Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Чеснокова Л.А. 1 Кузьмичева Н.А. 1 Боев В.М. 1 Красиков С.И. 1 Михайлова И.В. 1 Воронкова И.П. 1

---

1 ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет МЗ России»

Изучали зависимость микроэлементного состава биосред организма (волосы) от их количественного содержания в окружающей среде (вода, снег, почва) на территории агропромышленного региона, обусловленного естественными и техногенными причинами. Установили максимальный уровень прооксидантной нагрузки, создаваемый элементами с переменными степенями окисления, в питьевой воде и депонирующих средах на территории Центральной и Восточной зон региона, что создает повышенный риск усиленной генерации свободных радикалов в организме, сопровождающийся снижением уровня витаминов-антиоксидантов и угнетением активности ферментов антиоксидантной защиты. Экспериментальные исследования, проведенные на крысах линии Вистар, по изучению изолированного действия нетоксичных концентраций ионов железа (II) и хрома (VI) в питьевой воде, подтверждают их способность вызывать умеренный окислительный стресс в условиях хронического воздействия.

Статья в формате PDF

135 KB

крысы

эксперимент

антиоксиданты

окислительный стресс

витамины

волосы

окружающая среда

микроэлементы

1. Боев, В.М. Микроэлементы и доказательная медицина.- М.: Медицина, 2005. - 208с.

2. Некоторые показатели витаминного и антиоксидантного статуса жителей региона Л.А. Чеснокова, Н.А. Кузьмичева, С.И. Красиков, И.В. Михайлова // Здоровье населения и среда обитания. №6. 2013. с.9 - 11.

3. Сирота, Т.В. Новый подход к исследованию аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддисмутазы. // Вопросы медицинской химии. – 1999. - №3. – С.56-58.

4. Скальный, А.В. Референтные значения концентрации химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС (АНО «Центр биотической медицины») // Микроэлементы в медицине. - 2003.- Т.4, вып. 1.- С. 55-56.

5. Чеснокова, Л.А. Экологическая характеристика качественного и количественного микроэлементного состава факторов среды обитания агропромышленного региона: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Оренбург, 2004.-24с.

6. Placer Z. Lip. Peroxidation sisteme in biologischen material // Nahrung. – 1968. - P.679.

7. Valko, M. Metal, toxity and oxidative stress / M.Valko, H.Morris, M.T.D.Cronin // Carrent medical chemistry. – 2005. Vol.12. – P.1161-1208.

8. Zuck, H. In Methods of enzymatic analysis. Ed by Bergmeger H., Pergamon Press. – 1963. - P. 885 - 894.

Проведенными ранее исследованиями [2,3] на территории Оренбургской области показано наличие биогеохимической провинции с повышенным содержанием хрома, кобальта, марганца, никеля, и других элементов, определено их природное или антропогенное происхождение. Исходя из сказанного, представляется актуальным изучение взаимосвязи между содержанием металлов в объектах окружающей среды и их накоплением в организме проживающего в данных территориях населения, а также выраженностью окислительного стресса под влиянием тяжелых металлов у животных в эксперименте, что и явилось целью данного исследования.

Объектом исследования является агропромышленный регион (Оренбургская область), разделенный на 3 территориально-экономические зоны - Западную, Центральную и Восточную, характеризующиеся неравнозначным содержанием Ni, Cr, Co, V, Cu, Zn, Mn, Sr, Fe, Pb, Cd  в питьевой воде, в почве и снежном покрове. Для  оценки степени накопления перечисленных выше элементов определяли их содержание в волосах студентов 1-го курса ОрГМУ (17-18 лет), постоянно проживающих в течение последних 3-х лет в различных зонах области. Обследованные разделены на 3 группы, подобранные по принципу «копия-пара» и сопоставимые по полу и возрасту. Исключались больные сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, заболеваниями печени. Содержание 25-и элементов  определяли в АНО «Центр биотической медицины» под руководством А.В. Скального (г. Москва, аккредитация Госстандарта России - Рос. RU0001-513118 от 29.05.2003 г.) с использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой и масс-спектрометрии (МУ 4.1.1482-03). Показатели элементограмм сравнивали со средними значениями содержания элементов в волосах, полученными в популяционных исследованиях в регионах России [4]. Прооксидантная нагрузка (Евода, Еснег) оценивалась как произведение концентрации элементов (мкмоль/л) на величину стандартного электродного потенциала (В/моль).

Экспериментальные исследования выполнены на 120-и взрослых крысах-самцах линии Вистар массой 250-300 г. Животные были разделены на группы и содержались на стандартном пищевом рационе. Животные контрольной группы потребляли бутилированную воду, животным экспериментальной группы на протяжении 45-и суток в питьевую воду добавляли Fe²⁺ из расчета 0,5 ПДК. Животные второй экспериментальной группы с питьевой водой получали Cr⁶⁺ из расчёта 1 ПДК [5]. По окончании эксперимента животных под эфирным наркозом декапитировали в соответствии с этическими нормами и рекомендациями по гуманизации работы с лабораторными животными. В лизатах эритроцитов определяли активность супероксиддисмутазы (СОД) по скорости аутоокисления адреналина в адренохром, активность  каталазы  кинетическим  методом прямой регистрации разложения пероксида водорода  на спектрофотометре Genesys 5 (США) [6,7]. Интенсивность процессов липопероксидации определяли по уровню диеновых коньюгатов (ДК) и малонового диальдегида (МДА) в сыворотке крови и тканях печени и селезенки [8,9]. Состояние перекисного окисления липидов (ПОЛ) оценивали по интенсивности спонтанной и Fe²⁺-индуцированной хемилюминесценции [10]. Результаты статистически обработаны с использованием t-критерия Стьюдента и U-критерия Манна-Уитни.

Результаты: Изучение микроэлементного состава снежного покрова  по среднемноголетним данным показало многократное превышение фоновых значений по большинству элементов в Вoсточной зоне с высоким суммарным показателем (Zc=142,56), с низким (Zc=49,34) в Западной зоне и средним (Zc=115,53) в Центральной зоне. Максимальное превышение относительно кларка почв установлено также в Востoчной зоне, где уровень загрязнения определен как средний (Zc= 19,46), в Западной и Центральной зонах - низкий (Zc соответственно 14,29 и 13,40). 

Однотипный микроэлементный состав депонирующих сред свидетельствует о сформировавшейся техногенной  провинции, приуроченной к промышленным центрам центра и востока региона с высоким содержанием Cu, Zn, Ni, Pb, Co, Mn, Cr. В питьевой воде по химическому составу  превышений уровня ПДК не наблюдалось, однако отмечено повышенное содержание железа, близкое к уровню ПДК (0,3 мг/л),  в Восточной зоне.

Далее проведено сравнение содержания ряда элементов в почве городских и сельских территорий для установления их возможного происхождения. Так, в почве городских территорий достоверно выше содержание Pb, что обусловлено антропогенным загрязнением. Также в почве городов несколько выше содержание Ni, Cr, Co относительно сельских территорий. Следует отметить, что содержание большинства загрязнителей в снеговом покрове и почве имеет определенную сопоставимость.

На востоке регионе высокое содержание Ni, Co, Cr, Pb в почве сопряжено с загрязнением снегового покрова и свидетельствует преимущественно об антропогенном влиянии. В Западной зоне наличие высокого содержания хрома в почве при его фоновом уровне в снеговом покрове говорит о его  природном происхождении, усиленном действием техногенных факторов.

По литературным данным, элементный состав биосред организма соответствует их уровню в окружающей среде [2], вследствие чего исследование биосубстратов достаточно информативно для изучения обмена элементов и их токсического воздействия. Сравнение с референтными значениями (табл. 1) демонстрирует повышенные  концентрации в волосах Cu  и Ni на всей территории, Mn и Zn в Западной и Центральной зонах. Обращает внимание, что содержание селена значительно ниже нормального уровня на всей территории, особенно в Восточной зоне, при этом его выраженный дефицит отмечен у 81% обследуемых, у остальных содержание элемента соответствовало нижней границе нормы. Так же, несмотря на повышенное содержание некоторых элементов в депонирующих средах, в частности хрома, кобальта и цинка, в волосах жителей их уровни не превышают референтный уровень.

Таблица 1

Микроэлементный состав волосяного покрова (мкг/г) и показатели прооксидантной (Е, мкмоль.В/л )  и суммарной (Кмет) нагрузки элементов с переменной степенью окисления

Примечание:                                                              Зоны сравнения:

* t > 2,0;     p < 0,05                             1 - Западная зона - Центральная зона

   **  t > 2,6;     p < 0,01                            2 - Центральная зона - Восточная зона

  *** t > 3,2;     p < 0,001                          3 - Восточная зона - Западная зона

Для характеристики возможного прооксидантного влияния  на организм элементов с переменными степенями окисления рассчитаны показатели Евода и Еснег с максимальными значениями на востоке, повышенный суммарный показатель Кмет организма установлен  у жителей Восточной зоны (табл. 2).

Таким образом, проведенные нами исследования показали неравномерное количественное содержание микроэлементов в воде и депонирующих средах (снег, почва) на территории агропромышленного региона с повышенным содержанием в Восточной зоне и минимальным - в Западной зоне, обусловленное естественными и техногенными причинами.  Другим результатом можно считать неравнозначное содержание элементов в биосубстратах (волосы), отражающее как их фоновое содержание в окружающей среде, так и техногенные воздействия. Установлены различные уровни прооксидантной нагрузки в воде и снеге, обусловленной содержанием редокс-элементов, что создает риск возникновения окислительного стресса в организме. Далее оценивали витаминную обеспеченность проживающих на данных территориях детей  [11].

Таблица 2

Содержание витамина С в моче и витаминов А и Е в сыворотке крови детей (М±m)

Примечание: N - содержание в пределах нормы; < N - содержание ниже нормы.

Показан максимальный процент детей со сниженным уровнем витаминов - антиоксидантов в Восточной зоне (табл. 2) с более интенсивным уровнем прооксидантной нагрузки. Известно несколько механизмов, посредством которых значительная прооксидантная нагрузка может служить причиной витаминной недостаточности. Во-первых, суперпродукция активированных кислородных метаболитов в таких условиях является причиной избыточного расхода витаминов Е, А, и С с выраженным антиоксидантным действием в отношении алкокси-,  перокси- и NO-радикалов, синглетного кислорода, и т.д. Во-вторых, интенсификация процессов ПОЛ может опосредованно приводить к снижению содержания витаминов за счет нарушения их биорегенерации в результате истощения запасов коантиоксидантов, способствующих восстановлению радикальных форм витаминов в молекулярные. В итоге недостаток основного антиоксиданта - витамина Е, возможно, реализуется через дефицит аскорбиновой кислоты.

Для подтверждения способности металлов с переменными степенями окисления  к прооксидантному воздействию при низко дозированном хроническом поступлении проведена серия модельных экспериментов на животных. Изучение выраженности процессов липопероксидации у крыс  под хроническим воздействием  нетоксичной концентрации железа (П) в питьевой воде (табл. 3) показало повышение на 45% уровня светосуммы медленной вспышки, характеризующей максимальную интенсивность ПОЛ, индуцированного ионами Fe²⁺, отмечен рост МДА и ДК в сыворотке крови на 14% и 18%, МДА и ДК в печени на 17% и 15% соответственно, сопровождающееся снижением активности ферментов антиоксидантной защиты СОД и каталазы на 37% и 47% соответственно.

Таблица 3

Показатели интенсивности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в сыворотке и тканях крыс, M ± m

Воздействие хрома приводило к активации процессов ПОЛ на фоне подавления активности антиокислительных ферментов, что выражалось в падении активности каталазы и СОД эритроцитов крови и двухкратном нарастании концентрации МДА в гомогенатах печени и селезенки экспериментальных животных (табл. 4). Уровень светосуммы при употреблении Cr⁶⁺ был  почти в 2,5 раза выше по сравнению с  интактными животными. 

Таблица 4

Влияние хрома на интенсивность образования ДК (ед.опт.пл./мг белка) и МДА (нмоль/мг белка) и активность ферментов СОД и каталазы  (Усл.ед./гHb) у крыс

Примечание: жирным - от уровня контроля (р < 0,05).

Результаты проведенной работы показали определенную зависимость микроэлементного состава биосред организма (волосы) от их количественного содержания в окружающей среде, обусловленного как естественными, так и техногенными причинами, что особенно выражено на территории Восточной и Центральной зон со сложившейся биогеохимической провинцией. Установленный здесь максимальный уровень прооксидантной нагрузки в воде и снеговом покрове создает риск возникновения окислительного стресса, что может способствовать снижению уровня витаминов-антиоксидантов у жителей.

Рассмотренные в экспериментальных исследованиях эффекты изолированного действия ионов металлов переменной валентности железа и хрома в питьевой воде показали их способность умеренно активировать свободно радикальное окисление в дозах, не превышающих уровень ПДК.

Таким образом, в условиях полиэлементного воздействия  необходимо учитывать не только их концентрации в объектах окружающей среды, но также способность реализовать свое присутствие в организме с помощью различных механизмов, учитывать вероятное потенцирующее действие в условиях совместного поступления, а также возможные эффекты при наличии экотоксикантов другого происхождения.

Рецензенты:

Соловых Г.Н., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой биологии ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Оренбург;

Рябинина З.Н., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой ботаники и физиологии растений ГБОУ ВПО «Оренбургский государственный педагогический университет», г. Оренбург.

Библиографическая ссылка