Elemental status in children aged 8-12 years with different indices of muscle strength and lung capacity

Full Text

Введение Увеличение длины и массы тела, широтных и обхватных размеров у современных детей и подростков сочетается с существенным снижением физиометрических показателей по сравнению с исследованиями 1960-ых и 1980-ых гг. [1]. По данным литературы, снижение силовых возможностей дошкольников, школьников и студентов отмечается во многих регионах России [2, 3, 4, 5]. Изучение влияния элементного статуса на физическое развитие детей показывает, что существует статистически значимые различия между содержанием металлов в биосубстратах у детей с нормальным физическим развитием и с отклонениями от нормы, также на наличие корреляции между уровнем микроэлементов и ростом, весом и объемом головы детей [6, 7]. Сходные данные получены при обследовании военнослужащих [8, 9]. В связи с этим, представляет интерес дальнейшее изучение влияния элементного статуса детей на их функциональные показатели (мышечную силу и жизненную емкость легких). Мышечная сила правой кисти (кистевая динамометрия) отражает функциональное состояние мышечной и нервной систем и является интегральным показателем гармоничного развития ребенка. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) показатель внешнего дыхания, отражающий функции дыхательной системы организма. Существенное влияние на эти функции оказывает характер питания детей (обеспеченность микрои макронутриентами), образ жизни и условия проживания (загрязнение окружающей среды химическими веществами, климато-географические факторы). материалы и методы Всего обследовано 93 ребенка. Физическое развитие детей изучалось по унифицированной антропометрической методике с использованием стандартного инструментария [10]. Оценивались соматометрические и физиометрические показатели физического развития. Получены результаты анализов элементного состава волос (16 элементов). Пробоподготовка образцов волос проводилась в соответствии с МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03 «Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой», утвержденными Минздравом РФ в 2003 г. Аналитические исследования выполнены в испытательной лаборатории АНО «Центр Биотической Медицины», аккредитованной при ФЦГСЭН (аттестат аккредитации ГСЭН.Яи.ЦОА.311, регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU.0001.513118 от 29 мая 2003 г.) и сертифицированной на соответствие системы менеджмента качества ISO 9001:2000 (сертификат №4017 от 05.04.2006, выдан BM Trada Certification, Англия). Испытания выполнены методом атомной эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП, МС-ИСП). Для проведения анализа использованы масс-спектрометр Elan 9000 (PerkinElmer Corp., США) и атомно-эмиссионный спектрометр Optima 2000 DV (PerkinElmer Corp., США), а также система микроволнового разложения (Multiwave 3000, A. Paar). Для оценки полученных результатов использовались нормативы тяжелых металлов, утвержденные Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко 28 декабря 2010 года [11] и нормативы макрои микроэлементов, изложенные в работах А.В. Скального [12, 13, 14]. Были рассчитаны средние арифметические величины (M), ошибки средних (m), наименьшие и наибольшие значения (min и max), средние квадратические отклонения (ст) и корреляция функциональных показателей и микроэлементов. Статистическая обработка проводилась с использованием пакета статистического анализа Statistica 6.0 (StatSoft, США). результаты и их обсуждение Среднее содержание химических элементов в волосах детей с различными показателями мышечной силы представлено в таблице 1. По содержанию макроэлементов в волосах всех детей установлено превышение условной нормы калия, содержание ниже условной нормы магния в группах со средними и сниженными показателями мышечной силы. В группе детей с высокими показателями мышечной силы среднее содержание магния в волосах в пределах допустимых значений. Получены статистически значимые различия среднего содержания кальция в волосах детей с высокими показателями мышечной силы и детей со средними значениями мышечной силы (р<0,05). Таким образом, дети с высокой мышечной силой по макроэлементному составу волос отличаются большим содержанием кальция и магния. Оба вещества участвуют в регуляции нервно-мышечной проводимости. Одной из причин снижения мышечной силы у ребенка может быть недостаточное потребление продуктов с высоким содержанием кальция и магния. Высокое содержание калия в волосах детей, возможно, связано с его избыточным поступлением (например, длительная картофельная диета) [15]. Изучение содержания биоэлементов эссенциальных микроэлементов в организме детей с разным уровнем мышечной силы позволило установить следующие особенности: у всех детей отмечены избыток железа и марганца в волосах, недостаток кобальта и селена, а также нарушено соотношение Cu:Fe:Zn. Содержание цинка в волосах детей с высокими показателями мышечной силы установлено в пределах условной нормы, в то время как в группах детей со средними и низкими показателями мышечной силы содержание цинка ниже условной нормы. По содержанию меди отмечена тенденция больших значений в группе детей с высокими показателями мышечной силы. Таким образом, по показателям содержания эссенциальных микроэлементов статистически значимых различий в группах детей с разным уровнем мышечной силы не получено, тем не менее, содержание цинка и меди имеет тенденцию к повышению у детей с высокими показателями мышечной силы. Уровень никеля в биосубстратах детей со средними и высокими показателями мышечной силы статистически значимо выше по сравнению с детьми со сниженными показателями мышечной силы (р<0,05). Исследования на животных показали, что снижение содержания никеля в рационе приводит к укорочению задних конечностей и снижению двигательной активности [15]. Таким образом, низкое содержание никеля в волосах детей сочетается с низкими значениями кистевой динамометрии. Было установлено превышение содержания в биосубстратах детей таких токсичных элементов, как ртуть и свинец. Статистически значимых различий средних значений токсичных элементов в группах детей с разными силовыми показателями не установлено. Однако, известно, в условиях дефицита кальция абсорбция свинца может увеличиваться до 30% [16]. Таким образом, низкое содержание макроэлементов в питании детей приводит к снижению уровня необходимых минералов и повышению содержания токсичных элементов в организме. Поскольку в детском возрасте функциональные показатели различных систем часто не совпадают, распределение детей по показателям ЖЕЛ выглядит иначе, чем по динамометрии. Среднее содержание химических элементов в волосах детей с различными показателями жизненной емкости легких представлено в таблице 2. По содержанию макроэлементов в волосах детей с низкими показателями ЖЕЛ установлено статистически значимое превышение калия и натрия (р<0,05 по сравнению с группой детей со средними значениями ЖЕЛ и р<0,01 по сравнению с группой с высокими показателями ЖЕЛ). При этом у детей с высоким значением ЖЕЛ уровень калия находится в пределах условной нормы, тогда как в других группах существенно выше. Содержание натрия в волосах детей всех трех групп выше условной нормы. Повышенный уровень в волосах калия и натрия обычно рассматривается специалистами как отражение нарушения водно-солевого обмена, функции симпатоадреналовой системы. Кроме того, в группе детей с высоким уровнем ЖЕЛ содержание кальция в волосах ниже условной нормы, а концентрация магния ниже условной нормы в группах детей со средними и высокими показателями ЖЕЛ. Таким образом, установлено нарушение водноэлектролитного баланса у детей с низким уровнем ЖЕЛ по высокому содержанию калия и натрия в волосах. Содержание эссенциальных микроэлементов в биосубстратах детей с различными показателями ЖЕЛ не выявило статистически значимых различий, показатели элементов аналогичны распределению детей по группам с разным уровнем мышечной силы: избыток железа и марганца, недостаток селена и кобальта, дисбаланс Cu:Fe:Zn. Также выявлена тенденция к более высокому содержанию меди в волосах у детей с высокими значениями ЖЕЛ. Представляют интерес результаты по содержанию условно жизненно необходимых элементов: в группе детей с высокими показателями ЖЕЛ среднее содержание мышьяка в волосах в пределах условной нормы, в то время как в группах с низкими и средними значениями ЖЕЛ выше нормы. По данным исследований избыток мышьяка в волосах может свидетельствовать о нарушениях дыхательной системы [15]. О том же свидетельствует высокая концентрация лития и кремния в волосах детей с низкими значениями ЖЕЛ. Во всех трех группах детей содержание лития в пределах возрастной нормы, тем не менее у детей с низкими значениями ЖЕЛ статистически значимо выше (р<0,01). Кроме того, полученные результаты по литию сочетаются с высоким содержанием калия и натрия в волосах, последний из которых является антагонистом магния [17]. Содержание токсичных элементов в волосах детей также имеет ряд особенностей. У детей с низкими значениями ЖЕЛ отмечено превышение содержания свинца, статистически значимо выше уровень титана (р<0,05) по сравнению с группой детей с высокими показателями ЖЕЛ и в пределах условной нормы содержание ртути. В то время как у детей с высокими и средними значениями ЖЕЛ содержание ртути выше условной нормы и достоверно выше (р<0,01) по сравнению с детьми с низкими значениями ЖЕЛ. Хронический избыток титана в организме приводит к воспалению легких, альвеолитам, трахеитам, т.е. отмечается селективное поражение дыхательной системы, что подтверждается нашим исследованием. Таким образом, у детей с низкими показателями ЖЕЛ по элементному статусу выявлено нарушение водно-электролитного баланса и поражение дыхательной системы. По результатам статистической обработки установлены корреляционные связи между мышечной силой и содержанием кальция (R=0,42; p<0,05), мышечной силой и содержанием мышьяка (R= -0,42; p<0,05), между показателями ЖЕЛ и содержанием кадмия (R= -0,75; p<0,05), показателями ЖЕЛ и содержанием свинца (R= -0,57; p<0,05), показателями ЖЕЛ и содержанием титана (R= -0,52; p<0,05), показателями ЖЕЛ и содержанием цинка (R= 0,3; p<0,05). Эти данные в основном согласуются с работами О.С. Нотова, И.И. Ивашкива и др. [9, 18, 19]. Заключение В ходе проведенных исследований установлена связь между уровнем содержания исследуемых элементов и функциональным состоянием мышечной, нервной и дыхательной систем школьников, что подтверждается наличием статистически значимых и на уровне тенденций различий между содержанием металлов в биосубстратах у детей со средними, низкими и высокими значениями мышечной силы и ЖЕЛ, а также наличием корреляции между уровнем микроэлементов и показателями мышечной силы и жизненной емкости легких исследуемой выборки детей.

About the authors

V. R Kuchma

V. Ju Detkov

A. V Skal’nyj

O. Ju Milushkina

N. A Skoblina

D. M Fedotov

References

Supplementary files