Системный анализ параметров вектора состояния организма человека, проживающего в условиях урбанизированного севера (на примере – Югры) (30.03.2009)

Автор: Корчина Татьяна Яковлевна

Ме 0,22 0,07 8,02 3,65 0,13 0,007 0,1 1,0 0,12 0,13

min 0,02 0,02 6,01 1,22 0,10 0,004 0,01 1,0 0,1 0,05

max 9,90 2,20 22,04 15,81 0,18 0,13 0,32 64,0 5,50 1,30

ПДК 0,3 0,1 70 42 10 5,0 0,1 0,5 30,0 1,0

Установлены различия параметров аттракторов по содержанию железа, ртути и нефти в водопроводной, поверхностной и подземной воде (рис. 6). Например, параметры аттракторов (объем, коэффициент асимметрии, координаты геометрического и стохастического центров) состояния химического состава водопроводной, поверхностной и подземной воды различаются. Наибольший показатель асимметрии характерен для аттрактора состояния подземной воды (General asymmetry value rX = 10.84 – для подземной; General asymmetry value rX = 7.14 – для поверхностной; General asymmetry value rX = 5.96 – для водопроводной воды). Наибольший объем имеет аттрактор состояния водопроводной воды (General V value: 5.00e – 001 – для водопроводной воды; General V value: 6.85e – 003 – для поверхностной воды, General V value: 7.25e – 004 – для подземной воды).

Наибольшие объемы аттракторов идентифицированы для состояния воды по химическому составу (координаты: железо, ртуть, нефть) из поверхностных и подземных источников. Так, для водопроводной воды объем аттрактора и показатель асимметрии наименьший: (General asymmetry value rX = 2.78; General V value: 1.98e-001) по сравнению с подземной водой (General asymmetry value rX = 5.89; General V value: 7.07e-001) и поверхностной водой (General asymmetry value rX = 4.11; General V value: 7.53e+000).

В целом, наибольшая концентрация железа и марганца обнаружена в поземных водах ХМАО-Югры, низкая концентрация кальция, магния, цинка и селена свойственна всем видам питьевой воды, антропогенное загрязнение обусловливает повышенное содержание нефти, свинца и кадмия в поверхностных водах. Установлено, что самая высокая концентрация ртути обнаружена лишь в подземных водах исследуемого региона.

а б

Рис. 6 Параметры аттракторов содержания железа, ртути, нефти в питьевой воде ХМАО-Югры (а – водопроводная вода, б – подземная, в – поверхностная)

Известно, что физиологический гомеостаз кальция и магния является обязательным показателем для оценки состояния здоровья человека (О.А. Громова, 2002-2004, А.В. Скальный, 2004). При условии пониженной жёсткости питьевой воды, несбалансированного по наличию Ca и Mg пищевого рациона и высокого расходования их при психоэмоциональном напряжении могут складываться предпосылки для их недостаточного поступления в организм с последующим формированием функционально значимого состояния – первичного алиментарного калция – магния дефицита и, вследствие этого, повышенного риска ССЗ (D. Stambuk, 2001). Питьевая вода с содержанием кальция – 50±3,0 мг/л признана оптимальной, что в 5 раза больше, чем в воде на территории ХМАО-Югры. Оптимальное содержание магния в воде признано – 24±2,0 мг/л, что в 6 раз больше, чем в исследуемых образцах воды. На усвоение кальция в организме человека влияет магний. Недостаточное поступление магния ведёт к усиленному отложению кальция в артериях, мышцах, почках, что является фактором риска возникновения атеросклероза, ИБС, мочекаменной болезни (Л.В. Воробьёва и соавт.,1997). Это нашло своё отражение в структуре заболеваемости населения ХМАО-Югры: заболевания нервной системы (в том числе нейрососудистые) по г. Сургуту и Сургутскому району в 2005г. наблюдались почти в 1,5 раз чаще сравнительно с аналогичным показателем по России. Более того, за последние 5 лет было зафиксировано более чем двукратное увеличение болезненности АГ на 1000 населения ХМАО-Югры.

Известно, что АГ в северном регионе наблюдается достаточно часто в трудоспособном и молодом возрасте, нередко протекает злокачественно и осложняется развитием сосудистых осложнений сердца (инфаркт миокарда) и головного мозга (мозговой инсульт) (В.И. Хаснулин, 1998, А.Н.Богданов, 2004, А.А. Буганов, 2006).

Основными компонентами подземных вод, отягощающими здоровье населения, являются не только дисбаланс кальция и магния, но и высокое содержание железа и марганца. Установлено, что как дефицит, так и избыток железа отрицательно влияет на состояние здоровья человека. Железо, поступающее в организм человека в комплексе с другими загрязнителями (избыток железа, поступающего с пищей в хелатированном состоянии не оказывает отрицательного действия), проявляет также свойства иммунодепрессанта. Повышенная насыщенность им организма может повлечь за собой снижение иммунной резистентности и способствовать росту общей заболеваемости у населения ХМАО-Югры (А.В. Кудрин, А.В.Скальный, 2000), что вполне согласуется с данными по заболеваемости и болезненности в нашем регионе (табл. 1). Столь же значимым было превышение ПДК по марганцу (в 2 раза по величине средней арифметической). Известно, что марганец относится к важнейшим из жизненно необходимых микроэлементов. Он участвует в регуляции многих биохимических процессов в организме: синтезе и обмене нейромедиаторов, костеобразовании, иммунном ответе, перекисном окислении липидов, углеводном и жировом обменах. Однако избыточное накопление его может приводить к изменениям со стороны ЦНС: наблюдаются повышенная утомляемость, сонливость, ухудшение памяти, снижение активности, сужение круга интересов у человека (А.В.Скальный, 2002-2004).

Особую тревогу вызывает загрязнение нефтью, в состав которой входят также токсичные химические элементы, поверхностных вод ХМАО-Югры (табл. 6, 7). Токсические свойства нефти исчезают только через 10-25 лет, а процесс полного разрушения нефти завершается не менее чем через 25 лет. Загрязнение поверхностных вод территории ХМАО-Югры представляется одной из важнейших экологических проблем региона, так как, во-первых – это место обитания ценнейших промысловых рыб, от состояния популяции которых во многом зависит традиционный уклад жизни коренных народов Севера, во-вторых, загрязнение пресных вод создаёт прямую угрозу здоровью людей. Низкая температура воды северных рек (во многом определяющая их малую способность к самоочищению), недостаточная минерализация, слабо-кислая реакция воды определяют незначительные буферные свойства и высокую чувствительность вод к различного рода загрязнителям (В.В. Крючков, 1994).

Болота Западно-Сибирской равнины богаты гумусом, состоящим из гуминовых кислот и фульвокислот. Металлы образуют с фульвокислотами комплексные соединения: кислая реакция болот ХМАО-Югры обусловлена тем, что в них большая часть кальция связана с гуминовыми кислотами. Известно, что наиболее интенсивная миграция тяжёлых металлов и токсичных химических элементов наблюдается в кислых средах с повышенным содержанием фульвокислот: наиболее прочно закрепляется ртуть, прочно связывается свинец, менее прочно кадмий. Так, при концентрации ртути в воде 0,1 – 3,6 мкг/л, концентрация её в осадке достигает 80-800 мкг/л (Д.С. Орлов, 1993). В наших исследованиях средние величины содержания Hg в поверхностных водах северного региона не превышали ПДК. Однако в 3(2,9%) пробах поверхностных вод и в 3(3,1%) пробах подземных вод ХМАО-Югры было обнаружено превышение концентрации ртути. Заслуживает внимания тот факт, что содержание ртути у верхнего предела ПДК оказалось характерным для 9(9,3%) проб подземных вод исследуемого нами региона. Известно, что ртуть занимает одно из первых мест по своей опасности для здоровья и обладает способностью накапливаться в организме человека: выведение этого токсичного химического элемента занимает от 12 месяцев до 10 лет (В.Г.Артамонова и соавт., 1999, Т.К. Ларионова, 2000, Т.В. Юдина и соавт., 2002). Доказано, что постоянное поступление даже небольших количеств ртути ведёт к постепенному её накоплению в организме человека и обусловливает такие проявления как нейро – и иммунотоксичность, канцерогенность, тератогенность, гематотоксичность, нефротоксичность данного токсиканта (А.Г. Смирнов и соавт., 1998, Т.С. Морозкина, 2002, В.Г. Ребров, 2003, Р. Moszczynski, 1997). В небольших количествах ртуть беспрепятственно проникает через гемато-энцефалический барьер и накапливается в тканях мозга, обусловливая тяжёлые нервные поражения у людей. Постоянное употребление неочищенной воды из децентрализованных источников водоснабжения приводит к постепенному накоплению ртути в организме человека. По результатам нашего исследования превышение концентрации ртути в волосах было выявлено почти у всех взрослых ханты, у 74% детей аборигенов, 46,4% взрослых и 2,7% детей некоренного населения ХМАО-Югры. В этой связи необходимо подчеркнуть, что заболевания нервной системы значительно чаще стали наблюдаться среди коренного населения (у детей ханты в 1,5 раза превышали таковой сравнительно с детьми некоренного населения), а болезни системы крови и кроветворных органов (особенно анемии) более чем в 3 раза чаще. Установлено, что ртуть даже в низких концентрациях усиливает процессы ПОЛ, снижая тем самым активность АОС защиты.

Рост негативных изменений в здоровье населения ХМАО-Югры за последние годы обусловлен крайне неблагоприятными тенденциями в изменении экологического состояния объектов окружающей среды региона. Основными геохимическими факторами риска являются загрязнение тяжёлыми металлами и высокотоксичными химическими элементами (ртутью, свинцом, кадмием) атмосферного воздуха, почв, вод, биологических объектов. Существует несколько причин загрязнения окружающей среды и, в частности, природных вод токсикантами: ежегодно в Западной Сибири на факелах сгорает 19 млрд. м? попутного газа. При его сжигании в образовавшейся саже присутствуют свинец и кадмий, которые оседают на прилегающие земли и открытые водоёмы. В наших исследованиях выявлено достоверное превышение содержания свинца и кадмия (Р<0,001) в поверхностных водах, сравнительно с концентрацией таковых элементов в водопроводной воде Югры (табл. 6); отсутствие в округе полигонов для размещения и утилизации высокотоксичных отходов ? – ?? класса, в том числе ртутьсодержащих, также способствует накоплению последних на промышленных площадках и вынуждает предприятия использовать недозволенные методы их утилизации (вывоз отходов ? – ?? класса на полигоны и свалки ТБО, несанкционированные свалки); увеличение в последние годы количества автотранспортных средств способствует повышению уровня загрязнения окружающей среды; в теплоснабжении городов и посёлков ХМАО-Югры доминирует газ, однако есть поселения, где на котельных используется уголь, нефть и дрова. В процессе эксплуатации такого вида котельных окружающая среда загрязняется сажей и токсичными химическими элементами. Для выявления корреляционных связей между главными загрязняющими компонентами поверхностных вод нами были использованы показатели содержания нефти, ртути, свинца и кадмия в поверхностных водах ХМАО-Югры.

Выявлена значительная прямая корреляционная связь между загрязнением открытых водоёмов региона нефтью и свинцом (r=+0,568) и сильная прямая корреляционная связь (r=+0,723) между концентрацией нефти и кадмия в поверхностных водах.

Известно, что основными источниками поступления в организм биогенных элементов является пища и вода, которые способствуют усвоению организмом человека этих элементов. Для выявления наличия корреляционных связей у представителей взрослого и детского коренного населения ХМАО-Югры были использованы по 7 показателей концентрации химических элементов (кальция, магния, железа, марганца, ртути, свинца, кадмия) в волосах и в природных водах региона (поверхностных и подземных). Выявлены прямые значительные корреляционные связи между концентрацией магния (r=+0,636) и кальция (r=+0,712) в волосах ханты и их содержанием в природных водах Югры. Известно, что один из показателей полноценности воды – жёсткость, складывается из суммы концентрации катионов кальция и магния (прямая значительная корреляционная связь между концентрацией кальция и магния в воде – r=+0,524), что нашло своё подтверждение в наших исследованиях

У ханты отмечается выраженный дефицит этих химических элементов и особенно кальция. Это обусловлено употреблением ультрапресной питьевой воды, очень малым содержанием доступного и усвояемого кальция в их рационе питания и нарушением процессов его обмена в организме из-за дефицита ультрафиолетового излучения (витамина Д). Обнаружена обратная слабая корреляционная связь (r= – 0,289) между концентрацией кальция и железа в волосах ханты, что вполне закономерно, так как железо и кальций конкурируют между собой за всасывание в кишечнике (Т.С. Морозкина, 2002, А.В. Скальный, 2004). Также выявлена слабая обратная корреляционная связь между содержанием железа в природных водах ХМАО-Югры и кальция в волосах ханты (r= – 0,252). Обращает на себя внимание наличие сильной прямой (r=+0,896) корреляционной связи между содержанием железа в волосах ханты и значительной концентрацией его в природных водах региона. Обнаружена прямая значительная (r=+0,641) взаимосвязь между концентрацией марганца в волосах ханты и содержанием его в природных водах ХМАО-Югры. Конкурентные взаимоотношения между кальцием и магнием, с одной стороны, и марганцем, с другой стороны (Л.И. Ширина, В.Л. Мазо, 2006), нашли отражение в слабых обратных корреляционных связях между данными химическими элементами. Выявлены прямые корреляционные связи между концентрацией ртути (r=+0,554), свинца (r=+0,408) и кадмия (r=+0,423) в природных водах региона и их содержанием в волосах ханты. Известные антагонистические отношения между свинцом и кальцием отражены в обратной умеренной (r= – 0,435) корреляционной связи между концентрацией свинца в природных водах ХМАО-Югры и содержанием кальция в волосах ханты. Прямые слабые корреляционные связи между концентрацией ртути, свинца и кадмия в природных водах региона отражают единую природу загрязнения окружающей среды Севера. Выявленные прямые слабые корреляционные связи между содержанием этих токсикантов в волосах ханты и концентрацией их в поверхностных и подземных водах ХМАО-Югры подтверждают взаимосвязь данного вида загрязнений.

Таким образом, обнаруженные нами прямые достоверные корреляционные связи между концентрацией химических элементов в природных водах Югры и содержанием таковых в волосах ханты подтвердили избирательность поступления кальция, магния, железа и марганца именно водным путём. Наличие прямых умеренных (кадмий – r=+0,423, свинец – r=+0,408) и более значительной (ртуть – r=+0,554) корреляционных связей между концентрацией данных элементов в природных водах северного региона и содержанием таковых в волосах ханты, проживающих на этой территории, свидетельствует о том, что питьевая вода является одним из путей поступления в их организм токсичных химических элементов.

Анализ содержания ртути, свинца и кадмия в традиционных продуктах питания коренного населения ХМАО-Югры

Питание должно удовлетворять не только физиологические потребности организма в пищевых веществах и энергии, но и соответствовать требованиям санитарных норм и правил по допустимому содержанию химических, радиологических, биологических веществ, микроорганизмов, представляющих опасность для здоровья нынешнего и будущего поколений. Продукты питания являются зеркальным отражением окружающей и производственной среды: чем выше загрязнённость окружающей среды, тем выше загрязнённость продуктов питания. Основной путь поступления вредных чужеродных химических веществ (ксенобиотиков) в организм человека – пищевой. Из металлов – загрязнителей приоритетными признаны токсичные химические элементы: ртуть, свинец и кадмий, вносящие значительный вклад в формирование риска здоровью населения (В.Н. Дунаев и соавт., 2006). Опасность токсичных химических элементов обусловлена их способностью к биоаккумуляции и концентрированию при движении по пищевой цепи. Удаление токсичных химических элементов из организма представляет большую трудность, поскольку они прочно связываются с белками и другими компонентами клеточных структур.

Основная часть обследованных нами ханты проживали в лесных поселениях и, соответственно, питались согласно вековым традициям северного народа. Известно, что большую часть рациона питания у них занимает местная рыба, мясо оленя и, в меньшей степени, лося, а также ягоды: клюква, брусника, черника. Выявленное в нашем исследовании значительное превышение референтных величин содержания токсичных химических элементов в волосах подавляющего большинства ханты определило необходимость соответствующего изучения содержания ртути, свинца и кадмия в традиционных продуктах питания аборигенного населения ХМАО-Югры.

Во всех пробах местных продуктов нами были обнаружены токсичные химические элементы, концентрация которых, как правило, не превышала уровень ПДК (повышенная концентрация ртути была обнаружена в 8 (28,7%) пробах озёрной рыбы), но формировала постоянный путь поступления ртути, свинца и кадмия в организм потребляющих эти продукты питания людей по пищевой цепи. Установлено, что с продуктами питания в организм человека поступает 65-70% химических элементов, в том числе токсичных (Н.В. Русакова, Т.Ю. Завистяева, 2006). Нами были изучены взаимосвязи между содержанием токсикантов в волосах ханты и в местных продуктах питания. Выявленная прямая значительная корреляционная связь (ртуть-волосы ? ртуть-рыба, r=+0,638) между концентрацией ртути в волосах ханты и её содержанием в местной рыбе является свидетельством того, что одним из важнейших путей поступления ртути в организм коренных жителей ХМАО-Югры является именно пресноводная рыба (главный продукт питания аборигенов) из местных озёр и рек.

Кумулятивным свойством обладают также свинец и кадмий. Обнаруженные прямые слабые корреляционные связи между концентрацией свинца в волосах ханты и его содержанием в мясе северных животных (r=+0,113), а также между концентрацией кадмия в волосах аборигенов Севера и его содержанием в местных ягодах (r=+0,146) свидетельствует о поступлении этих токсикантов в организм человека с соответствующими продуктами питания. Выявленные прямые корреляционные связи между концентрацией токсических химических элементов в рыбе (ртуть ? свинец: r=+0,103; ртуть ? кадмий: r=+0,131; свинец ? кадмий: r=+0,187), мясе (свинец ? кадмий: r=+0,154) и лесной ягоде (ртуть ? свинец: r=+0,102; кадмий ? свинец: r=+0,128) подтверждают общность путей поступления контаминантов в продукты питания.

Для современных урбанизированных территорий в условиях нарастающей техногенной нагрузки важным аспектом неблагоприятного влияния на здоровье населения являются именно алиментарные токсикологические факторы малой интенсивности. Подобного рода риски связаны, прежде всего, с поступлением в организм токсичных химических элементов. Неспецифические биологические эффекты контаминантов пищи связаны с системным нарушением гомеостаза вследствие постепенного повреждения метаболических, нейрогуморальных, иммунных, генетических и других механизмов. Развивающийся при этом синдром снижения резистентности организма приводит к повышению его чувствительности к воздействию экопатогенных факторов окружающей среды, увеличению числа и ухудшению течения многих заболеваний.

Итак, обнаруженные нами прямые корреляционные связи между содержанием токсичных химических элементов в местных продуктах питания и их концентрацией в волосах ханты указывает, с одной стороны, на важность пищевого пути поступления ртути, свинца, кадмия в организм человека, а с другой стороны – на тесную взаимосвязь с антропогенным загрязнением окружающей среды.

Таким образом, полученные нами результаты исследования показывают, что у населения ХМАО-Югры под влиянием геохимических особенностей местности, антропогенного загрязнения и алиментарных факторов нарушается баланс содержания микронутриентов, в основном, в сторону повышения содержания тяжёлых металлов и токсичных химических элементов и понижения содержания эссенциальных макро – и микроэлементов и витаминов – антиоксидантов. Это требует проведения комплекса мероприятий, направленного на снижение антропогенной нагрузки, рационализацию питания и использование препаратов, корригирующих микронутриентный статус у населения урбанизированного северного региона.

ВЫВОДЫ:

Доказано, что в условиях выраженного комплексного влияния природных и техногенных факторов установлена взаимосвязь между показателями заболеваемости жителей урбанизированного Севера и концентрацией химических элементов в их волосах по соответствующим микроэлементным маркерам патологических клинических синдромов. Выявлен высокий риск развития артериальной гипертензии у всех жителей северного региона, предрасположенность к нарушению функции щитовидной железы у женского и детского населения, угнетение антиоксидантной системы и иммунной защиты организма (преимущественно у некоренных жителей региона). Кроме того, установлено значительное увеличение абсолютной и относительной нагрузки токсичными химическими элементами на организм коренных жителей Югры.

Наряду с патогенными факторами, влияющими на микронутриентный статус населения ХМАО-Югры, не менее важным является и алиментарный. Системный анализ макро – и микроэлементного статуса населения Югры в зависимости от возраста и этнической принадлежности показал, что для коренного населения северного региона характерен выраженный избыток элементов: марганца, железа, и ртути (в 2, 3, и 3,8 раза соответственно), в то время как для некоренного – значительный дефицит селена (в 2 раза) сравнительно с соответствующими референтными величинами.

Проведен сравнительный системный анализ идентификационных параметров организма по содержанию витаминов-антиоксидантов в крови у всех возрастных групп населения ХМАО-Югры (аборигены, пришлое), который свидетельствует о наличии гиповитаминоза витамина А у аборигенов (82,3% у взрослых и 81,0% у детей), дефицита витамина Е у пришлого (91,3% у взрослых и 79,5% у детей) населения, а также о недостаточной обеспеченности витамином С практически 65% всех жителей Югры.

По содержанию селена в объектах окружающей среды, а также в местных и привозных продуктах питания ХМАО-Югра относится к территориям РФ с умеренным дефицитом селена в пищевых цепях.

Изучен химический состав питьевой воды из источников централизованного и децентрализованного водоснабжения на территории ХМАО-Югры, свидетельствующий о повышении сравнительно с ПДК содержания марганца и железа (более чем в 2 и 3 раза соответственно) и снижении концентрации кальция и магния (более чем в 7 и 10 раз соответственно), что коррелирует с концентрацией этих химических элементов в биосубстратах коренного населения северного региона.

Выявлена прямая зависимость между концентрацией токсичных химических элементов (ртути, свинца, кадмия) в волосах ханты и их содержанием в местных продуктах питания. Установлена значительная корреляционная связь (r=+0,638) между концентрацией ртути в волосах ханты и ее содержанием в местной рыбе.

Системный анализ параметров вектора состояния организма человека с использованием методов хаоса и синергетики, базирующихся на компартментно-кластерной теории биосистем, применим для идентификации параметров порядка показателей микронутриентного статуса. Комплексное использование методологической триады: синтез стохастического, детерминистского и хаотического подходов обеспечивает достоверность полученных критериев с определением как их количественной характеристики, так и их значимости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Учет региональных особенностей микронутриентного статуса населения, проживающего на территории ХМАО-Югры и выявленный дисбаланс витаминов-антиоксидантов, а также макро – и микроэлементов нуждается в адекватной коррекции с использованием витаминно-минеральных комплексов (ВМК), которые необходимо специально разработать для разных этнических групп с учетом возраста.

Создание региональной информационной базы данных о содержании макро – и микроэлементов в биосубстратах человека, объектах окружающей среды и продуктах питания позволит рационально подойти к решению проблемы прогнозирования, оценки и управления рисками, связанными с дефицитом или избытком химических элементов у человека на индивидуальном и популяционном уровнях.

В целях повышения информативности и эффективности проведения массового обследования населения, оценки химического состава среды обитания и пищевых продуктов необходимо шире внедрять современные инструментальные методы мультиэлементного исследования, обеспечивающие высокую чувствительность и производительность соответствующих лабораторий с использованием методов системного анализа и синтеза.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:


загрузка...