Hair element profile of male and female with high physical activity

Full Text

Введение Согласно современным представлениям, подавляющее большинство случаев нарушений минерального обмена у спортсменов можно отнести к разряду профессиональных или профессионально обусловленных, т.е. связанных с повышенными физическими и психоэмоциональными нагрузками на организм (Ивашкив И.И. и др., 2011). Многие микроэлементы играют ключевую роль в энергетическом обмене, поэтому, например, во время напряженной физической активности степень энергетического обмена в скелетной мышце может увеличиваться в 20-100 раз (Цыган В.Н. и др., 2012). Считается, что длительная регулярная физическая нагрузка может привести к повышенной потере макрои микроэлементов или ускорению обмена веществ, что требует повышения поступления их с пищей. Потребность в макро- и микроэлементах у спортсменов может увеличиваться при значительной их потере в составе пота и мочи при интенсивной физической нагрузке, а также при сбрасывании веса (Цыган В.Н. и др., 2012). У спортсменов описан повышенный риск развития гипоэлементозов Mg, Zn, Fe, Mn, Se и Cu и повышенная потребность в них (Скальный А.В., 2005). Известно, что повышенное потребление пищи приводит к увеличению поступления микроэлементов, но спортсмены, подвергающиеся интенсивным тренировкам, должны обязательно дополнительно принимать железо, кальций и антиоксидантные витамины (Порту- Биоэлементология в восстановительной медицине 55 Вестник восстановительной медицины № 6^2013 галов С.Н., 2001; Food..., 2007), кроме этого им необходимы магний, цинк и медь для сохранения спортивной формы и работоспособности (Lukaski H.C., 1995). Следует отметить, что в сравнении с анализом крови или мочи элементный анализ волос имеет много преимуществ, среди которых одними из основных является высокая концентрация элементов в волосах, неинвазивность отбора проб, удобство при хранении и транспортировке. Кроме того, отмечено, что в отличие от внутренних (жидких) биосред организма концентрация элементов в волосах не подвержена жесткому гомеостатическому контролю (Токсикологическая химия., 2008; Корчина Т.Я. и др., 2010; Лакарова Е.В. и др., 2008). Материалы и методы В исследовании приняли участие две группы лиц с высокой физической активностью. К первой группе были отнесены 37 студенток-спортсменок, занимающихся различными видами фитнеса и спорта 2-4 раза в неделю, а ко второй - 110 мужчин 17-34 лет, также регулярно занимающихся фитнесом и спортом. В качестве групп контроля для первой и второй групп были отобраны 19 студенток и 67 мужчин в возрасте 17-36 лет с низкой физической активностью. Образцы волос получали путем сострига-ния с 3-5 участков затылочной части головы в количестве не менее 0,1 г Пробы помещали в специальные пакеты, затем в конверты с идентификационными записями. Для элементного анализа волос использовали проксимальные части прядей длиной 3-4 см. Анализ волос на содержание макро- и микроэлементов проводился в клинико-диагностической лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (директор д.м.н., проф. М.Г. Скальная) по медицинской технологии «Выявление и коррекция нарушений минерального обмена организма человека» (Регистрационное удостоверение № ФС-2007/128 от 09 июля 2007 года). В медицинской технологии использовалась комбинация методов ИСП-МС (Elan 9000, PerkinElmer Sciex, США) и АЭС-МС (Optima 2000 DV, PerkinElmer, США). Статистическая обработка полученных данных проводилась при помощи программных пакетов Microsoft Excel XP (Micosoft Corp., США) и Statistica 6.0 (StatSoft Inc., США). Ввиду того, что распределение значений изучаемых признаков в выборке оказалось отличным от нормального, в работе в качестве описательных характеристик помимо средних значений использовали медианы. Парное сравнение групп проводили с использованием U-критерия Манна-Уитни. Результаты и их обсуждение Установлено, что повышенная физическая нагрузка у обеих групп спортсменов может быть связана с показателями содержания химических элементов в волосах. Таблица 1. Содержание макро- и микроэлементов в волосах студенток-спортсменок и студенток с низкой физической активностью, мг/кг. Химические Спортсменки, n=37 Контрольная группа, n=19 элементы Me (q25 - q75) Me (q25 - q75) Макроэлементы Ca 1477 (493 - 2887) 669 (453 - 1523) 0,074 K 92 (51,3 - 132,8) 27,7 (21,2 - 70,8) 0,001 Mg 136 (59 - 242) 73 (38 - 150) 0,074 Na 107 (67 - 291) 68 (19 - 111) 0,019 P 157 (151 - 167) 157 (145 - 176) 0,837 Эссенциальные микроэлементы Co 0,0195 (0,012 - 0,032) 0,0151 (0,0056 - 0,0454) 0,448 Cr 0,489 (0,29 - 0,745) 0,197 (0,123 - 0,319) <0,001 Cu 11,2 (9,9 - 15,1) 25 (10,1 - 33,8) 0,020 Fe 40,9 (21,9 - 79,8) 12,1 (9,1 - 19,6) <0,001 I 0,506 (0,3 - 1,01) 0,384 (0,15 - 1,265) 0,789 Mn 1,82 (0,77 - 3,75) 0,32 (0,16 - 1,26) <0,001 Mo 0,024 (0,021 - 0,028) 0,0261 (0,0215 - 0,0335) 0,435 Se 0,334 (0,264 - 0,437) 0,339 (0,279 - 0,502) 0,886 Zn 174 (130 - 209) 204 (163 - 255) 0,059 Условно эссенциальные микроэлементы B 0,471 (0,283 - 0,618) 0,4 (0,202 - 1,534) 0,511 Li 0,017 (0,013 - 0,028) 0,006 (0,006 - 0,0354) 0,008 Ni 0,38 (0,238 - 0,582) 0,292 (0,18 - 0,822) 0,594 Si 15,8 (8,3 - 20,3) 21,7 (17,3 - 53,4) 0,007 V 0,012 (0,009 - 0,016) 0,0192 (0,0085 - 0,0592) 0,071 Токсичные и потенциально токсичные микроэлементы Cd 0,0175 (0,008 - 0,025) 0,0093 (0,0058 - 0,0108) 0,007 Hg 0,27 (0,187 - 0,427) 0,512 (0,293 - 1,147) 0,004 Pb 0,299 (0,17 - 0,475) 0,293 (0,132 - 0,411) 0,774 56 Биоэлементология в восстановительной медицине Вестник восстановительной медицины № 6^2013 Так, по сравнению с контролем у спортсменок повышено содержание всех изученных макроэлементов, за исключением фосфора, то есть кальция, калия, натрия и магния (табл. 1). Особенно выражено различие между группами по содержанию K (p<0,001), а наименее -Mg (p<0,1). Согласно современным представлениям, у лиц с гиподинамией содержание в волосах элементов-электролитов обычно ниже, чем у лиц с повышенной физической нагрузкой (Momcilovic B. et al., 2006). В литературе указывается на то, что увеличение содержания в волосах калия и натрия характерно для лиц с напряжением симпато-адреналовой системы (Akerberg R., Hoffmann K., 1987; Скальный А.В., 2005). Повышенное содержание в волосах кальция и магния может отражать их повышенный кругооборот в организме, увеличение свободного пула (Скальный А.В., 2005). Однако интерпретация повышенного содержания макроэлементов в волосах представляет сложную задачу, т.к. зачастую их избыток в волосах ассоциируется с пониженной концентрацией в сыворотке крови (Грабеклис А.Р. с соавт., 2011). Тем не менее, связь между макроэлементами в волосах и физической активностью у девушек-спортсменок представляется очевидной. Более разнообразная картина в элементном составе волос отмечена при межгрупповом сравнении показателей содержания эссенциальных микроэлементов. С одной стороны, в волосах спортсменок отмечены существенно повышенные уровни железа, марганца и хрома (p<0,001), играющих важную роль в процессах переноса кислорода, тканевого дыхания, регуляции метаболизма глюкозы (Оберлис Д. и др., 2008), а с другой стороны отмечено умеренное снижение уровня меди (p<0,02) и выраженная тенденция к дефициту цинка (p<0,059). Последний факт согласуется с литературными данными (Ивашкив И.И. и др., 2011; Лебедева С.А. и др., 2013; Скальный А.А., Скальный В.В., 2013). Важно отметить отсутствие различий между двумя группами по содержанию в волосах Se, I, Mo и Co. Девушки с повышенной физической нагрузкой демонстрируют более низкие по отношению к контролю показатели содержания в волоса кремния и ванадия (p=0,007 и 0,071, соответственно) и повышенные -лития (p=0,008). При этом, различий в содержании Ni, B не наблюдается. Среди потенциально опасных или токсичных химических элементов обращают на себя внимание повышенные показатели содержания в волосах спортсменок Cd и относительно низкий уровень накопления Hg (p<0,007). Согласно полученным данным (табл. 2), мужчины-спортсмены существенно отличаются от мужчин с низкой физической активностью по большинству из изученных параметров. таблица 2. Содержание макро- и микроэлементов в волосах спортсменов и мужчин с низкой физической активностью, мг/кг. Химическиеэлементы спортсмены, n=110 контрольная группа, n=67 p-level Me (q25 - q75) Me (q25 - q75) І Макроэлементы I Ca 666 (407 - 1139) 434 (337 - 774) <0,001 K 106,8 (30 - 272) 42,7 (18,5 - 245,5) 0,033 Mg 57,4 (32,2 - 85,1) 44,2 (32,5 - 74,8) 0,208 Na 163,5 (75,2 - 322,2) 117,8 (49,9 - 403,7) 0,316 P 152,3 (137,5 - 177,7) 160,4 (140,8 - 175,2) 0,459 І Эссенциальные микроэлементы I Co 0,013 (0,008 - 0,028) 0,01 (0,005 - 0,012) <0,001 Cr 0,413 (0,291 - 0,593) 0,46 (0,31 - 0,63) 0,472 Cu 13,8 (11,3 - 20,4) 12,1 (10,4 - 15,8) 0,042 Fe 14,6(11,7 - 19,2) 13,4 (10,3 - 19,6) 0,475 I 0,513 (0,150 - 1,312) 0,72 (0,34 - 1,37) 0,169 Mn 0,339 (0,241 - 0,497) 0,27 (0,19 - 0,53) 0,091 Mo 0,045 (0,032 - 0,050) 0,03 (0,029 - 0,059) 0,427 Se 0,492 (0,392 - 0,589) 0,41 (0,315 - 0,522) 0,023 Zn 223 (170 - 282) 200 (183 - 251) 0,041 I Условно эссенциальные микроэлементы I B 1,11 (0,72 - 2,11) 0,76 (0,50 - 1,57) 0,013 Li 0,01 (0,006 - 0,023) 0,01 (0,006 - 0,026) 0,989 Ni 0,244 (0,149 - 0,403) 0,17 (0,106 - 0,313) 0,008 Si 25,1 (15,8 - 36,6) 21,7 (12,5 - 34,7) 0,171 V 0,005 (0,004 - 0,01) 0,004 (0,002 - 0,009) 0,357 Токсичные и потенциально токсичные микроэлементы Cd 0,026 (0,013 - 0,055) 0,01 (0,006 - 0,02) <0,001 Hg 0,489 (0,249 - 0,939) 0,44 (0,208 - 0,783) 0,160 Pb 0,573 (0,331 - 1,024) 0,45 (0,232 - 0,751) 0,056 Биоэлементология в восстановительной медицине 57 Вестник восстановительной медицины № 6^2013 Так, в волосах у них отмечается повышенное содержание макроэлементов Ca (p<0,001), K (p<0,05), эссен-циальных микроэлементов Co (p<0,001), Cu, Se и Zn (p<0,05), условно эссенциальных микроэлементов Ni (p<0,01) и B (p<0,05). Наблюдается тенденция к повышенному содержанию Mn (p<0,1), а также более высокий уровень токсичных металлов Cd (p<0,001) и Pb (p<0,1). Полученные данные можно рассматривать также как подтверждение целесообразности применения в спорте нутрицевтиков с ванадием, влияющих на метаболизм глюкозы и белка (Цыган В.Н. и др., 2012). Возможно, с относительным дефицитом меди и цинка связано повышенное накопление их антагониста - кадмия (белком-переносчиком этих микроэлементов является металлотионеин). Нехватка цинка и меди, вероятно, указывает на неадекватное потребление этих важнейших иммунотропных и гормонотропных микроэлементов спортсменками, и указывает на повышенный риск заболеваний, связанных с дефицитом цинка и меди (Оберлис Д. и др., 2008) - от болезней кожи, иммунодефицитов до патологии щитовидной железы и репродуктивной системы. Поскольку в волосах обычно обнаруживается так называемая «пищевая» ртуть (органически связанная, метилр-туть), поступающая, в основном, с морепродуктами и рыбой, то можно предположить, что выявленные различия в содержании этого токсиканта имеют алиментарное происхождение, т.е. зависят от различий в питании. Таким образом, в нашем исследовании получены данные, указывающие на необходимость контроля элементного статуса у лиц, занимающихся спортом и фитнесом, как группы риска по развитию дисбалансов макроэлементов и дефицитов жизненно важных микроэлементов меди и цинка и других микронутриентов. выводы Установлено, что повышенные физические и психоэмоциональные нагрузки, которым подвергаются спортсмены, существенно влияют на содержание химических элементов в волосах. У спортсменок выявлено избыточное накопление в волосах макроэлементов (Ca, K, Mg, Na), микроэлементов (Cr, Fe, Mn) и ряда токсичных элементов на фоне дефицита Cu, Si и V, а также более низкого уровня токсичных Sn и Hg. Результаты обследования мужчин-спортсменов имеют сходства и различия с данными, полученными в ходе обследования спортсменок. Так, у спортсменов так же, как и у спортсменок отмечается повышенное содержание в волосах макроэлементов Ca, K, но не выявлено достоверных изменений в содержании Mg и Na. В отличие от девушек, у мужчин-спортсменов выявлено повышенное содержание таких эссенциальных микроэлементов как Co, Cu, Se и Zn и условно эссенциальных микроэлементов Ni и B. Наблюдается тенденция к повышенному содержанию Mn, а также более высокий уровень токсичных металлов Cd и Pb. Полученные данные показывают, что метод определения элементного состава волос можно использовать для контроля за исходным состоянием минерального обмена и оценки эффективности пищенутрицевтиче-ской коррекции и адаптационного потенциала. Показана перспективность применения анализа волос в качестве метода персонализированного контроля и коррекции элементного статуса и функционального состояния в спорте. Таким образом, применение доступного для каждого спортсмена метода оценки элементного статуса по определению содержания химических элементов в волосах и других биосубстратах, может улучшить ситуацию с выявлением латентных дефицитов макро- и микроэлементов и помочь избежать развития клинической фазы этих дефицитов. Это, в конечном счёте, повысит уровень функциональных резервов организма спортсмена.

About the authors

I. P Zaitseva

Email: irisha-zip@yandex.ru

A. A Skalny

References

Supplementary files