Школьный возраст у детей представляет собой период жизни, сопряженный с интенсивными физическими и психоэмоциональными нагрузками, которые сопровождают учебный процесс, а также является одним из ключевых этапов формирования организма, связанным с перестройками физиологических систем, этот возраст является критичным в отношении формирования целого ряда нарушений в состоянии здоровья, сопровождающих впоследствии человека в течение всей дальнейшей жизни. Одной из причин развития патологий детства является хронический недостаток основных микронутриентов, в том числе макро- и микроэлементов.
Одним из условий успешной адаптации и поддержания высоких функциональных резервов в условиях северного региона является адекватное потребностям поступление и содержание микроэлементов в данных биогеохимических условиях. Магаданская область, располагаясь на Крайнем Северо-Востоке России, в экстремальных климатических и биогеохимических условиях, кроме этого характеризуется бедностью минеральной составляющей природных питьевых вод и ограниченностью поступления в организм жизненно необходимых микроэлементов из свежих овощей и фруктов.
Цель исследования – установление диапазона крайних нормальных (минимальных и максимальных) значений содержания макро- и микроэлементов (МЭ) в волосах и общий анализ элементного профиля организма детей 7–14 лет г. Магадана.
Материал и методы исследования
Методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП) на приборе Optima 2000 DV (Perkin Elmer, США) в АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва) определяли содержание 25 МЭ в волосах проживающих постоянно в г. Магадане детей 7–14 лет. Из 118 обследованных – 68 (58 %) девочек и 50 (42 %) ‒ мальчиков. Средний возраст девочек составил 11,96 ± 0,24 лет, мальчиков – 11,72 ± 0,30 лет.
Объем выборки (n), достаточной для получения результата заданной точности, находили по формуле:
где n – объем выборки; t – критерий Стьюдента, характеризующий зависимость между средней выборочной и средней генеральной совокупностью; σ – среднее квадратичное отклонение; ∆ – планируемая ошибка средней (максимальная погрешность оценки) [2]. По нашим данным, необходимое количество детей в выборке для оценки элементного статуса организма на популяционном уровне по каждому из изученных элементов находилось в диапазоне 61–118 человек. Оценку характера распределения биоэлементов в организме детей производили методом построения центильных шкал. Значения концентраций, попадающих в интервал Р25-Р75, расценивали как нормальные, Р10-Р25 и Р75-Р90 – ниже или выше допустимых значений, до Р10 и после Р90 – очень низкие или очень высокие показатели.
Статистическая обработка данных произведена с использованием пакета прикладных программ Excel 97. В анализе применены методы параметрической и непараметрической статистики: расчет средней и ошибки измерения (М ± m), стандартного отклонения (SD), минимального (min) и максимального (max) значения в выборке, корреляционный анализ по Пирсону. Различия значений между сравниваемыми группами девочек и мальчиков устанавливались по t-критерию Стьюдента при оценке уровня достоверности p < 0,05.
Уровень адаптированности системы (А) микроэлементного гомеостаза расчитывали по формуле:
где А – уровень адаптированности в усл. ед.; n – количество корреляционных связей между элементами; ∑Kk – сумма коэффициентов корреляции без учета знака; N – число микроэлементов, объединенных в плеяды [1].
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенный элементный анализ выявил существенные достоверные половые отличия в содержании в волосах школьников Магадана ряда химических элементов. Так, концентрации Al, B, Cd, K, Na, Pb в волосах мальчиков значительно превышали концентрации элементов в волосах девочек, а содержание Be, Ca, Hg, Mg, Mn, Si, Zn, напротив, оказалось достоверно большим в волосах девочек.
Сравнение полученных нами данных о содержании химических элементов в волосах детей Магадана с референтными значениями концентраций химических элементов в волосах детей соответствующего возраста [5] показало явное превышение концентраций Mg, Ni, Zn в волосах девочек и Na в волосах мальчиков. Концентрация Si в волосах детей превысила верхнюю границу нормы в 2 раза у девочек и в 1,4 раза у мальчиков, что позволяет, вероятно, отнести г. Магадан к кремнийизбыточной биогеохимической провинции.
Отметим, что результаты настоящего исследования и ранее проведенного анализа элементного профиля детей дошкольного возраста г. Магадана [3] согласуются с данными М.Г. Скальной и др. в том, что для Ca, Mg, Zn и Fe характерна выраженная половозрастная динамика, а концентрации в волосах Cu и P с возрастом не претерпевают значительных изменений, различия между полами также слабо выражены [4].
Для анализа характера распространенности элементного дисбаланса детей г. Магадана и с целью установления региональной нормы рассчитаны границы стандартных центильных интервалов. В качестве соответствующего физиологическому содержанию химических элементов в волосах детей рассматривался интервал от 25 до 75 перцентиля. При сравнении наших данных с референтными значениями в аналогичной группе лиц видно, что почти все интервальные показатели и средние концентрации элементов в г. Магадане отличаются в меньшую сторону, кроме Na и Ni у мальчиков, Mn у девочек, Cr и Si у детей обоего пола (табл. 1).
Нами установлено, что в возрастном периоде 7–14 лет проявляются более выраженные, чем у дошкольников, нарушения баланса МЭ, связанные с пониженным уровнем содержания в организме основных жизненно необходимых химических элементов. Причиной этому могут быть физиологические гормональные перестройки, изменения режима и рациона питания, умственные и физические нагрузки в учебном заведении. Так, у 74 % детей выявлен дефицит Mg, у 63 % – Co, у 54 % – Ca, у 41 % – K и Se, у 34 % – Mn, у 30 % – I, у 29 % – Cr, Cu и Zn. Значительный избыток выявился лишь по двум элементам: Si у 36 % обследованных детей, Fe – у 24 % и Na – у 24 %. Следует отметить, что дефицит жизненно важных химических элементов в организме детей Магаданского региона может явиться постоянно действующим фактором, способствующим комплексному нарушению минерального обмена.
Таблица 1
Содержание химических элементов в волосах детей 7–14 лет г. Магадана, (M ± m, мкг/г)
МЭ |
Обследованные лица |
Границы физиологической нормы для здоровых лиц от 1 года до 18 лет (А.В. Скальный, 2003) |
||||
Девочки (n = 68) |
Мальчики (n = 50) |
|||||
M ± m |
P25–P75 |
M ± m |
P25–P75 |
Нижняя |
Верхняя |
|
Al* |
11,75 ± 0,83 |
6,67–14,75 |
14,09 ± 0,93 |
8,92–18,14 |
9 |
23 |
As |
0,11 ± 0,02 |
0,04–0,10 |
0,15 ± 0,02 |
0,05–0,25 |
0,00 |
0,69 |
B* |
0,59 ± 0,04 |
0,33–0,85 |
1,23 ± 0,11 |
0,67–1,36 |
– |
– |
Be* |
0,004 ± 0,0005 |
0,003–0,003 |
0,003 ± 0,0004 |
0,003–0,003 |
0,00 |
0,01 |
Ca* |
425,75 ± 56,68 |
221,53–427,75 |
281,81 ± 25,65 |
162,18–311,58 |
254 |
611 |
Cd* |
0,07 ± 0,01 |
0,01–0,10 |
0,16 ± 0,03 |
0,02–0,23 |
0,03 |
0,18 |
Co |
0,06 ± 0,01 |
0,01–0,09 |
0,06 ± 0,01 |
0,01–0,09 |
0,02 |
0,11 |
Cr |
0,55 ± 0,05 |
0,24–0,89 |
0,63 ± 0,05 |
0,41–0,77 |
0,26 |
0,70 |
Cu |
9,11 ± 0,27 |
7,73–10,33 |
9,61 ± 0,46 |
7,75–10,52 |
8 |
12 |
Fe |
22,86 ± 2,12 |
13,15–24,80 |
26,49 ± 3,71 |
13,27–27,06 |
13 |
27 |
Hg* |
0,26 ± 0,01 |
0,18–0,33 |
0,21 ± 0,02 |
0,11–0,29 |
– |
– |
I |
0,56 ± 0,05 |
0,3–0,71 |
0,50 ± 0,04 |
0,3–0,62 |
– |
– |
K* |
97,42 ± 20,15 |
19,6–75,71 |
307,64 ± 58,64 |
71–365,9 |
53 |
663 |
Li |
0,03 ± 0,01 |
0,01–0,02 |
0,03 ± 0,01 |
0,01–0,04 |
0,00 |
0,04 |
Mg* |
43,42 ± 6,85 |
16,55–43,03 |
18,43 ± 2,05 |
12,44–21,32 |
18 |
56 |
Mn* |
1,05 ± 0,21 |
0,48–0,95 |
0,56 ± 0,04 |
0,37–0,75 |
0,32 |
0,93 |
Na* |
220,38 ± 45,25 |
63,23–206,58 |
593,78 ± 101,73 |
121,90–716,20 |
75 |
562 |
Ni |
0,56 ± 0,15 |
0,12–0,49 |
0,54 ± 0,07 |
0,14–0,90 |
0,15 |
0,55 |
P |
148,13 ± 2,96 |
130,07–162,85 |
142,29 ± 2,53 |
131,86–154,28 |
118 |
156 |
Pb* |
0,51 ± 0,08 |
0,15–0,72 |
1,98 ± 0,61 |
0,38–1,94 |
0,76 |
2,73 |
Se |
0,76 ± 0,09 |
0,32–0,84 |
0,72 ± 0,09 |
0,32–0,98 |
0,65 |
2,43 |
Si* |
56,10 ± 6,91 |
18,67–79,46 |
39,10 ± 6,25 |
15,54–37,44 |
10 |
27 |
Sn |
0,48 ± 0,09 |
0,08–0,31 |
0,7 ± 0,12 |
0,13–1,06 |
– |
– |
V |
0,10 ± 0,01 |
0,04–0,11 |
0,10 ± 0,01 |
0,05–0,12 |
– |
– |
Zn* |
183,8 ± 9,36 |
148,66–190,15 |
160,58 ± 5,60 |
140,05–176,45 |
94 |
183 |
Примечание: * – достоверные половые отличия при р < 0,05; полужирным шрифтом отмечены концентрации за пределами нормальных значений; «–» – нет данных; P25-P75 – диапазоны концентраций МЭ между 25-м и 75-м перцентилями.
Характерно, что содержание в волосах детей условно-эссенциальных и токсичных элементов в целом не выходит за рамки физиологической нормы, однако в единичных случаях встречается избыток Al и Ni у девочек, Pb у мальчиков, Cd, Li, Sn у детей обоего пола (рисунок).
Элементный «портрет» детей 7–14 лет г. Магадана. Примечание: включены элементы, характеризующиеся частотой избытка или дефицита в исследуемой группе более 20 % от общего числа: сплошная линия – девочки, пунктирная – мальчики
При оценке корреляционных взаимосвязей между микроэлементами установлены существенные отличия. Так, в группе девочек наибольшее число достоверных связей между микроэлементами было установлено с йодом и составило 14, в то время как в группе мальчиков этот элемент образует лишь одну корреляционную связь с фосфором. Цинк в группе мальчиков образует 10 достоверных отрицательных взаимосвязей, а у обследованных девочек Zn не связан ни с одним другим элементом корреляционной плеяды. Отметим, что и никель в группе мальчиков имеет 3 достоверные связи, а в группе девочек не образует ни одной. Другим важным отличием в структуре корреляционных плеяд девочек и мальчиков было выявление ряда элементов, образующих сильные достоверные связи только в одной из групп обследованных детей. Так, Ca, Mg, Mn, K, Na образуют сильные корреляционные взаимодействия только в группе девочек, а Fe, Li, Mg – в группе мальчиков (табл. 2).
Таблица 2
Матрицы коэффициентов корреляции между микроэлементами девочек и мальчиков 7–14 лет, проживающих в г. Магадане
Девочки
|
Al |
As |
Ca |
Co |
Cr |
Fe |
K |
Mg |
Mn |
Na |
Pb |
Sn |
V |
Йод |
В |
Al |
1 |
||||||||||||||
As |
0,25 |
1 |
|||||||||||||
Ca |
0,12 |
-0,03 |
1 |
||||||||||||
Co |
0,47 |
0,28 |
0,10 |
1 |
|||||||||||
Cr |
0,58 |
0,52 |
-0,01 |
0,47 |
1 |
||||||||||
Fe |
0,32 |
-0,11 |
0,59 |
0,17 |
0,18 |
1 |
|||||||||
K |
0,28 |
0,06 |
-0,08 |
-0,04 |
0,21 |
-0,03 |
1 |
||||||||
Mg |
-0,02 |
-0,18 |
0,89 |
0,00 |
-0,16 |
0,53 |
-0,07 |
1 |
|||||||
Mn |
0,11 |
-0,13 |
0,95 |
0,09 |
-0,09 |
0,62 |
-0,09 |
0,89 |
1 |
||||||
Na |
0,27 |
0,21 |
-0,05 |
0,06 |
0,30 |
0,00 |
0,86 |
-0,09 |
-0,07 |
1 |
|||||
Pb |
0,51 |
-0,08 |
0,09 |
0,32 |
0,17 |
0,15 |
0,09 |
0,17 |
0,13 |
-0,05 |
1 |
||||
Sn |
0,40 |
0,41 |
0,00 |
0,44 |
0,50 |
0,16 |
-0,03 |
-0,10 |
-0,09 |
0,10 |
0,18 |
1 |
|||
V |
0,20 |
0,37 |
-0,12 |
0,24 |
0,42 |
-0,16 |
0,17 |
-0,19 |
-0,14 |
0,24 |
-0,01 |
0,12 |
1 |
||
Йод |
0,35 |
-0,20 |
0,24 |
0,51 |
0,20 |
0,36 |
0,08 |
0,13 |
0,33 |
0,12 |
0,26 |
0,27 |
0,24 |
1 |
|
В |
0,47 |
0,17 |
0,20 |
0,19 |
0,34 |
0,01 |
0,46 |
0,31 |
0,16 |
0,34 |
0,11 |
0,15 |
0,54 |
0,45 |
1 |
Мальчики |
|||||||||||||||
|
Al |
As |
Cd |
Co |
Cr |
Fe |
K |
Li |
Mg |
Na |
Pb |
Se |
Sn |
Hg |
Ве |
Al |
1 |
||||||||||||||
As |
0,17 |
1 |
|||||||||||||
Cd |
0,06 |
0,09 |
1 |
||||||||||||
Co |
0,15 |
0,24 |
0,42 |
1 |
|||||||||||
Cr |
0,51 |
0,29 |
0,12 |
0,54 |
1 |
||||||||||
Fe |
0,22 |
-0,08 |
-0,09 |
-0,14 |
0,02 |
1 |
|||||||||
K |
0,26 |
-0,06 |
0,43 |
0,17 |
0,34 |
0,08 |
1 |
||||||||
Li |
0,07 |
-0,11 |
0,00 |
0,08 |
0,12 |
0,82 |
0,04 |
1 |
|||||||
Mg |
0,22 |
-0,10 |
-0,13 |
-0,15 |
0,04 |
0,84 |
-0,05 |
0,82 |
1 |
||||||
Na |
0,03 |
0,05 |
0,34 |
-0,06 |
-0,04 |
0,13 |
0,55 |
0,01 |
0,02 |
1 |
|||||
Pb |
0,35 |
-0,12 |
0,42 |
0,46 |
0,54 |
0,07 |
0,68 |
0,12 |
-0,05 |
0,05 |
1 |
||||
Se |
0,00 |
0,53 |
0,05 |
0,18 |
0,24 |
-0,18 |
-0,01 |
-0,12 |
-0,29 |
0,03 |
-0,10 |
1 |
|||
Sn |
0,10 |
0,32 |
0,59 |
0,20 |
0,26 |
-0,12 |
0,11 |
0,00 |
-0,12 |
0,23 |
0,08 |
0,49 |
1 |
||
Hg |
0,51 |
0,58 |
0,16 |
0,39 |
0,31 |
0,13 |
0,01 |
0,20 |
0,22 |
0,06 |
0,26 |
0,19 |
0,09 |
1 |
|
Ве |
0,12 |
0,61 |
-0,04 |
0,04 |
0,48 |
-0,08 |
0,55 |
-0,09 |
-0,09 |
0,40 |
0,02 |
0,27 |
-0,08 |
0,33 |
1 |
Примечание: полужирным шрифтом выделены средние и сильные коэффициенты корреляции при p < 0,05.
На основании числа корреляционных связей суммы их коэффициентов и числа элементов, объединенных в плеяды, нами был рассчитан уровень адаптированности (сбалансированности) системы. Оказалось, что в группе девочек сумма коэффициентов корреляции без учета знака составила 30,18, а уровень адаптированности системы согласно формуле расчета – 95,38 усл. ед. В группе мальчиков сумма коэффициентов корреляции без учета знака составила 28,67, а значение уровня адаптированности системы – 79,13. Обращает на себя внимание, что значение адаптационного потенциала у девочек выше, чем у мальчиков. Аналогичную картину, иллюстрирующую тот факт, что функциональные системы организма девочек являются более устойчивыми в условиях постоянного действия экстремальных факторов, мы получили в результате ранее проведенного исследования элементного портрета детей-дошкольников г. Магадана [3].
Заключение
Таким образом, полученные результаты демонстрируют ярко выраженный элементный дисбаланс в организме детского населения 7–14 лет г. Магадана, представленный дефицитом эссенциальных микроэлементов Mg, Co, Ca, K, Se, Mn, I, Cr, Cu и Zn с одновременным избытком Si, Fe и Na.
Ввиду того, что хронический дефицит основных биоэлементов в условиях северных регионов создает благодатную почву для развития дисфункций систем организма и широкого спектра патологий в целом, и оказывает негативное влияние на процессы роста и полового развития детей в частности, не оставляет сомнений необходимость строгого контроля сбалансированности питания в комплексе с обоснованной коррекцией элементного статуса подрастающего поколения.
Рецензенты:
Горбачев А.Л., д.б.н., профессор ГОУ «Северо-Восточный государственный университет», г. Магадан;
Соловенчук Л.Л., д.б.н., профессор, главный научный сотрудник лаб. популяционной генетики Института биологических проблем Севера ДВО РАН, г. Магадан.
Работа поступила в редакцию 07.11.2012.