Физиологическая характеристика биоэлементного статуса и его влияние на состояние щитовидной железы детей архангельской области
На правах рукописи
КУБАСОВА Елена Дмитриевна ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БИОЭЛЕМЕНТНОГО СТАТУСА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ДЕТЕЙ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ 03.00.13 – Физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук
Архангельск – 2007
Работа выполнена в отделе экологической эндокринологии Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук доктор биологических наук
Научный консультант:
Горбачев Анатолий Леонидович доктор медицинских наук, профессор
Официальные оппоненты:
Лупачев Валерий Валентинович доктор медицинских наук, профессор Игнатьева Светлана Николаевна Институт физиологии Коми научного центра
Ведущая организация:
Уральского отделения Российской академии наук
Защита диссертации состоится 25 декабря 2007 года в 12 часов на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.191.01 при Поморском государственном университете им.
М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, ул. Бадигина, д. 3.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан «_» _ 2007 г.
Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат медицинских наук, доцент Н.В. Афанасенкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Микроэлементы (биоэлементы), входя в состав металло-лигандных комплексов (Н.И Калетина и др., 2004), определяют структурно-функциональные свойства биоорганических соединений ферментов, витаминов, гормонов и др. соединений, и поддерживают процессы жизнедеятельности (А.И.Войнар, 1960;
Л.Р.Ноздрюхина, 1977;
А.П.Авцын и др., 1991;
Г.А.Бабенко, 2001;
А.В.Скальный, И.А.Рудаков, 2004).
Стабильность элементного состава организма человека является одним из условий его нормального функционирования. Наиболее чувствительным контингентом к неблагоприятным условиям геохимической среды являются дети (А.А.Баранов, Л.А.Щеплягина,1998-2003;
А.Н.Никанов, Ю.К. Кривошеев, А.Б. Гудков, 2004). Снижение или накопление в организме биоэлементов может привести к развитию элементозов – нарушений минерального обмена (А.П. Авцын и др., 1983,1991;
Н.А.Агаджанян, А.В.Скальный, 2001;
Г.А.Бабенко, 2001;
В.Л.Сусликов, 2002;
М.Анке, 2005).
Одним из масштабных элементозов на территории России является зобная эндемия, обусловленная, как правило, дефицитом йода (И.И.Дедов и др., 1999-2001;
В.Г.Селятицкая и др., 2001;
Г.А.Герасимов и др., 2002;
М.И.Балаболкин, 2005;
B.Hetzel, 1996;
F.Delange et al., 2002). Вместе с этим, показано несоответствие степени йодного дефицита уровню распространения зоба (А.О.Поздняк, 2002;
А.Л.Горбачев и др., 2004;
И.В.Терещенко, 2004), что связывают с наличием в биосфере струмогенных веществ, включая дефицит или избыток химических элементов (А.Л.Горбачев и др., 1997-2007;
М.В.Велданова, 2000;
О.В.Терпугова, 2002). Напряженность зобной эндемии, кроме йодного дефицита, коррелирует с отклонением нормативных уровней кобальта, цинка, хрома, меди, селена, кремния, фтора, кальция, марганца, железа и ряда других биоэлементов, поддерживающих функцию щитовидной железы (В.В.Ковальский, Р.И.Блохина, 1972;
А.О.Поздняк, 2002;
В.А.Барашков, Ю.Р.Теддер, 2004;
M.Zimmermann, J.Khrle, 2002).
Архангельская область является обширной территорией зобной эндемии, где отмечена географическая дифференциация йодного фона: выраженный дефицит йода на юге и йодная обеспеченность жителей северных районов.
Соответственно этому, распространенность зоба варьирует от 10% на севере (приморские районы) до 80-98% на юге области (континентальные районы) (И.И.Дедов, Н.Ю.Свириденко, 2001;
Ю.Р.Теддер, П.П.Гордиенко, 2002;
Е.Н.Сибилева, 2004, 2006).
Выраженность эндемии в йодобеспеченных приморских районах предполагает наличие в их биосфере струмогенных веществ. Это подтверждает точку зрения о смешанной природе эндемического зоба и возможном участии в его развитии дисбаланса биоэлементов (Е.Н.Шацова, Л.Н.Сычева,1995;
С.И.Малявская и др., 1997;
Э.П Касаткина, 2001, 2002;
М.И.Балаболкин, 2005).
В этой связи представилось актуальным изучить биоэлементный статус жителей Архангельской области в районах с разной напряженностью эндемии, и проанализировать роль биоэлементов в развитии зоба.
Цель работы – исследовать влияние комплекса биоэлементов на объем щитовидной железы у детей Архангельской области.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Оценить йодную обеспеченность жителей пос. Рикасиха (северная приморская территория) и пос. Климовская (южная континентальная территория).
2. Проанализировать объем щитовидной железы у детей, проживающих в пос.Рикасиха, установить уровень диффузного увеличения железы и определить принадлежность исследуемой приморской территории к зобноэндемичным регионам.
3. Изучить содержание в волосах детей пос. Рикасиха и Климовская тиреоспецифических элементов – биоэлементов, ответственных за поддержание структурно-функциональных параметров щитовидной железы.
4. Исследовать влияние биоэлементов на объем щитовидной железы у детей пос. Рикасиха. Сделать заключение о биогеохимических особенностях зобной эндемии в приморском и континентальном районах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Южная территория Архангельской области (пос. Климовская) является йоддефицитной. Северная приморская территория (пос. Рикасиха), несмотря на йодную обеспеченность жителей, представляет собой зобноэндемичную территорию.
2. Элементный статус детей северной (йодобеспеченной) и южной (йоддефицитной) территорий характеризуется недостаточным содержанием тиреоспецифических элементов - кобальта, селена и железа, а также избытком кремния. Особенностью биоэлементного статуса детей, проживающих на территории йодобеспеченного района, является сниженное содержание в организме кальция, магния и марганца.
3. У жителей йоддефицитного района недостаток в организме селена, кобальта, хрома, железа и избыток кремния усугубляют дефицит йода в организме. В йодобеспеченном районе функциональное увеличение щитовидной железы сопряжено с дефицитом селена, кобальта, хрома, железа, кальция, магния, марганца и избытком кремния.
Научная новизна исследования. Впервые в организме детей, проживающих в Архангельской области, проведен анализ широкого спектра макро- и микроэлементов (Al, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, Mg, Mn, Pb, Se, Si, Zn). Установлены региональные особенности биоэлементного статуса детей различных природно-географических территорий. Показана зависимость содержания биоэлементов от минерального состава питьевой воды.
Выявлено, что уровень йода в организме детей коррелирует с содержанием тиреоспецифических элементов - селена, железа, марганца, кобальта, магния, меди, цинка. При этом у детей, проживающих на севере области значимую роль в формировании дефицита йода играет сниженное содержание кобальта, а у детей южной территории – селена.
Впервые с помощью математического моделирования показано влияние биоэлементов на объем щитовидной железы. Установлено, что увеличение железы у детей, проживающих в йодобеспеченном районе, обусловлено дисбалансом тиреоспецифических биоэлементов: кобальта, селена, магния, йода и кремния.
Научно-практическая значимость исследования. Получены новые данные о влиянии определенных микроэлементов на объем щитовидной железы у детей, проживающих в различных природно-географических районах Архангельской области. Показано, что в йоддефицитном районе, помимо недостатка йода, в развитии зобной эндемии важную роль играет недостаток селена, а в йодобеспеченном районе – дефицит кобальта. Полученные сведения являются базой для научного обоснования практических мероприятий по устранению и профилактике зобной эндемии с учетом особенностей микроэлементного статуса жителей области.
Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре экологической физиологии и биохимии Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова (акт о внедрении от 08.11.2007 г.) и в Муниципальной Климовской СОШ (акт о внедрении от 31.10.2007 г.).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планом НИР в рамках темы научных исследований Института физиологии природных адаптаций Уральского Отделения РАН “Эколого-физиологическое исследование элементного статуса жителей Европейского Севера” (№ Госрегистрации 0120.0 507404), при поддержке гранта Архангельского областного конкурса молодых ученых 2006 года (грант № 03-01 “Дисбаланс микроэлементов на территории Архангельской области, как фактор развития зобной эндемии”).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научных семинарах Института физиологии природных адаптаций (ИФПА) Уральского отделения РАН, заседании отдела экологической эндокринологии ИФПА УрО РАН, заседаниях Ученого Совета ИФПА УрО РАН (Архангельск, 2005-2007);
Всероссийской конференции с международным участием “Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России” (Архангельск, 2006);
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием “Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере” (Архангельск, 2006);
IX Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей (Санкт-Петербург, 2006);
Third International. Symposium Federation of European societies on Trace elements and minerals (Santiago de Compostela, Spain, 2007).
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты и их обсуждение), заключения и выводов. Работа иллюстрирована 7 таблицами и 12 рисунками.
Библиография включает 251 источник (191 – отечественных авторов и 60 – зарубежных).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование проведено на территории северного (п. Рикасиха, Приморский район) и южного (п. Климовская, Коношский район) районов Архангельской области. Обследованы практически здоровые дети в возрастном интервале 7-11 лет.
Материалы, методы и структура исследования представлены на рис.1.
Установление йодной обеспеченности населения. Согласно рекомендациям ВОЗ (2001), йодную обеспеченность жителей оценивали по уровню экскреции йода с мочой (йодурии). Исследовано 100 проб разовой утренней мочи детей: 60 проб в п. Рикасиха и 40 проб в п. Климовская.
Концентрацию йода определяли церий-арсенитовым методом в лаборатории клинической биохимии Эндокринологического научного центра РАМН (г. Москва).
Степень йодного дефицита оценивали по медиане йодурии и частотному распределению концентрации йода в моче. Общепринято, что медиана йодурии в пределах 100 - 300 мкг/л соответствует йодобеспеченным регионам ВОЗ (2001).
Йоддефицитная территория характеризуется следующими показателями:
медиана йодурии составляет менее 100 мкг/л, причем показатели йодурии ниже 100 мкг/л должны иметь более 50 % образцов мочи, а показатели ниже 50 мкг/л - более 20 % образцов.
Ультразвуковое исследование щитовидной железы (УЗИ). Для исследования распространенности диффузного увеличения щитовидной железы изучена ее эхография у 78 детей. Работа проведена врачом ультразвуковой диагностики Архангельской областной детской клинической больницы Н.Н. Головановой (Е.Д. Кубасова и др., 2006). Исследование проведено на аппарате Aloka SSD – 500 (Japan) с линейным датчиком, частотой 7,5 МГц.
Объем щитовидной железы рассчитывали методом J. Brunn (1981) по формуле эллипсоида вращения:
V= [(АВС) справа + (АВС) слева] 0,479, где V – объем щитовидной железы, А, В, С – соответственно длина, ширина, толщина доли щитовидной железы;
0,479 – поправочный коэффициент на эллипсоидность.
Диффузное увеличение щитовидной железы регистрировали по превышению верхнего предела нормативного объема железы (97 перцентиль) в расчете на площадь поверхности тела – ППТ, м 2 (М. Zimmerman, 2001).
Исследование биоэлементного статуса детей. У 87 детей (п. Рикасиха - 44 чел., п. Климовская - 43 чел.) определено содержание в организме биоэлементов, ответственных за поддержание структурно-функциональных параметров щитовидной железы. Материалом для исследования послужили волосы, химический состав которых отражает элементный статус организма (Н.А. Агаджанян и др., 2001;
Г.А. Бабенко, 2001;
А.В. Скальный, 2004).
Аналитические исследования элементного состава волос проводили в лаборатории «Центра биотической медицины» (ЦБМ, г. Москва) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой - АЭС-ИСП и МС-ИСП (аттестат аккредитации ГСЭН.RU.ЦОА.311).
АРХАНГЕЛЬСКАЯ ОБЛАСТЬ Северная приморская Южная континентальная территория территория Объекты Щитовидная железа Моча (n=100) Питьевая вода (n=10) Волосы (n=87) (ЩЖ) (n=78) Церий-арсенитовый Атомно-эмиссионная спектрометрия и Ультразвуковая метод масс-спектрометрия с индуктивно биометрия связанной плазмой Методы Объем ЩЖ Йодурия Макро- и микроэлементы Микроэлементный Йодная обеспеченность Биоэлементный фон территории статус населения (питьевая вода) Структурно-функциональное состояние ЩЖ Рис. 1. Материалы, методы и структура исследования Анализ проведен на атомно-эмиссионном спектрометре-монохроматоре Optima 2000DV и масс-спектрометре Elan 9000. В образцах волос определено содержание Al, As, B, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, V, Zn. Все образцы подвергали лабораторной пробоподготовке согласно требованиям МАГАТЭ, методическим рекомендациям МУК 4.1.1482 03, МУК 4.1.1483-03, утвержденным МЗ РФ в 2003 г. Анализ содержания макро- и микроэлементов в волосах детей проведен относительно пределов биологически допустимых уровней – БДУ и среднероссийских показателей (В.А. Демидов, А.В. Скальный, 2001).
Исследование элементного состава питьевой воды. С целью определения элементного спектра воды, влияющего на микроэлементный статус жителей, изучен минеральный состав питьевой воды. С этой целью отобрано и проанализировано 10 проб воды, в которых определены концентрации Al, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, I, Mg, Mn, Pb, Se, Sr, Zn. В качестве нормативов физиологической полноценности питьевой воды использованы СанПиН 2.1.4.1074-01, СанПиН, 2.1.4.1116-02. Аналитические исследования выполнены методами АЭС-ИСП и МС-ИСП в лаборатории ЦБМ (г. Москва) Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка полученного материала проведена с помощью компьютерного пакета прикладных программ Statistica 5.5 («StatSoft», США). Оценка достоверности различий средних величин выполнена с помощью метода ANOVA.
Статистически значимыми считали различия при величине p0,05. Для оценки межэлементных взаимоотношений проведен корреляционный анализ (по Spearmen). Учитывали значимые средние и сильные связи (p0,05;
r0,3).
Степень влияния биоэлементов на объем щитовидной железы оценивали с помощью множественного регрессионного анализа, по итогам которого построена модель регрессионной зависимости (p0,05).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Исследование йодной обеспеченности жителей северной и южной территорий Архангельской области Основной характеристикой обеспеченности организма йодом является показатель экскреции йода с мочой (ВОЗ, 2001). Медиана йодурии у детей п.
Климовская составила 67,2 мкг/л при нижней границе нормы 100 мкг/л (рис.2).
При этом у 72% исследуемых детей значения йодурии находились ниже нормативного уровня. Следовательно, южная территория области является йоддефицитным регионом, что согласуется с ранее полученными данными (И.И. Дедов, Н.Ю. Свириденко, 2001).
В п. Рикасиха медиана йодурии у детей составила 101,2 мкг/л. Анализ частотного распределения йодурии показал, что у 53% детей концентрация йода в моче находилась в пределах оптимальных величин (в интервале от 100 300 мкг/л), рис.3. В соответствии с этим, исследуемая приморская территория может считаться йодобеспеченной.
Вода может выступать в роли индикатора обеспеченности йодом исследуемой местности, а уровень йода в питьевой воде коррелирует с напряженностью зобной эндемии (А.И. Штенберг, Ю.Н. Еремин, 1979;
В.К. Кашин, 1987). Известно, что концентрация йода в питьевой воде ниже мкг/л характерна для йоддефицитных провинций (В.К. Кашин, 1987). В этой связи проанализировано содержание йода в источниках питьевого водоснабжения исследуемых территорий, как показателя йодной обеспеченности населения.
Содержание йода, мкг/г Индивидуальные значения йодурии Рис. 2. Показатели йодурии у детей п. Климовская (континентальная территория).
Примечание: сплошная линия – интервалы нормы;
пунктирная линия – медиана йодурии.
Жители п. Климовская в качестве питьевой воды использует воду из различных природных источников (река, озеро, подземная скважина).
Результаты исследования показали, что содержание йода во всех источниках водоснабжения колебалось в пределах от 1,3 до 2,99 мкг/л, что дает основание признать эту территорию йоддефицитной.
В п. Рикасиха источником питьевой воды является водопроводная сеть, куда вода поступает из р. Северная Двина. Имеются сведения, что содержание йода в Северной Двине составляет от 5,2 и выше мкг/л (В.К. Кашин, 1987).
Исследованиями А.И. Малова (2001-2003), показано, что геохимической особенностью подземных вод в месте дельты р. Северной Двины является повышенное содержание йода, составляющее от 5 до 30,5 мг/л.
По нашим данным, концентрация йода в водосети п. Рикасиха составила 2,6 мкг/л, что является ниже гигиенических нормативов. Однако известно, что при прохождении воды через водоочистительные системы содержание йода снижается примерно в 2 раза (С.Ф. Зинчук, Е.В. Парменова, 2001;
В.Г.
Селятицкая и др., 2003), что в целом может свидетельствовать, что приморская территория (п. Рикасиха) в геохимическом отношении является йодобеспеченной.
Кроме этого, питьевая вода, поступающая из Северной Двины и продукты питания, не являются единственными источниками йода для жителей п. Рикасиха. Учитывая, что северный приморский район расположен на побережье Белого моря, организм местных жителей может дополнительно насыщаться йодом атмосферного воздуха (Л.К.Добродеева, Л.П.Жилина, 2004).
Известно, что концентрация йода в воздухе на уровне моря может составлять от 0,03 мкг/м3 до 2,5 мкг/м3. Доказано, что в организм человека, который вдыхает 2,3104 л воздуха в сутки, поступает до 0,05 мкг йода в сутки в континентальных районах, и около 35 мкг/сутки – в приморских.
Содержание йода, мкг/л Индивидуальные значения йодурии Рис. 3. Показатели йодурии у детей п. Рикасиха (приморская территория) Примечание: сплошная линия – интервалы нормы;
пунктирная линия – медиана йодурии.
Таким образом, на основании содержания йода в питьевой воде и анализа йодурии можно заключить, что исследуемые территории в отношении йодного фона являются разнокачественными: континентальная территория является йоддефицитной, а приморская – йодобеспеченной.
Оценка биометрических параметров щитовидной железы у детей северной и южной территории Архангельской области Архангельская область относится к йоддефицитным биогеохимическим провинциям и представляет собой очаг зобной эндемии (С.И. Малявская и др., 1997;
Е.Н. Сибилева, 2001-2006). За последние 30 лет распространенность зоба среди детей препубертатного возраста значительно возросла за счет разрушения системы профилактики йоддефицитных состояний. При сравнении с исследованиями, проведенными М.Н. Кузнецовой (1975), частота зоба среди населения Архангельской области увеличилась в 4 раза (Е.Н. Сибилева, 2006).
Кроме этого, отмечено, что выраженность зобной эндемии в различных районах Архангельской области варьирует от легкой до среднетяжелой и тяжелой степени. По отдельным районам зоб обнаруживается у 11-98 % жителей, с последовательным возрастанием удельного показателя с севера на юг (И.И. Дедов, Н.Ю. Свириденко, 2001;
Ю.Р. Теддер, П.П. Гордиенко, 2002).
Для выявления распространенности диффузного увеличения щитовидной железы (тиромегалии) среди жителей северной йодобеспеченной территории, проведено исследование биометрических показателей щитовидной железы у детей п. Рикасиха.
Распределение объемов щитовидной железы у мальчиков и девочек п.
Рикасиха относительно ППТ представлено на рис.4.
А В Объем щитовидной Объем щитовидной железы, мл железы, мл 8 7 6 5 4 3 2 м2 0 ППТ, м ППТ, 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1, 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1, Рис.4. Распределение объемов щитовидной железы у детей относительно ППТ п. Рикасиха (приморская территория) Примечание: А – девочки, В – мальчики;
сплошная линия – верхний предел нормальных значений объема щитовидной железы (97 перцентиль).
Результаты УЗИ щитовидной железы показали, что частота встречаемости тиромегалии составила 16,7% (рис. 5). Согласно критериям ВОЗ (2001), местность считается эндемичной по зобу, если уровень диффузного увеличения щитовидной железы среди детей и подростков составляет 5% и более. Соответственно этому, приморская территория (п. Рикасиха), несмотря на оптимальный йодный фон, является зобноэндемичной.
Анализ распространенности диффузного увеличения щитовидной железы среди детей выявил, что уровень зоба обеспечивается тиромегалией в группе мальчиков, где встречаемость зоба достигает 28,6% (рис. 5). Этот факт является парадоксальным, т.к. известно, что в эндемичных районах зоб доминирует среди женского населения (Г.А. Герасимов и др., 2002;
2003;
В.В. Фадеев, 2003). Объяснением этого феномена, может быть избирательное воздействие на организм мальчиков природно-экологических струмогенов, включая нарушенный макро- и микроэлементный баланс.
Частота встречаемости зоба, % 5 ЭП мальчики девочки все дети Рис. 5. Частота встречаемости эндемического зоба среди детей п. Рикасиха (приморская территория) Примечание: ЭП – эпидемиологический порог уровня диффузного увеличения щитовидной железы.
Южная территория (п. Климовская, Коношский район) Архангельский области соседствует с зобноэндемичными Вельским, Каргопольским районами, где распространенность диффузного увеличения щитовидной железы достигает 68-70% (Е.Н. Сибилева, 2006). Можно ожидать, что в исследуемом нами п.
Климовская распространенность зобной эндемии будет сопоставимой.
На основании полученных показателей йодной обеспеченности жителей и напряженности зобной эндемии на северной и южной территории, очевидно, что пусковые механизмы функционального напряжения щитовидной железы в этих районах различны. Несоответствие между распространенностью зоба на приморской территории и йодной обеспеченностью ее жителей свидетельствует о действии на исследуемой территории струмогенных факторов.
Биоэлементный статус детей северной и южной территории, и связь биоэлементов с зобной эндемией Многими исследователями показано, что зобная эндемия может быть обусловлена не только недостатком йода, но и нарушением в организме баланса кобальта, цинка, хрома, меди, селена, кремния, брома, фтора, кальция, марганца, железа и других элементов (Н.В. Болотова, Л.И. Путякова, 1995;
С.И. Малявская и др., 1997;
А.Л. Горбачев и др., 2004;
М.В. Велданова, 2000;
Л.М. Фархутдинова и др., 2006;
Л.В. Савченко, 2006;
M. Zimmermann, J. Khrle, 2002). В этой связи, в организме детей, проведена оценка содержания макро- и микроэлементов, ответственных за поддержание структурно-функциональных параметров щитовидной железы (табл. 1).
Таблица 1.
Содержание химических элементов (мкг/г) в волосах детей Архангельской области (Ме) Биологически допустимый Территория уровень (БДУ) Элемент п. Рикасиха п. Климовская Нижняя Верхняя (n=44) (n=43) граница граница Al 8,9 8,3 2,0 40, Ca 210,7 318,3 200 Cd 0,03 0,07 0 0, * * Co 0,2 1, 0,008 0, * * Cr 0,5 1, 0,3 0, Cu 9,0 8,7 6,5 15, Fe 16,5 16,2 15,0 50, Hg 0,1 0,2 0 1, 2,7 * * I 0, 0,15 0, 17,6* Mg 40,8 25 * Mn 0,9 0,5 3, 0, Pb 0,7 1,4 0 5, * * Se 0,8 3, 0,4 0, Si 19,8 22,2 5 Zn 170,2 183,6 125 Примечание: 1 – В.А. Демидов, А.В. Скальный, 2001;
– G.V. Iyengar, J. Woittiez, 1988 (референтный интервал).
* - выделены значения медианы ниже БДУ Содержание кобальта, хрома, йода, селена в волосах детей в населенных пунктах Климовская., Рикасиха находились ниже пределов БДУ, показатели железа - на его нижней границе.
Сниженное содержание йода и кобальта в организме детей согласуется с популяционным уровнем дефицита этих микроэлементов. В п. Рикасиха дефицит йода, по данным спектрального анализа волос, выявлен среди 59,1% обследуемых детей, в п. Климовская – среди 62,7%, что может быть основой для функционального напряжения щитовидной железы (В.В. Ковальский, 1982;
Л.А. Щеплягина и др., 2007).
У детей обоих исследуемых территорий в 100% случаях обнаружен дефицит кобальта. Недостаток кобальта в организме тормозит энзиматические реакции синтеза тироксина и приводит к снижению активности тирозинйодиназы, регулирующей йодирование тирозина, а также цитохромоксидазы, участвующей в окислении йодида в йодат (В.В. Талантов, 1989). Таким образом, пониженное содержание кобальта в организме детей может быть причиной развития эндемического зоба не только на континентальной, но и на приморской территории.
Дефицит селена в организме приводит к дисбалансу тиреоидных гормонов, проявляющемуся в накоплении Т4 с одновременным снижением количества Т3 (N. Hmidi et al., 1996;
A. Kralik et al., 1996). Поскольку в гипофизе есть рецепторы лишь к Т3, то при дефиците селена нарушается механизм обратной связи, регулирующий продукцию ТТГ. Гиперсекреция ТТГ при недостатке селена становится причиной увеличения щитовидной железы (J.
Arthur et al., 1993). Нашими исследованиями выявлено пониженное содержание селена у 100% обследуемых детей как северной, так и южной территории.
Данное обстоятельство предполагает нарушение обмена тиреоидных гормонов и развитие тиреоидной гиперплазии, как основу формирования зоба.
В очагах зобной эндемии фоновой эндокринной патологией является субклинический гипотиреоз, который характеризуется умеренно повышенным уровнем ТТГ (Л.А. Щеплягина и др., 2002). По нашим данным, у детей и подростков, проживающих в п. Климовская, частота повышенного уровня ТТГ варьировала от 38% до 46%. Установленный тиреоидный профиль детей и подростков предполагает развитие у них субклинического гипотиреоза (Р.В. Кубасов и др., 2005), что может быть объяснимо сочетанным дефицитом йода и селена, приводящим к понижению (дисбалансу) тиреоидных гормонов.
По нашим данным, пониженное содержание хрома отмечено среди 93,2% детей северной и 79,1% – южной территории, что также негативно влияет на тиреоидный гормоногенез (А.П.Авцын и др., 1991;
А.М.Тлиашинова, С.А.Рустамбекова, 2005).
По данным литературы, дефицит железа усиливает функцию щитовидной железы, посредством снижения активности тиреопероксидазы, участвующей в биосинтезе йодтиронинов (В.В.Насолодин и др., 1996, 1998;
J.Arthur, G.Beckett, 1999;
M. Zimmermann, J. Khrle, 2002). У 43,1% обследуемых детей, проживающих на приморской территории, и у 34,9% детей континентальной территории отмечены сниженные уровни железа, что может служить основой для структурно-фнкционального напряжения щитовидной железы.
Кроме сниженного содержания некоторых биоэлементов у обследуемых детей выявлено повышенное содержание в волосах кремния. Частота встречаемости избытка кремния составила 25%, что позволяет отнести исследуемые территории Архангельской области к обширной кремниевой биогеохимической провинции.
По данным литературы, в кремниевых биогеохимических провинциях наблюдается нарушение баланса биогенных элементов, что служит базой для формирования эндемического зоба (В.Л. Сусликов 2002;
А.Л. Горбачев и др., 2004). Следовательно, повышенное содержание кремния у детей исследуемых территорий может являться одним из факторов, провоцирующих развитие эндемии зоба.
Отличительной особенностью элементного статуса детей, проживающих в п. Рикасиха, явилось сниженное содержание магния, отмеченное у 88,6% детей, и марганца (72,7%). Содержание кальция находилось на нижней границе БДУ. Частота распространения пониженного содержания кальция у детей в целом составила 40,9%. Сниженное содержание этих элементов можно объяснить геохимической спецификой приморской территории. Одной из причин снижения кальция и магния в организме детей может быть употребление жителями п. Рикасиха мягкой питьевой воды с низким содержанием солей кальция и магния.
Недостаток кальция, марганца и магния изменяют функциональную активность щитовидной железы (А.М. Тлиашинова, С.А. Рустембекова, 2005;
Е. Dolev et al., 1988). На этом основании можно полагать, что дисэлементозы по кальцию, магнию и марганцу на приморской территории могут усиливать дисбаланс других тиреоспецифических элементов, включая йод, и способствовать функциональному напряжению тиреоидной системы.
Влияние тиреоспецифических биоэлементов на объем щитовидной железы Для выяснения влияния микро- и макроэлементов на объем щитовидной железы у детей п. Рикасиха проведен множественный регрессионный анализ. В качестве зависимого параметра определен объем щитовидной железы, а факторов, оказывающих значимое влияние (p0,05) на зависимый показатель – уровень биоэлементов в волосах обследованных детей.
В результате анализа построено уравнение регрессионной зависимости объема щитовидной железы от содержания биоэлементов (F = 3,86;
р 0,05, R2=0,89), которое позволяет прогнозировать объем железы, располагая известными уровнями биоэлементов (I, Mg, Zn, Se, Co, Cr, Si, Mn, Cd):
V ЩЖ=8,59–1,5I–0,12Mg–0,018Zn–1,27Se–78Co+6,21Cr+0,08Si+ +2,74Mn–8,05Cd, где V ЩЖ – объем щитовидной железы.
Правомочность разработанной модели подтверждена тестированием определением индивидуальных объемов щитовидной железы, исходя из содержания биоэлементов. Результаты тестирования совпали с реальными объемами железы в 83 % случаев.
Полученная модель предполагает, что дефицит или избыток биоэлементов в организме являются факторами, оказывающими влияние на изменение объема щитовидной железы.
Исходя из уравнения регрессии, обнаружены значимые положительные зависимости объема железы от содержания хрома, марганца, кремния, т.е. ее увеличение должно являться следствием повышенного содержания в организме этих элементов. Однако, как указывалось выше, среди исследованных биоэлементов повышенный уровень выявлен лишь для кремния. Следовательно, можно считать, что кремний действительно является фактором увеличения объема щитовидной железы, а хром и марганец - лишь компонентами математической модели регрессии.
Помимо положительных корреляционных связей между объемом щитовидной железы и содержанием биоэлементов обнаружены и отрицательные взаимосвязи объема и обеспеченности йодом, кобальтом, магнием, селеном, цинком и кадмием. На этом основании можно полагать, что увеличение объема щитовидной железы связано с недостатком в организме этих биоэлементов. В то же время, как ранее показано, у детей выявлено сниженное содержание йода, кобальта, магния, селена. Следовательно, дефицит данных элементов можно считать зобогенным фактором. Отклонений в содер жании цинка и кадмия среди обследованных детей не обнаружено.
Соответственно цинк и кадмий являются только компонентами математического уравнения регрессии и их нельзя считать факторами увеличения объема ЩЖ у обследованной группы детей.
Обобщающие результаты регрессионного анализа влияния биоэлементов на объем щитовидной железы представлены на схеме (рис. 6).
Mg Co I Se Объем щитовидной железы Si Рис. 6. Влияние биоэлементов на объем щитовидной железы Для оценки степени влияния факторов на моделируемый признак проведен расчет вклада определенных биоэлементов (Со, I, Mg, Se, Si) в формирование объема щитовидной железы. Общий вклад биоэлементов в определение объема железы составил 24 %. Остальные 76 % приходятся на другие, не включенные в модель факторы (эндокринный фон, метаболический статус, внешняя среда и т.п).
Расчет степени влияния определенных биоэлементов показал, что наибольшее влияние на объем щитовидной железы оказывал избыток кремния (11,6 % от общего вклада биоэлементов), дефицит йода (10,4%), кобальта (9,6%) и магния (9,3%). Несмотря на то, что недостаток селена выявлен у 100 % обследованных детей, его вклад в изменение объема щитовидной железы по сравнению с перечисленными элементами оказался минимальным и составил 2,7 %.
Таким образом, с помощью множественного регрессионного анализа показано, что зобная эндемия в йодобеспеченном районе обусловлена дисбалансом в организме жителей определенных биоэлементов. Значимую роль в увеличении объема щитовидной железы у детей приморской территории играет избыток в организме кремния, дефицит кобальта, магния и селена, а также дефицит йода, несмотря на йодную обеспеченность окружающей среды.
ВЫВОДЫ 1. Приморскую территорию Архангельской области следует считать йодобеспеченной: медиана йодурии у детей п. Рикасиха составила 101,2 мкг/л при нижней границе нормы 100 мкг/л. Континентальная территория является йоддефицитной: медиана йодурии у детей п. Климовская (62,7 мкг/л) находилась ниже нормативной границы.
2. Приморская территория, несмотря на обеспеченность йодом, является зобноэндемичной. По данным УЗИ, частота регистрации диффузного увеличения щитовидной железы у детей п. Рикасиха составила 16,7%, что превышает 5% эпидемиологический порог эндемии.
3. По данным спектрального анализа волос, для детей п. Рикасиха характерен дисбаланс биоэлементов. Недостаток селена и кобальта выявлен у 100% детей, хрома - у 93,2%, магния - у 88,6%, марганца - у 72,3%, йода - у 59%, железа - у 43%, кальция - у 41%. У 25% обследуемых детей установлен избыток кремния.
У детей п. Климовская выявлен недостаток селена (100%), кобальта (100%), хрома (79,1%), йода (62,7%), железа (35%) и избыток кремния - 25% детей.
4. Общим показателем элементного статуса (дисбаланса) детей, проживающих на приморской и континентальной территориях Архангельской области, является 100- процентный дефицит селена и кобальта, выраженный уровень дефицита хрома и йода, а также избыток кремния.
Отличительной особенностью элементного статуса обследованных детей является недостаток кальция, магния и марганца у детей п. Рикасиха, что может быть связано с употреблением мягкой, слабоминерализированной питьевой воды.
5. Выявленный дисбаланс тиреоспецифических биоэлементов может усиливать йодный дефицит у жителей континентальных территорий, и приводить к формированию вторичной йодной недостаточности у жителей приморских территорий, что определяет специфику эндемии обследованных территорий.
По результатам регрессионного анализа, определяющую роль в увеличении объема щитовидной железы у детей приморского йодобеспеченного района играет избыток в организме кремния, а также недостаток кобальта, магния, селена и йода.
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Кубасов Р.В. Тиреоидный статус детей южных районов Архангельской области / Р.В. Кубасов, Е.Д. Кубасова, А.Л. Горбачев // Материалы II Всероссийской научной конференции “Актуальные вопросы среды обитания современного человека”. – Ульяновск, 2005. – С. 56-57.
2. Йодная характеристика некоторых природно-географических территорий Архангельской области / Е.Д. Кубасова, Е.В. Иванова, Р.В. Кубасов, А.Л. Горбачев // Тез. докл. и лекций XIII Междунар. совещания и VI школы по эволюционной физиологии. – Санкт-Петербург, 2006. – С 120-121.
3. Кубасова Е.Д. Исследование зобной эндемии на приморской территории Архангельской области / Е.Д. Кубасова, Р.В. Кубасов, Е.В. Иванова // Материалы V Всерос. университетской конф. молодых ученых по медицине.
– Тула, 2006. – С 140-141.
4. Иванова Е.В. Уровень микроэлементов в питьевой воде как фактор развития экологозависимых заболеваний / Е.В. Иванова, Е.Д. Кубасова, Р.В. Кубасов // Материалы V Всерос. университетской конф. молодых ученых по медицине. – Тула, 2006. – С 125-126.
5. Ультразвуковые показатели щитовидной железы у жителей Архангельской области / Р.В. Кубасов, Е.Д. Кубасова, А.Л. Горбачев, М.Ю. Богданов // Тез. докл. IV Республиканской науч.-практ. конф. “Вопросы профилактической медицины в регионах Крайнего Севера”. – Надым, 2006. – С. 81-82.
6. Кубасова Е.Д. Биоэлементный статус детей некоторых районов Архангельской области / Е.Д. Кубасова, Р.В. Кубасов, А.Л. Горбачев // Материалы Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием “Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере”. – Архангельск, 2006. – С. 83-85.
(Экология человека;
2006;
№ 4/1. Прил.).
7. Кубасов Р.В. Влияние биоэлементов на объем щитовидной железы у детей йодобеспеченных территорий / Р.В. Кубасов, Е.Д. Кубасова // Материалы Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием “Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере”. – Архангельск, 2006. – С. 378-379.
(Экология человека;
2006;
№ 4/2. Прил.).
8. Кубасов Р.В. Роль биоэлементов в увеличении объема щитовидной железы у детей, проживающих в приморском регионе / Р.В. Кубасов, А.Л. Горбачев, Е.Д. Кубасова // Экология человека. – 2007. – № 6. – С. 9-14.
9. Koubassov R.V. Bioelement action to thyroid gland at children living in iodine-adequate territory / R.V. Koubassov, A.L. Gorbachev, A.V. Skalny, E.D.
Koubassova // 3rd Int. Symposium FESTEM. – Santiago De Compostela, Spain, 2007. P. 19. (Quimica Clinica: 2007;
26 (S1). Spec. Suppl.)