ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 2, с. 151-163
ГЕОЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
УДК 556.3:624.131
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ НЕФРОЛИТОВ КАК МАРКЕР ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЧЕЛОВЕКА
© 2007 г. Э. В. Сокол*, Е. Н. Нигматулина*, А. Ю. Чиглинцев**, Д. Ю. Нохрин***, Н. В. Максимова*, А. В. Дарьин*, К. В. Золотарев****
*Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН **Городская клиническая больница № 6, г. Челябинск ***Уралъский филиал Всероссийского научно-исследовательского института ветеринарной санитарии, гигиены и экологии РАСХН ****Институт ядерной физики СО РАН Поступила в редакцию 20.05.2005 г.
После исправления 12.02.2006 г.
На Южном Урале существует около 20 биогеохимических провинций с повышенным содержанием Fe, Мп, V, П^ Сг, №, Си, Zn, As, Щ. Из-за высокой концентрации горнодобывающих производств и предприятий тяжелой промышленности здесь за последние 70 лет сформировались мощные техногенные аномалии. Постоянные очаги экологического напряжения предопределяют возникновение и закрепление ряда эндемических патологий среди коренного населения, для Южного Урала это почечнокаменная болезнь. На примере выборки из 123 образцов нефролитов (мочевых камней), принадлежащих коренным жителям Челябинской области, изучены особенности накопления в их составе 34 микроэлементов (П-Ц). Количественное определение элементов выполнено посредством современной модификации метода РФА СИ. Методами математической статистики выявлены три основных фактора, контролирующих микроэлементный состав нефролитов: региональный геохимический фон, фазовый состав камней и техногенные загрязнения. Для нефролитов жителей территории сосредоточения металлургических производств достоверно установлено обогащение Fe, Мп, Сг, V, П и Си. Предлагается рассматривать микроэлементный состав почечных камней как индикатор микроэлементного гомеостаза человеческого организма.
ВВЕДЕНИЕ
Существование зависимости микроэлементного состава биологических организмов от химических особенностей среды обитания сегодня не вызывает сомнений. При всем многообразии микрохимического состава растений и животных для ряда микроэлементов выявляется их прямая зависимость от содержания в среде обитания [4, 9]. Вместе с тем наследование микрохимического состава в трофических цепях геологический субстрат - почва - растения - млекопитающие не строго детерминировано. Здоровые биологические системы обладают эффективными механизмами самозащиты от воздействия элементов-ксенобиотиков. Однако долговременное воздействие токсичных соединений разрушает систему контроля микроэлементного гомеостаза и создает предпосылки для развития заболеваний. Наиболее хорошо изучена связь между эндемичными заболеваниями и геохимическим типом провинций [1, 27].
В течение последних 100 лет антропогенные потоки вещества приобретают глобальный характер, а индустриальный фактор становится преобладающим в региональных геохимических циклах редких элементов [9, 10, 23, 27]. В ланд-
шафтах, преобразованных деятельностью человека, их содержания могут на порядки превосходить величины, характеризующие естественный геохимический фон. Следствием этого является дестабилизация среды обитания, к которой вынуждены в кратчайшие сроки приспосабливаться все биотические элементы, включая человека [1, 8, 27].
Многочисленными исследованиями доказано, что почки - один из органов-мишеней в отношении воздействия и накопления токсичных элементов [1, 13, 15, 18, 24, 26]. Исследования микроэлементного состава почечных камней (нефролитов или уролитов) пока единичны, но они убедительно свидетельствуют, что эти патогенные биоминеральные образования концентрируют микроэлементы, унаследованные от плазмы крови в процессе образования мочи. В результате закрепления микроэлементов в составе мочевого камня происходит многократное суммирование малых доз, и возможна их фиксация даже в случае присутствия в среде следовых количеств. На этом основании нефролиты могут быть использованы как маркеры геохимического воздействия среды обитания на конкретный человеческий организм [12, 14, 17, 19, 22]. Цель данной работы - на мате-
риале представительной выборки уролитов, сформировавшихся при мочекаменной болезни у жителей Южного Урала - территории с контрастными природными и техногенными геохимическими аномалиями, - установить закономерности накопления в них микроэлементов и выявить основные факторы, контролирующие этот процесс.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для оценки качества среды обитания в пределах Челябинской обл. проведено ее эколого-гео-химическое районирование (рис. 1):
- г. Челябинск и входящий в его состав Металлургический район, выделенный вследствие высокой концентрации индустриальных предприятий в самостоятельный объект;
- шахтерские города Копейск и Коркино, а также г. Южноуральск, где расположена ГРЭС, работающая на углях Челябинского бассейна;
- города Кыштым, Озерск, Аргаяш, расположенные в зоне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа; в Кыштыме, кроме того, находится медеплавильный комбинат;
- г. Верхний Уфалей - центр добычи и производства никеля;
- города Миасс, Бакал - города горнозаводской зоны;
- г. Магнитогорск - центр черной металлургии на юге области;
- города Верхнеуралъск и Троицк - аграрные центры юга области.
Структура заболеваемости уролитиазом в Челябинской обл. изучена за период с 1994 по 2003 г. (по данным областного бюро медицинской статистики, форма № 12). Фазовый состав 123 уролитов, принадлежащих 100 больным мочекаменной болезнью и извлеченных в процессе проведения открытых операций, малоинвазивных пособий или отошедших самостоятельно, исследован посредством минералогического анализа [16, 29].
Их микроэлементный состав определен методом рентгенофлуоресцентного анализа на пучках синхротронного излучения (РФА СИ). Работа выполнена на станции РФА СИ Института ядерной физики СО РАН по методике [3]. Для проведения измерений 30-милиграммовые навески усредненных порошковых проб почечных камней прессовались в таблетки диаметром 5 мм с поверхностной плотностью - 0.04 г/см2. Магнитное поле в точке излучения равнялось 1.7 Т, энергия электронов в накопителе 2 ГэВ, ток в электронном пучке варьировал от 120 до 50 мА, время жизни пучка 6 час. Набор, энергетическая калибровка и запись спектров РФА осуществлялись с помощью программы Oxford WIN-MCA. Первичная обработка спектров проводилась программой AXIL. Для количественного определения Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo (К-серии) и оценки содержания Pb, Th, и U (L-серии) использовалась энергия 22 кэВ. Параллельно контролировалась возможность определения высоких (> 10 ppm) содержаний W, Hg, Tl и Bi. Для количественного определения Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Cs, Ba, La и Ce (К-серии) использовалась энергия 42 кэВ. Содержания элементов устанавливались методом внешнего стандарта, в качестве которого использовались эталонные образцы горных пород. В табл. 1 представлены оценки пределов обнаружения, диапазонов определяемых концентраций и стандартных отклонений при анализе почечных камней методом РФА СИ.
Валовый микроэлементный состав тканей почек 41 человека (фрагменты тканей были извлечены в Областном бюро судебно-медицинской экспертизы после случаев дорожно-транспортных происшествий) определен методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в диапазоне волн 160-800 нм. Измерения проводились на сканирующем спектрометре ARL 3410 (США), имеющем радиочастотный генератор с частотой 27.12 МГц и мощностью 650 Вт, плазменную горелку Mini-torch™ и распылитель Мейнхарда в струе аргона.
Таблица 1. Пределы обнаружения (С^) элементов, диапазон определяемых концентраций и стандартное отклонение при анализе почечных камней методом РФА СИ
Элемент СИт Диапазон концентраций Элемент СИт Диапазон концентраций
И 15 30-30000 10-3000 №** 0.5 1-150 0.3-10
V 10 20-1000 5-150 Мо** 0.5 1-100 0.3-10
Сг 5.0 10-1000 3-150 0.1 0.3-100 0.1-10
Мп 3.5 15-3000 5-300 Cd 0.1 0.3-100 0.1-10
Fe 2.0 10-5000 3-300 1п 0.1 0.3-100 0.1-10
№ 1.5 5-1000 1.5-100 Бп 0.2 0.4-100 0.1-10
Си 1.0 2-1000 0.5-75 БЬ 0.3 0.5-100 0.1-10
Zn 0.9 2-1000 0.5-75 Те 0.4 0.8-100 0.2-10
Аэ* 0.8 2-200 0.5-20 I 0.5 1-100 0.3-10
Ga 0.7 2-200 0.5-20 Сэ 0.5 1-100 0.3-10
Бе 0.5 1-100 0.3-10 Ва 1 2-5000 0.5-500
Вг 0.5 1-500 0.3-20 La 1 5-100 1.5-10
Rb 0.2 0.5-1000 0.1-50 Се 1 2-5000 0.5-500
Бг 0.3 1-5000 0.3-200 Ть*** 1 2-100 0.5-10
Y 0.5 1-500 0.3-50 и*** 1 2-100 0.5-10
Zг 0.5 1-500 0.3-50 W, Щ, РЬ* *** >5-10 г/т
Примечание. Единицы измерения концентрации ррт (1 ррт = 1 г/т = 10-4 мас. %).
* При содержании РЬ < As. ** Измерение по линиям Хр1. *** Измерения по линиям **** Метрологические характеристики зависят от состава анализируемых образцов.
В ходе статистической обработки результатов использовали сравнения средних концентраций методом Краскела-Уоллиса и дискриминантный анализ с переходом к каноническим осям. Дискриминантный анализ проведен прямой пошаговой техникой и позволил выделить две статистически значимые функции (%[30] = 131.77; Р < 0.001 2
и Х[ 14] = 58.51; Р < 0.001), включающие 15 химических элементов. Для выделения наиболее общих факторов, влияющих на концентрацию элементов в нефролитах, применяли факторный анализ методом максимального правдоподобия с последующим варимакс-вращением [21]. На основании критерия Кателла выделены три примерно равных по значимости фактора, объясняющих 30.5% общей дисперсии. В дискриминантный и факторный анализы включены все изученные элементы, кроме W, В1, 1п, Se и Те. Ввиду близости распределения концентраций большинства элементов к логнормальному и наличия нулевых значений, использовали вариант логарифмического преобразования данных: у' = у + 1). Вычисленные факторные шкалы использовали далее для оценки половых различий в элементном составе нефролитов (критерий Манна-Уитни), связи с
возрастом пациентов и долями минеральных фракций (критерий Спирмена). Во всех случаях различия считались статистически значимыми при вероятности нулевой гипотезы Р < 0.05
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.