Заболевания костно-мышечной системы являются одной из причин, приводящих к длительной потере трудоспособности взрослого населения, инвалидности, ухудшению качества жизни человека, что ложится тяжелым бременем не только на семью больного, но и на общество в целом. С целью привлечения внимания к этой проблеме ВОЗ была организована Международная Декада Костей и Суставов (The Bone and Joint Decade 2000-2010), которая направлена на активизацию исследований по диагностике, лечению и профилактике этих состояний. В число приоритетных направлений отнесен и остеопороз.
Длительное время остеопороз считался болезнью пожилых людей, однако все чаще данная патология диагностируется у детей и подростков [2, 3]. Особенно остро проблема снижения минеральной плотности костной ткани стоит у населения, проживающего на территориях с высокой степенью химической нагрузки среды обитания [1, 4, 5, 8]. Вместе с тем известно, что нарушение накопления костной массы в детском возрасте создает основу развития остеопороза у взрослых [10].
К одному из факторов, влияющих на формирование остеопенического синдрома, некоторые авторы относят избыточное поступление в организм ребенка тяжелых металлов, которые в ходе длительной кумуляции, конкурентно взаимодействуя с кальцием, приводят к деминерализации костной ткани [6, 7, 9].
Среди промышленных выбросов высокотоксичных соединений в крупных промышленных центрах Пермского края доля марганца неуклонно возрастает (c 24,41 до 29,08 т за 2007-2009 гг.). Однако, несмотря на многочисленные исследования проблемы остеопороза и остеопении у детского населения промышленно развитых территорий, механизмы влияния марганца на процессы костного метаболизма пока остаются малоизученными.
Цель исследования - изучить влияние повышенного содержания в крови марганца на изменение активности маркеров костного метаболизма (N-остеокальцин и C-N концевые телопептиды, костный изофермент щелочной фосфатазы, тартрат-резистентная фосфатаза).
Материал и методы исследования
В клинике ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения Роспотребнадзора» обследовано 235 детей в возрасте 7-14 лет, из них 135 детей, проживающих на территориях с длительной техногенной нагрузкой. Группа сравнения представлена детьми с территорий относительного санитарно-гигиенического благополучия и была сопоставима по возрастному и гендерному составу.
В ходе исследования использован комплекс биохимических, иммунологических и химико-аналитических методов.
Оценка состояния костной ткани проводилась на остеоденситометре DTX-100 методом количественной рентгеновской абсорбциометрии в периферических отделах лучевой и локтевой кости. Оценку степени минерализации кости детей разных возрастов проводили по результатам показателей минерального состава кости дистальной зоны предплечья Z-шкалы [9].
Клинико-лабораторная диагностика выполнена с помощью гематологического «PS-5», автоматического биохимического «Skreen Master» и иммуноферментного «Stat Faх-2600» анализаторов. Показатели костного метаболизма (N-остеокальцин, C-N концевые телопептиды, костный изофермент щелочной фосфатазы, тартрат-резистентная фосфатаза) определяли методом моноклональных антител [9].
Исследования крови на содержание марганца выполнены на атомно-абсорбционном спектрофотометре Perkin Elmer 3110 с использованием в качестве окислителя ацетилено-воздушной смеси с детектированием в режиме пламенной атомизации, согласно методическим указаниям МУК 44.763-99-4.1.799-99 МЗ РФ.
Оценка аэрогенной нагрузки на территориях проведена на основе анализа данных об объемах и составе выбросов от стационарных и передвижных источников по материалам государственной статистической отчетности предприятий - форма 2ТП (воздух) «Отчет об охране атмосферного воздуха», ежегодных томов «Атмосфера. Предельно допустимые выбросы вредных веществ» или томов ПДВ отдельных предприятий. Информация об объемах и составе сбросов сточных вод в водные объекты обобщена в соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00 и СП 2.15.1059-01 и документацией Роспотребнадзора по Пермскому краю.
Накопление, первичную обработку, анализ и визуализацию информации проводили с использованием стандартных (SAS v.6.04, STATGRAF и др.) и специально разработанных программных продуктов. Проверка статистических гипотез относительно параметров моделей проводилась с использованием критериев Стьюдента и Фишера. Оценка достоверности различий показателей качественных характеристик изучаемых явлений проводилась по Z-тесту и критерию Фишера, а количественных характеристик - по двухвыборочному критерию Стьюдента. Оценка достоверности связи маркеров экспозиции с маркерами ответа проводилась по критерию χ2.
Результаты исследования и их обсуждение
Расчетные и натурные исследования качества атмосферного воздуха территории санитарно-гигиенического неблагополучия свидетельствуют о наличии длительной (многолетней) существенной техногенной нагрузки на население, прежде всего, высококумулятивными металлами I-II классов опасности, в том числе марганцем. Кратность превышения ПДКм.р.и с.с. по марганцу составляет до 3,2 раза.
Питьевое водоснабжение промышленного центра осуществляется из поверхностных водоемов, в которые с недостаточно очищенными стоками поступает более 1,3 т марганца/год, что сопровождается превышением предельно-допустимых концентраций по Mn до 14 ПДК.
На территории сравнения показатели качества атмосферного воздуха и питьевой воды соответствовали санитарно-гигиеническим нормативам.
Анализ результатов исследования контаминации биосред детей, проживающих на территории высокой техногенной нагрузки, выявил достоверное превышение референсных значений в крови по марганцу (0,0233 ± 0,0005 мг/дм³ при референсном уровне 0,0109 мг/дм³; р < 0,01). В группе сравнения содержание марганца составляло 0,0093 ± 0,0021 мг/дм³, что не имело различий с референсным уровнем. Таким образом, у детей основной группы уровень марганца в крови был в 2,5 раза выше аналогичного показателя группы сравнения.
В группе детей, проживающих на промышленно развитых территориях, по данным остеоденситометрии, диагноз остеопении ставился в среднем в 3,5 раза чаще, чем у детей группы сравнения (p = 0,0001), у каждого пятого ребенка диагностировалась вторая степень остеопенического синдрома. Дефицит костной массы у детей основной группы составлял 24%, в то время как в группе сравнения - 13% (р < 0,05).
Исследование состояния фосфорно-кальциевого обмена у детей основной группы выявило содержание кальция в сыворотке крови ниже нормы в 33% случаев и содержание фосфора на верхней границе нормы или выше её у 90% детей.
Результаты проведенных исследований маркеров, отражающих процессы метаболизма костной ткани у детей, проживающих в условиях высокой техногенной нагрузки, установили снижение у значительной части детей показателей ремоделирования костной ткани: активность костного изофермента щелочной фосфатазы ниже физиологически допустимой у 61% детей, показатель N-остеокальцина ниже физиологических значений в основной группе имели 33% детей. Содержание С-концевых телопептидов как маркера костной резорбции в основной группе выше допустимых значений выявлен у 47% детей. Активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы выше физиологически допустимой в основной группе имели 53% обследованных детей.
При сравнении показателей процессов костного ремоделирования у детей основной группы относительно группы сравнения установлено, что в основной группе активность костного изофермента щелочной фосфатазы и уровень N-остеокальцина были статистически достоверно ниже, чем в группе сравнения (р < 0,05). Сопоставление показателей, отражающих процессы снижения костной плотности, показало, что в основной группе содержание С-концевых телопептидов и активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы статистически достоверно выше группы сравнения.
С помощью математического моделирования параметров вероятности изменения маркеров костного метаболизма на фоне повышения содержания в крови марганца установлена взаимосвязь между пониженным уровнем маркера синтеза костной ткани - костным изоферментом щелочной фосфатазы и наличием в крови марганца в концентрациях, превышающих референсные пределы (D = 0,15).
Проведение количественной оценки вероятности и атрибутивного риска изменений маркеров костного метаболизма при повышении содержания в крови марганца выявило, что при увеличении концентрации до 0,0233 ± 0,0005 мг/дм3 вероятность снижения активности костного изофермента щелочной фосфатазы составляет 0,40, а атрибутивный риск - 1,9% (рис. 1).
Рис. 1. Модель зависимости активности костного изофермента щелочной фосфатазы
в сыворотке крови от уровня марганца в крови (мг/дм3)
Моделирование связей «содержание в крови марганца выше референсных пределов - клинико-лабораторные данные» позволило выявить адекватные модели с весьма высокой связью: повышение содержания Т4 свободного (D = 0,93); модель с заметной связью: понижение уровня гемоглобина (D = 0,55); модели с умеренной связью: повышение индекса эозинофилии (D = 0,44), скорости оседания эритроцитов (D = 0,49), снижение кальция (D = 0,39); модели со слабой связью: повышение уровня иммуноглобулина М (D = 0,13), фагоцитарного индекса (D = 0,16), общего билирубина (D = 0,16), снижение иммуноглобулинов G (D = 0,21), альбуминов (D = 0,22), глюкозы (D = 0,28) (рис. 2). Снижение содержания N-остеокальцина связано с повышением показателей специфической и иммунной защиты. Модели демонстрируют наличие слабой связи этого маркера с понижением фагоцитарного индекса (D = 0,09), IgM (D = 0,28) и высокой - с индексом эозинофилии (D = 0,80).
Таким образом, у детей, проживающих в условиях воздействия марганца, нарушение минеральной плотности кости в виде остеопенических состояний диагностируется в 3,5 раза чаще, чем у детей группы сравнения. Концентрации марганца на уровне более 0,0233 мг/дм3 супрессируют процессы синтеза костной ткани. Хроническое воздействие на организм марганца в концентрациях, превышающих референсные пределы, оказывает через иммунную систему, факторы неспецифической резистентности, белковый, минеральный обмены и систему крови стимулирующее действие на функцию остеокластов и усиливает деградацию коллагена I типа. Кроме того, возникающие под действием марганца нарушения в иммунной системе, системе неспецифической резистентности, гормональном статусе, углеводном обмене и системе крови провоцируют снижение синтеза белков костного матрикса.
Возникающие у детей изменения активности процессов костного метаболизма под влиянием хронического воздействия марганца могут стать одной из причин нарушений процессов накопления пиковой костной массы, что, в свою очередь, закладывает основы развития раннего остеопороза.
Рис. 2. Патогенетические механизмы влияния марганца на костный метаболизм
Список литературы
- Физическое развитие и заболеваемость детей Пермской области болезнями костно-мышечной системы / Б.В. Верихов, Н.В. Зайцева, О.Ю. Устинова, В.Б. Алексеев // Окружающая среда и здоровье: Сб. статей III Всероссийской науч.-практ. конф. - Пенза, 2006. - С. 52-55.
- Верихов Б.В., Зайцева Н.В., Устинова О.Ю. Остеопенический синдром у детей промышленно развитых территорий // ЗНиСО. Инф. бюлл. - 2007. - № 4. - С. 23-27.
- Верихов Б.В., Устинова О.Ю., Зайцева Н.В. Эпидемиологические аспекты изучения костно-мышечной патологии у детей (на примере Пермской области) // Гигиена и санитария. - 2007. - № 3. - С. 25-29.
- Гигиеническая оценка химического техногенного воздействия на состояние костно-мышечной системы у детей / Н.В. Зайцева, И.А.Пермяков, О.Ю. Устинова, Б.В. Верихов // Здоровье семьи - ХХI век: электронное периодическое издание. - 2010. - № 1 (1).
- Побел А.Н. Структурно-метаболические нарушения в костной ткани под влиянием экологических факторов // Остеопороз: эпидемиология, клиника, диагностика, профилактика и лечение. Харьков: Золотые страницы. - 2002. - С. 66-71.
- Ревич Б.А. Свинец и здоровье детей // Экологические и гигиенические проблемы здоровья детей и подростков. - М., 1998. - С. 134-160.
- Риггз Б.Л. Остеопороз: этиология, диагностика, лечение. - М.: Изд-во БИНОМ; СПб.: Невский диалект, 2000. - 560 с.
- Фаламеева О.В., Садовой М.А., Храпова Ю.В. Влияние техногенных факторов на возникновение и прогрессирование остеопороза // Хирургия позвоночника. - 2008. - № 2. - С. 70-76.
- Щеплягина Л.А., Моисеева Т.Ю., Коваленко М.В. Остеопения у детей: диагностика, профилактика и коррекция: пособие для врачей. - М., 2005. - 40 с.
- Fiona E.A., Charlotte E. Genetic and Environmental determinants of Peak Bone Mass in Young Men and Women // Bone Miner. Res. - 2002. - Vol. 17. - P. 1273-1279.
Рецензенты:
Акатова А.А., д.м.н., профессор кафедры адаптивной физической культуры, ГОУ ВПО «Пермский государственный педагогический университет», г. Пермь;
Аминова А.И., д.м.н., профессор кафедры экологии человека и безопасности жизнедеятельности, ГОУ ВПО «Пермский государственный университет», г. Пермь.
Работа поступила в редакцию 12.05.2011.
Библиографическая ссылка
Устинова О.Ю., Зайцева Н.В., Пермяков И.А., Вандышева А.Ю., Верихов Б.В. ВЛИЯНИЕ МАРГАНЦА НА КОСТНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ У ДЕТЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 9-2. – С. 314-317;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28150 (дата обращения: 25.04.2024).