2,22) — № 3 (2,13) — № 8(1,6) — № 12 (1,0). Таким образом, максимальные уровни СПК зарегистрированы натерритории микрорайона поликлиники № 5, расположенной на южной оконечности полуостровав Первомайском районе. Суммарный показатель концентрации металлов в волосахдетей на всей территории Владивостока превышает фоновый уровень в 1,6 — 4,37раза. Показатели коэффициентов концентрации (Кс) позволяют выявитьмикроэлементы, наиболее характерные для детей, проживающих на конкретныхтерриториях. Так, свинец преимущественно накапливается у детей, живущих вбассейне р. Первая Речка, в микрорайонах, обслуживаемых поликлиниками № 1, 2(16,2 мкг/г), № 5 (15,9 мкг/г), № 6, 7 (по 16,5 мкг/г), медь — у детей, живущихв бассейне бух. Золотой Рог и р. Объяснения. На южной оконечности п-оваМуравьев-Амурский также максимальны концентрации кадмия, никеля, марганца ицинка. Минимальные средние значения этих металлов зарегистрированы всанаторно-курортной зоне (микрорайон обслуживания поликлиники № 12)/>.
Таблица4. Частные и суммарные коэффициенты концентрации тяжелых металлов в волосахдетей в границах водоразделов городаТерритория Свинец Кадмий Никель Марганец Медь Цинк Суммарный показатель концентрации Южная оконечность полуострова Муравьев -Амурский 1,89 1,86 1,38 2,66 1,13 1,45 5,37 Бассейн бух. Золотой Рог 1,57 1,25 1,25 2,53 1,15 1,06 3,81 Бассейн р. Первая Речка 1,56 1,34 1,15 1,54 1,05 1,02 2,66 Бассейн р. Вторая Речка 1,31 1,34 1,17 1,94 1,0 1,04 2,8 Санаторно-курортная зона 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Список литературы
1.Бондарев Л.Г. Микроэлементы — благо и зло// Знание. М. 1984.142 с.
2.Буштуева К.А., Случанко И.С. Методы и критерии оценок состояния здоровьянаселения в связи с загрязнением окружающей среды//М. Медицина. 1979.167 с.
3.Гудков А.В., Багрянцев В.Н., Исачкова Л.М. Взаимосвязь общей детскойинфекционной заболеваемости с содержанием тяжелых металлов в волосах детей//Инфекционная патология в Приморском крае. Владивосток: Дальнаука, 1994. С.94-95.
4.Гудков А.В., Багрянцев В.Н., Кузнецов В.Г. Общая детская заболеваемость итяжелые металлы в окружающей среде г. Владивостока //Инфекционная патология вПриморском крае. Владивосток: Дальнаука, 1994. С. 96-97.