Region-related characteristics of human microelement adaptation shown by the North residents: Interrelation of physiological parameters with the body element content. Report 2

Full Text

Введение Проживание на территории, характеризующейся определенным уровнем содержания макро- и микроэлементов (МЭ) в объектах окружающей среды, обусловливает определенный микроэлементный состав биосред организма. Химический гомеостаз является необходимым компонентом сохранения здоровья, а избыточный или недостаточный уровень содержания макро- и микроэлементов в организме может являться показателем как состояния здоровья, так и характеристикой экологического неблагополучия [1]. Оценка состояния элементного баланса, позволяя с достаточно высокой точностью судить об эффективности работы его морфофизиологических систем и риске развития тех или иных патологических состояний, может применяться в качестве средства донозологической диагностики [2, 3]. Для правильной диагностической интерпретации анализа волос необходимо глубокое понимание зависимости состояния элементного обмена от ряда естественных факторов, определяющих тот уровень обмена, который является нормальным для соответствующей группы людей [4]. Целью нашей работы явилось выявление зависимостей содержания химических элементов от функциональных параметров сердечно-сосудистой и дыхательной систем, энергетически-метаболических характеристик, антропометрических показателей. Материал и методы В исследованиях принимали участие юноши-студенты 16-21 года (n=29), представители континентальной зоны проживания (г. Сусуман) Магаданской области. У обследуемых определяли основные соматометрические показатели: длину и массу тела, окружность грудной клетки. На основе метода биоэлектрического сопротивления определяли общее содержание жира (в % от массы тела) в организме, с последующим расчетом содержания воды (%), минерального компонента в костях (кг) и мышечной массы (кг). Анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы в покое производился путем измерения показателей систолического (САД, мм.рт.ст.), диастолического (ДАД, мм.рт.ст.) артериального давления, а также частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) автоматическим тонометром Nessei DS–1862 (Япония). Измерялось время максимальной задержки дыхания на выдохе (проба Генчи). Насыщение гемоглобина кислородом (HbO2,%) во время дыхательных проб определяли методом фотооксигемометрии с использованием пульсиоксиметра «NPB-40» (США). Параметры оксигенации артериальной крови регистрировали перед пробой и на пике ее исполнения. Для оценки ряда параметров и газообмена у юношей в состоянии покоя с помощью мeтаболографа MedGraphics VO2000 (США) определяли уровни содержания кислорода (O2, %) в выдыхаемом воздухе, потребление кислорода (ПО2, мл/мин), минутный объем дыхания (МОД, л), частоту дыхания (ЧД, цикл/мин), дыхательный объем (ДО, мл) и энергозатраты в состоянии покоя (ккал/мин/кг). Определение содержания 25 макро- и микроэлементов (МЭ) в волосах человека проводили методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП) на приборе Optima 2000 DV (Perkin Elmer, США) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (МС-ИСП) на приборе ELAN-9000 (Perkin Elmer, США), в АНО Центр Биотической медицины (г. Москва). Взаимосвязь МЭ в организме юношей, а также МЭ и физиологических параметров анализировали при помощи факторного анализа и корреляционного анализа по Спирмену. Статистическая обработка данных проведена с использованием лицензионного пакета прикладных программ Excel-97 и Statistika-6 методами параметрической и непараметрической статистики [5]. Для сравнения вариационных рядов использован t-критерий Стьюдента при оценке уровня достоверности р<0,05. Результаты и их обсуждение Для более полного понимания адаптационных механизмов был проведен корреляционный анализ связи химических элементов с функциональными параметрами организма у одних и тех же юношей г. Сусумана. Выявлены взаимосвязи содержания йода с антропометрическими показателями: его пониженное содержание связано с повышенными показателями массы тела, общего содержания жира в организме, общего содержания минерального компонента в костях, мышечной массы и окружности грудной клетки (рисунок). Рисунок. В то же время нами показаны статистически значимые взаимосвязи между содержанием йода и энергетически-метаболическими характеристиками. Установлено, что у юношей г. Сусумана значительно повышен уровень потребления кислорода, в среднем на 30–35 % выше нормативных значений жителей европейского Севера, что свидетельствует о высоких энергетических потребностях организма молодых людей, проживающих в континентальной природно-климатической зоне Магаданской области [6]. Выявленная в нашей работе отрицательная корреляционная взаимосвязь йода с уровнем высоких значений потребления кислорода позволяет предположить формирование компенсаторного механизма, направленного на обеспечение организма энергетическими ресурсами на фоне дефицита йода. При этом дыхательный коэффициент (ДК), значения которого у юношей г. Сусумана свидетельствуют о преобладании липидно-жирового энергетического обеспечения организма, находится в прямой зависимости от содержания йода в организме. Аналогичные корреляционные взаимосвязи физиологических показателей выявлены с хромом. Значения дыхательного коэффициента также находятся в обратной зависимости от содержания железа и в прямой зависимости от содержания Ca, Si, Hg, V. По данным А.Р. Грабеклиса [3], относительно тесные связи с антропометрическими показателями характерны для макроэлементов: Ca, K, в меньшей степени, Mg, Na. Причем для Ca и Mg это положительная корреляция, а для Na и K – отрицательная. В нашем исследовании взаимосвязей Na и K с антропометрическими показателями не выявлено, а связи Ca и Mg опосредованы через Cr. Необходимо обратить внимание на наличие взаимосвязей между показателем энергообеспеченности организма в состоянии покоя и элементным статусом организма. Так, между показателем энергозатрат в состоянии покоя, который у обследуемых молодых людей находился выше верхней границы физиологической нормы, и концентрацией Са выявлена отрицательная корреляционная связь, т.е. дефицит этого важного элемента может быть связан с повышенными энергозатратами молодых людей в состоянии покоя, что противоречит принципу «экономизации», необходимого для оптимальной адаптации организма в экстремальных условиях Северо-Востока России. Аналогичная направленность связи выявлена между показателем энергозатрат организма и содержанием Cr. Показатель КИО2 (кислородной емкости крови), отражающий эффективность внешнего дыхания, находится в прямой зависимости от концентрации Mg, который входит в состав почти 300 ферментных комплексов, участвует в процессе межуточного метаболизма как специфический активатор или кофактор ферментов [2]. У юношей г. Сусумана отмечены высокие значения кислородной емкости крови, которые, по данным О.Н. Поповой [7], превышают нормативы, характерные для молодых людей, проживающих в условиях европейского Севера (норма составляет 39,9-40,0 мл/л). Данный факт может свидетельствовать о возрастании диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану [8]. Данный механизм (на фоне низких значений дыхательного объема и легочной вентиляции) направлен на снижение кислородного долга, обусловленного повышенными энергозатратами организма в условиях холода. Подтверждением взаимосвязи содержания Mg и кислородообеспечения организма является наличие положительных статистически значимых корреляционных связей этого элемента с содержанием кислорода в выдыхаемом воздухе и уровнем оксигенации артериальной крови на пике выполнения респираторной пробы Генчи. При этом отмечается обратная зависимость кислородной емкости крови от содержания тяжелых и токсичных элементов в организме (Pb, V, Hg, B). Имеются сведения, что под действием ртути усиливается перекисное окисление липидов в эритроцитах человека, что выражается в повышении уровня малонового диальдегида [9], что, возможно, является отражением отрицательной корреляционной взаимосвязи между показателями концентрации ртути в волосах испытуемых с кислородной емкостью крови. В наших работах было отмечено [6], что у юношей г. Сусумана выявлены более низкие значения дыхательного объема - ДО и минутного объема дыхания - МОД, показатели которого несколько ниже нормативных величин [7]. Снижение данного показателя, является приспособительным механизмом для ограничения респираторных теплопотерь с выдыхаемым воздухом в условиях низких температур окружающей среды. Понижение данных показателей функции внешнего дыхания оказалось связано с повышенным содержанием в организме Fe и Mn; концентрации данных элементов находятся в избытке в исследуемой группе. Что касается свинца, одного из наиболее «популярных» в научных исследования в плане негативного влияния на организм в целом, то нами отмечены взаимосвязи между антропометрическими показателями, в частности с уровнем минерального компонента в костях, а также длиной тела испытуемых с концентрацией свинца в волосах у этих же обследуемых. Аналогичные данные получены в исследованиях Г.В. Ермоленко [1], где отмечается, что повышенное содержание Pb организме у подростков 13 лет, проживающих в условиях химического загрязнения среды, детерминирует снижение росто-весовых показателей. Данное обстоятельство, возможно, обусловлено тем, что в условиях кальциевого дефицита организм может использовать Pb2+ вместо Ca2+ [10] и в этом случае Pb2+ выступает как функциональный синергист Ca2+. Наличие отрицательных взаимосвязей между токсическими элементами, и показателями длины и массы тела выявлены в исследованиях Лобановой Ю.В. [11], А.Р. Грабекслиса [3], проводивших исследования на детях и подростках. Следует отметить, что физиологические эффекты химических элементов в фоновых концентрациях, особенно токсичных, выявлены и в других работах [12, 13]. Помимо этого нами отмечена положительная связь цинка с антропометрическим комплексом, что подтверждается литературными данными [3]. В опытах in vitro показано вовлечение Zn в процессы выработки инсулина β – клетками поджелудочной железы, а также в процессы связывания инсулина клеточными рецепторами, влияние его на процессы липогенеза и липолиза в адипоцитах [11]. Связь Zn с увеличением размеров тела может рассматриваться как прямая, поскольку он принимает непосредственное участие в процессах, связанных с ростом организма (активация соматотропного гормона, синтез белка, формирование костной и хрящевой ткани и т.д.) [3]. Следующий этап исследования заключался в анализе взаимосвязей основных показателей сердечно-сосудистой системы с элементным статусом. Так, у юношей отмечены высокие значения систолического и диастолического артериального давления [6]. Сравнительный анализ уровня систолического (САД) и диастолического давления (ДАД) юношей из различных регионов России выявил, что для проживающих в континентальной природно-климатической зоне Магаданской области характерны самые высокие показатели систолического артериального давления [14]. При этом в наших исследованиях отмечены обратные взаимосвязи уровня САД с содержанием Cr и Pb, повышенные значения ДАД, которые свидетельствуют о периферическом спазме сосудов, отрицательно связаны с уровнем Mn и I. Повышенные значения артериального давления являются компенсаторно-приспособительным механизмом для обеспечения теплового гомеостаза при действии низких температур окружающей среды, так как известно, что в условиях холода активизируются процессы производства и сохранения тепловой энергии в организме за счет рефлекторного спазма периферических сосудов, в результате чего происходит снижение теплоотдачи, что обеспечивает поддержание теплового баланса на оптимальном уровне [15]. Наибольшее количество взаимосвязей из показателей сердечно-сосудистой и элементной систем отмечается с частотой сердечных сокращений (ЧСС): прямая зависимость данного показателя от содержания Co, Ni, Si и I и обратная направленность взаимодействия - с Mn и Na. При количественной оценке стоит выделить элементы, с наибольшим количеством связей с физиологическими показателями: Pb – 14, I – 12, Mn – 10, Cr – 10, Hg – 9, Si – 8, Co – 6, Mg – 6, Ca – 5, Ni – 5. Эти элементы, бесспорно, являются эссенциальными, имеющими жизненноважное значение для функционирования организма, но, в то же время, при повышении концентраций, могут оказывать более или менее токсическое воздействие на органы и влиять на процессы в них протекающие. Поэтому в условиях Севера важно соблюдать баланс между естественным фоновым напряжением и дополнительной нагрузкой, связанной с образом жизни человека, поведением, питанием, профилактикой здоровья.

About the authors

E. A Lugovaya

Email: elena_plant@mail.ru

A. L Maximov

I. V Sukhanova

Email: arktika@online.magadan.su

References

Supplementary files