CC BY
51
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2014 БИОЛОГИЯ Вып. 3
ЭКОЛОГИЯ
УДК 615.9
ОЦЕНКА БАЛАНСА НЕЙРОМЕДНАТОРОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ У ДЕТЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МАРГАНЦА В КРОВИ
Д. Л. Мазунина
Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Пермь, ул. Монастырская, 82
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; пих.с1аца201 [email protected]; (342)2363930
По результатам исследований установлено, что у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца на уровне 3.3 ПДК (максимум до 8.1 ПДК), концентрация марганца в крови до 4.4 раза превышает референтный уровень, что представляет опасность для развития негативных эффектов со стороны критических органов и систем, прежде всего ЦНС. Доказана зависимость вероятности отклонения показателей, характеризующих состояние процессов оксидантно-антиокислительной системы и возбуждения и торможения в ЦНС, при повышенном содержании марганца в крови.
Ключевые слова: марганец; центральная нервная система; детское население; питьевая вода; лабораторные показатели; причинно-следственные связи.
Введение
В Российской Федерации остается острой проблема снабжения населенных пунктов качественной питьевой водой. По данным Федерального информационного фонда социально-гигиеничес-кого мониторинга в 2013 г., доля проб воды из водопроводной сети, не соответствующей гигиеническим нормативам по химическим показателям, составляет 17%, по микробиологическим показателям - 4.6% от общего числа обследованных проб [Госдоклад..., 2013]. В число приоритетных веществ, загрязняющих питьевую воду из источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и рекомендованных для систематического контроля качества решением Европар-ламента и Совета ЕС (№ 2455/2001/ЕС), входит марганец [Бурлибаев и др., 2010]. При поступлении с питьевой водой данный металлоэлемент относится к умеренно опасным веществам в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 (3 класс опасности) [СанПиН 2.1.4.1074-01]. Источниками поступления марганца в воду открытых водоемов являются сбросы производств металлургической, химиче-
ской и горнодобывающей отраслей промышленности [Даукаев, Сулейманов, 2008]. Немаловажное значение имеет поступление марганца в результате природно-обусловленных процессов (выщелачивание железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец, разложение водных животных и растительных организмов) [Теплая, 2013].
Марганец при экзогенном поступлении в организм способен оказывать негативное воздействие со стороны критических органов и систем, в первую очередь, центральной нервной системы [Руководство..., 2004]. Повреждающее действие марганца связано с инактивацией сульфгидрильных групп глутатиона и белков плазмы крови и тканей, а также с усилением процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран, что является пусковым звеном в развитии дисбаланса нейроме-диаторов центральной нервной системы [Гонча-ренко, Гончаренко, 2012; Онищенко, Зайцева, Землянова, 2011; ToxicologicalProfile..., 2008].
Целью настоящего исследования являлась оценка баланса нейромедиаторов центральной нервной системы у детей с повышенным содержанием марганца в крови.
О Мазунина Д. Л., 2014
40
Д. Л. Мазутта
Материалы и методы
Проведено обследование 204 детей в возрасте 4-7 лет, в том числе 147 человек, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца - группа наблюдения (на примере пос. Юго-Камский Пермского края), и 57 человек, потребляющих питьевую воду удовлетворительного качества - группа сравнения (на примере с. Сива Пермского края). Обследование детей выполнено в соответствии с обязательным соблюдением этических норм, изложенных в Декларации этических принципов Всемирной медицинской ассоциации (Хельсинки, 1975 г. с дополнениями 1983,1989 гг.).
Оценка содержания марганца в питьевой воде источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения на исследуемых территориях проведена по данным мониторинговых наблюдений ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае» за 2011-2013 гг. и натурных исследований ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» в 2012-2013 гг.
Исследование содержания марганца в крови детей выполнено методом атомной абсорбции в соответствии с МУК 4.1.2106-06 [Определение..., 2008]. Оценку концентрации марганца в крови детей группы наблюдения осуществляли на основании сравнительного анализа с референтным уровнем [Тиц, 2003] и с показателями у детей группы сравнения.
Установление зависимости концентрации марганца в крови от среднесуточной дозы данного ме-таллоэлемента при воздействии с питьевой водой выполнено методами математического моделирования с использованием модели логистической регрессии [Четыркин, 1977]. В качестве параметров моделей использовали рассчитанные по общепринятой методике дозы исследуемого компонента при поступлении с питьевой водой и уровни содержания металла в крови детей [Руководство..., 2004]. Оценка достоверности и адекватности полученных моделей осуществлена по критерию Фишера и Стьюдента. Различия статистической значимости являлись величины р<0.05 [Гланц, 1988].
Объем лабораторных показателей включал в себя определение биохимических и гематологических показателей, позволяющих оценить состояние оксидантных процессов (уровень гидроперекиси липидов в сыворотке, малонового диальдегида (МДА) в плазме крови), антиоксидантных процессов (активность глутатионпероксидазы (ГлПО), Сп/гп-супероксиддисмутазы (Си/2п-С0Д). уровень общего антиоксидантного статуса (ОАС) в сыворотке крови), процессов возбуждения - торможения в центральной нервной системе (содержание глутамата, у-аминомасляной кислоты (у-АМК) в сыворотке крови). В качестве критериев оценки отклонений лабораторных показателей использо-
вали возрастные физиологические уровни и уровни изучаемых показателей детей группы сравнения. Определение данных показателей в крови исследуемых групп осуществляли с помощью стандартных унифицированных методов диагностики [Медицинские ..., 2002].
Формулы и уравнения
По данным мониторинговых и натурных исследований качество питьевой воды на территории исследования характеризуется систематическим превышением гигиенических нормативов по содержанию марганца в среднем до 3.3 ПДК в 65 % от общего количества исследованных проб. При этом максимальное значение достигало 8.1 ПДК.
Химико-аналитическими исследованиями крови экспонированных детей установлено до 54% проб крови с повышенным в среднем в 1.3 раза (максимальное превышение - до 4.4 раза) (р = 0.01) уровнем марганца (0.014 ± 0.001 мг/дм ) относительно референтного уровня и показателя в контрольной группе (0.011 ± 0.001 мг/дм3).
В результате математического моделирования получена модель, описывающая зависимость «доза марганца, поступающего с питьевой водой - концентрация марганца в крови», представленная на рисунке.
у=0,072+1328,057х
«0,018
Модель зависимости «доза марганца из питьевой воды - концентрация марганца в крови»
По результатам исследования активности оксидантных процессов на клеточном уровне установлено статистически достоверное превышение в 1.7 раза содержания гидроперекиси липидов в сыворотке крови детей группы наблюдения относительно данного показателя у детей группы сравнения (р = 0.00) (таблица). Зарегистрировано до 28.8% проб с повышенным уровнем данного показателя у детей группы наблюдения при отсутствии аналогичных проб в группе сравнения (р = 0.00). Средний уровень МДА в плазме крови детей группы наблюдения превысил аналогичный показатель в группе сравнения в 1.5 раза (р = 0.03). Частота регистрации повышенного уровня данного показателя в плазме крови относительно верхней храни-
цы физиологической нормы составила 52.2%, что в уровнем марганца в крови и вероятностью повы-
5 раз выше аналогичного показателя в группе шения гидроперекиси липидов в сыворотке и МДА
сравнения (р = 0.03). Установлена достоверная в плазме крови (Я2 = 0.12-0.43, 16.91 < Б < 82.04, р
причинно-следственная связь между повышенным = 0.00).
Результаты сравнительного анализа отклонений лабораторных показателей у детей с повышенным содержанием марганца в крови
Группа наблюдения Группа сравнения
Показатель Среднее значение ± Частота регистрации проб с отклонением Среднее значение ± ошибка (М±т) Частота регистрации проб с отклонени- Достоверность различий (р <
ошибка (М±т) от физ. нормы, % ем от физ. нормы, % 0.05)
ниже выше ниже выше
Гидроперекиси
липидов,
мкмоль/дм3 325.44±23.72 0.0 28.8 194.21±24.23 0.0 0.0 0.00
МДА,
мкмоль/см3 3.54±0.12 0.0 52.2 2.32±0.16 0.0 11.1 0.03
ГлПО, нг/см3 28.95±3.31 57.7 9.6 35.59±4.14 12.5 0.0 0.00
Си/гп-СОД.
нг/см3 36.45±2.16 55.7 0.0 58.23±8.57 14.8 0.0 0.00
ОАС,
мкмоль/дм3 125.64±8.39 56.0 0.0 279.13±25.56 18.0 12.5 0.00
Глутамат, мкмоль/дм3 148.87±16.77 0.0 56.3 97.60±13.81 20.0 13.3 0.00
у-АМК,
мкмоль/дм3 0.05±0.01 89.5 10.5 0.09±0.01 18.8 12.5 0.00
Оценка состояния антиоксидантных процессов позволила установить тенденцию к снижению активности ферментативного звена антиоксидантной защиты организма у детей группы наблюдения. Об этом свидетельствует сниженный уровень ГлПО в 57.7% проб у детей группы наблюдения, что в 4.6 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная зависимость между вероятностью снижения ГлПО и повышенным уровнем марганца в крови (Я2 = 0.13, Г = 16.19, р = 0.00). Зарегистрировано до 56% проб со сниженным уровнем Си^п-СОД у детей группы наблюдения, что в 3.8 раза чаще, чем в группе сравнения (14.8%) (р = 0.00). Установлена достоверная причинно-следственная связь между вероятностью снижения Си^п-СОД и повышенным уровнем марганца в крови (Я2 = 0.31, Г = 55.60, р = 0.00). Активность данного показателя в сыворотке крови детей группы наблюдения в среднем в 1.6 раза ниже показателя в группе сравнения (р = 0.00). Оценка уровня интегрального показателя - ОАС сыворотки крови детей группы наблюдения позволила выявить достоверное снижение в 2.2 раза данного показателя относительно группы сравнения (р = 0.00). Зарегистрировано до 56% проб со сниженным уровнем ОАС у детей группы наблюдения, что в 3.1 раза выше относительно аналогичного показателя у детей группы сравнения (р = 0.00). Выявлена достоверная зави-
симость вероятности снижения ОАС от повышенной концентрации марганца в крови (Я2 = 0.89, Г = 422.06, р = 0.00).
При исследовании специфических нейромедиаторов центральной нервной системы выявлен дисбаланс процессов возбуждения и торможения. Зарегистрировано 56,3% проб у детей группы наблюдения с повышенным содержанием возбуждающей аминокислоты - глутамата, что в 4.2 раза выше относительно рассматриваемого показателя у детей группы сравнения (р = 0.00). Среднее значение данного показателя у детей группы наблюдения в 1.5 раза превысило аналогичный показатель у детей группы сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная зависимость вероятности повышения уровня глутамата в сыворотке крови и повышенным содержанием марганца в крови (Я2 = 0.64, Г = 145.06, р = 0.00). Среднее значение тормозного нейромедиатора - у-АМК у детей группы наблюдения в 2 раза ниже относительно аналогичного показателя в группе сравнения (р = 0.00). При этом частота встречаемости сниженного уровня исследуемого показателя в сыворотке крови детей группы наблюдения составила 89.5%, что в 4.8 раза превысило аналогичный показатель у детей группы сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная причинно-следственная связь между вероятностью снижения уровня у-АМК в сыворотке
42
Д. Л. Мазунина
крови от повышенного уровня марганца в крови (R2 = 0.80, F = 287.55, р = 0.00).
Заключение
Результаты исследования позволили установить, что у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца на уровне 3.3 ПДК (максимум до 8.1 ПДК), концентрация марганца в крови превышает в среднем в 1.3 раза (максимум до 4.4 раза) референтный уровень и показатель в группе сравнения. Сравнительный анализ результатов исследуемых лабораторных показателей у детей группы наблюдения позволил выявить отклонения аналогичных показателей у детей группы сравнения, характеризующих нарушение оксидантно-антиокислительных процессов (повышение уровня гидроперекиси липидов, МДА, снижение активности ГлПО, Cu/Zn-СОД, общего антиоксидантного статуса), дисбаланс процессов возбу5кдения - торможения в центральной нервной системе (повышение уровня глутамата, снижение у-АМК). Данные показатели могут быть рекомендованы для раннего выявления нарушений со стороны центральной нервной системы у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца, для обоснования необходимого объема профилактических мероприятий.
Библиографический список
Бурлибаее М.Ж. и др. Перспективы гармонизации стандартов и норм качества вод в странах Центральной Азии и Водной рамочной директивы Европейского союза. Алматы: OST-XXI век, 2010. 240 с.
Гланц С. Медико-биологическая статистика / под ред. Н.Е. Бузикашвили и соавт. М.: Практика. 1998. 459 с.
Гончаренко A.B., Гончаренко М.С. Механизмы повреждающего действия токсических концентраций марганца на клеточном и субклеточном уровнях // Биологический вестник МДПУ. 2012. №2. С. 47-57. Государственный доклад о состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2012 г. / Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав по-
требителей и благополучия человека. М., 2013. 176 с.
Даукаев P.A., Сулейманов P.A. Эколого-гигиени-ческая оценка влияния предприятий черной металлургии на окружающую среду территорий Башкирского Зауралья // Экология человека. 2008. №7. С. 9-13.
Медицинские лабораторные технологии и диагностика: справочник / под ред. проф. А.И. Кар-пищенко. СПб.: Интермедика, 2002. 368 с.
Онищенко Г.Г., Зайцева Н.В., Землянова М.А. Гигиеническая индикация последствий для здоровья при внешнесредовой экспозиции химических факторов / под ред. Г.Г. Онищенко // Пермь: Кн. формат, 2011. 532 с.
Определение массовой концентрации марганца, свинца, магния в пробах крови методом атом-но-абсорбционной спектрометрии: МУК 4.1.2106-06 // Определение вредных веществ в биологических средах: сборник методических указаний. МУК 4.1.2106-06. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнад-зора, 2008. С. 50-62.
Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ: Р 2.1.10.1920-04. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 143 с.
СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества [Электронный ресурс]. URL: best-story.ru/gost/r38/312/ (дата обращения: 31.05.2013).
Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды // Астраханский вестник биологического образования. 2013. № 1 (23). С. 182-192.
Тиц Н.У. Клиническое руководство по лабораторным тестам / под ред. проф. Норберта У. Тица; пер. с англ. под ред. В.В. Меньшикова. М.: ЮНИМЕД-пресс, 2003. 960 с.
Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика. 1977. 356 с.
Toxicological Profile for Manganese. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). U.S. Public Health Service, U.S. Department of Health and Human Services. Altanta, GA, 2008. 539 p.
Поступила в редакцию 09.07.2014
Assessment of the neuromediators balance of the central nervous system in children with elevated manganese content in blood
D. L. Mazunina, postgraduate
FSSI «Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health», 82, Monastyrskaja str., Perm, Russia, 614045 Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990; [email protected]; (342)2363930
According to the research found that children consuming drinking water with elevated levels of manganese at 3.3 MAC (maximum of 8.1 MPC), the concentration of manganese in the blood up to 4.4 times higher than the reference level that poses a threat to the development of the critical organs and systems negative effects, especially the central nervous system. Proved the dependence of the probability of digression of indicators characterizing the state processes oxidant-antioxidant system and excitation - inhibition in the CNS, with high content of manganese in the blood.
Key words: manganese; central nervous system; child population; drinking water; laboratory indicators; cause and effect relationships.
Мазунина Дарья Леонидовна, аспирант
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
