Особенности физического развития и адаптации у детей в условиях антропогенного загрязнения среды обитания тяжелыми металлами 03. 02. 08 экология (биология)

На правах рукописи Пермяков Иван Александрович ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И АДАПТАЦИИ У ДЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ 03.02.08 – экология (биология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Пермь – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» и ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Научный руководитель: доктор медицинских наук ^ Устинова Ольга Юрьевна Официальные оппоненты: Воронов Георгий Анатольевич – доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», профессор кафедры биогеоценологии и охраны природы ^ Демаков Виталий Алексеевич – доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук, ФГБУН «Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук», директор Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Защита состоится 31 мая 2012 года в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 на базе Пермского государственного национального исследовательского университета по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, зал заседаний Ученого Совета. Адрес сайта: http://www.psu.ru E-mail: [email protected] Тел.: 8(342)239-62-17 Факс: 8(342)237-16-11 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного национального исследовательского университета. Автореферат разослан 26 апреля 2012 г. Ученый секретарь диссертационного совета Новоселова Лариса Викторовна ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Физическое развитие является интегральным показателем здоровья детского населения [Зайцева, Землянова, Щербина, 2006; Бобрищева-Пушкина и др., 2008]. Морфологическая и функциональная зрелость органов и систем определяет не только степень физического развития ребенка, но и адаптационные возможности детского организма [Келлер, Кувакин, 1998; Боева, Лещенко, 2009; Смагулов, Голобородько, 2009]. Физическое развитие подчиняется общебиологическим законам, а также в значительной мере зависит от социально-экономических, медико-биологических и экологических факторов [Федотова, 2005; Воронов, 2007; Прохоров, 2011]. Результаты исследований уровня физического развития детей, проживающих на территориях экологического неблагополучия, свидетельствуют о ретардационных процессах, проявляющихся задержкой физического развития, низкими показателями длины и массы тела, нарушениями остеогенеза, снижением резерва адаптационных возможностей детей [Мовчан, 2006; Ефимова и др., 2008; Васильев и др., 2012]. На промышленно развитых территориях среди многообразия химических факторов, оказывающих негативное воздействие на детей, значимое место принадлежит тяжелым металлам, обладающим высокой миграционной способностью в биосфере, склонностью к биоаккумуляции и длительным периодом выведения из организма [Година, Миклашевская, 1989; Куролап, Мамчик, Клепиков, 2006; Малхазова, Королева, 2008; Барановская и др., 2009]. Крупным источником загрязнения биосферы тяжелыми металлами являются предприятия черной и цветной металлургии [Косинова, Кустова, 2007; Рахманин и др., 2007]. Результаты исследований [Баранов, Кучма, Скоблина, 2008] подтверждают негативное влияние антропогенного загрязнения окружающей среды на здоровье детей, в тоже время, данных об особенностях его влияния на физическое развитие и адаптационные процессы у детей недостаточно. Мало изучена связь нарушений физического развития и адаптационных процессов с повышенным содержанием тяжелых металлов в крови. Не установлена роль тяжелых металлов в развитии соматометрических, физиометрических, адаптационных и обменных нарушений у детей, проживающих в условиях антропогенного загрязнения среды обитания. ^ Цель исследования: выявить и параметризировать взаимосвязь нарушений физического развития и адаптации у детей в условиях антропогенного загрязнения среды обитания тяжелыми металлами. ^ Задачи исследования: Провести оценку антропогенного загрязнения объектов среды обитания с выделением приоритетных тяжелых металлов, формирующих контаминацию биосред у детей (на примере территории размещения предприятия металлургического профиля). Изучить соматометрические, физиометрические, морфофункциональные особенности физического развития и функциональные показатели адаптации у детей в условиях антропогенного загрязнения среды обитания комплексом тяжелых металлов. Исследовать особенности обменных процессов у детей в условиях антропогенного загрязнения среды обитания комплексом тяжелых металлов. Установить и параметризировать связь нарушений физического развития, адаптационных и обменных процессов с повышенной контаминацией биосред тяжелыми металлами антропогенного происхождения. Разработать рекомендации к системе экологического мониторинга тяжелых металлов в объектах среды обитания на основании установленных особенностей физического развития и адаптационных процессов у детей. ^ Научная новизна: - установлено, что загрязнение селитебной территории в зоне влияния предприятия металлургического профиля свинцом, марганцем, никелем, хромом и ванадием выше ПДК обуславливает контаминацию крови у детей, превышающую референтный предел, при этом увеличение среднесуточной дозы тяжелых металлов в организме пропорционально увеличивает концентрацию контаминантов в крови; - доказано, что содержание в крови тяжелых металлов, превышающее референтный предел, увеличивает у детей частоту соматометрических, физиометрических и морфологических нарушений физического развития и снижает активность адаптационных процессов; - доказана детерминация нарушений физического развития, снижения активности адаптационных процессов и развития дисгомеостаза обменных процессов повышенным содержанием в крови свинца, марганца, никеля, хрома и ванадия антропогенного происхождения. ^ Практическая значимость работы: Результаты исследования особенностей физического развития и адаптационных процессов у детей, проживающих в условиях антропогенного загрязнения объектов среды обитания тяжелыми металлами, используются Управлением по охране окружающей среды Министерства природных ресурсов Пермского края при разработке и внедрении в практику природоохранных мероприятий на экологически неблагополучных территориях (акт внедрения от 15.03.2012 г.); Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю при планировании контрольно-надзорной деятельности, при организации системы социально-гигиенического мониторинга и проведении санитарно-гигиенических исследований по установлению причинно-следственных связей между факторами среды обитания и здоровьем населения г. Чусовой (акт внедрения от 10.04.2012 г.); при разработке методических документов: - пособие для врачей «Научно-методическое обоснование ранней диагностики и профилактики остеопенических состояний у детей, проживающих на территориях экологического неблагополучия» (утв. Ученым советом ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана 28.05.2010 г. протокол № 4); - пособие для врачей «Функциональная кардиоинтервалография как метод скринингового и диспансерного наблюдения за состоянием адаптационно-компенсаторных механизмов у детей» (утв. Ученым советом ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана 18.06.2010 г. протокол № 6); Результаты проведенных исследований используются ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» при разработке и реализации программ по оказанию специализированной профилактической помощи детям, проживающим на территориях с повышенным техногенным воздействием (акт внедрения от 02.02.2012 г.). Материалы исследования используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «Экология человека», «Техногенно-обусловленная патология», «Оценка последствий воздействия техногенной среды на человека», «Окружающая среда и здоровье», «Профилактика последствий техногенных воздействий на человека» студентам бакалавриата, специалитета и магистрантам биологического факультета по направлению «Экология и природопользование» Пермского государственного национального исследовательского университета (акт внедрения от 02.04.2012 г.). Результаты исследования внедрены в учебный процесс при преподавании дисциплины «Общая гигиена» на педиатрическом факультете и «Гигиена детей и подростков» на медико-профилактическом факультете ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера» Минздравсоцразвития России (акт внедрения от 03.04.2012 г.). Основные положения, выносимые на защиту: Загрязнение среды обитания тяжелыми металлами выше предельно допустимых концентраций детерминирует контаминацию крови, превышающую референтный уровень; Контаминация крови тяжелыми металлами предопределяет ретардацию физического развития и снижение адаптационных возможностей детей с формированием дисгармоничного развития, грациализации и децелерации; Повышенное содержание в крови тяжелых металлов обуславливает нарушения антиокислительной защиты, минерального и электролитного обменов, баланса гормонов и витаминов, снижение ферментативно-синтетической функции печени и костного метаболизма у детей; Совершенствование региональных и территориальных программ экологического мониторинга и природоохранных мероприятий целесообразно осуществлять с использованием данных о физическом развитии и состоянии адаптационных процессов у детей. ^ Апробация материалов диссертации проведена на совместном заседании кафедры экологии человека и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» и Ученого Совета ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» 20 марта 2012 года. Результаты исследования доложены и обсуждены на III Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз-Росссия 2010» (Н.Новгород, 2010), научно-практической конференции с международным участием «Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения в промышленно развитых регионах» (Пермь, 2010), II Международной студенческой научной конференции с участием молодых ученых «Клинические и теоретические аспекты современной медицины» (Москва, 2010), Международном конгрессе «Кардиология на перекрестке наук» совместно с V Международным симпозиумом по эхокардиографии и сосудистому ультразвуку, ХVII ежегодной научно-практической конференцией «Актуальные вопросы кардиологии» (Тюмень, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Новые возможности в диагностике, лечении и снижении смертности от сердечно-сосудистых заболеваний» (Москва, 2010), региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в биологии и экологии» (Пермь, 2010), III Международной научно-практической конференции «Состояние окружающей среды и здоровье населения» (Курган, 2011), II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения» (Пермь, 2011), ХІ Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей (Москва, 2012). ^ Личный вклад автора. Автор участвовал в отборе проб воздуха и воды на изучаемых территориях; осуществлял математическую обработку результатов натурных наблюдений; выполнил формирование базы данных источников загрязнения с последующим проведением расчетов рассеивания; разработал анкету, включающую 56 вопросов для оценки образа жизни, питания, социальных и наследственных факторов риска у исследуемых детей; провел анкетирование родителей и анализ индивидуальных карт развития детей; выполнил соматометрические и физиометрические исследования у 380 детей по 8 показателям; составлена база данных функциональных и лабораторных исследований с последующей математической обработкой полученных результатов; выполнено построение моделей причинно-следственных связей с последующим анализом их достоверности. Публикации. По результатам исследования опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных журналах и изданиях ВАК РФ. ^ Структура и объем диссертации. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 57 таблиц, 23 рисунка. Состоит из введения, обзора литературы, главы о материалах и методах, 5 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций, библиографии, включающей 178 отечественных и 63 зарубежных источников, 3 приложений. ^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы В главе представлен обзор научных публикаций об истории изучения физического развития детей, современных подходах и методах оценки физического развития и адаптации, особенностях физического развития детей, проживающих в различных условиях экологического благополучия среды обитания. Особое внимание уделено освещению известных на сегодняшний день последствий негативного влияния тяжелых металлов на организм человека. ^ Глава 2. Объекты, объем и методы исследования Объектом исследования являлись дети в возрасте 6-7 лет, проживающие на территории г. Чусовой в зоне воздействия предприятия металлургического профиля, формирующего загрязнение объектов среды обитания (атмосферный воздух, вода открытых водоемов, почва) комплексом тяжелых металлов (марганец, ванадий, свинец, хром, никель), а также, в сравнительном плане, дети, проживающие в относительно благоприятных экологических условиях – в пгт. Ильинский Пермского края. Предметом исследования являлись: основные параметры качества объектов среды обитания (воздух, вода) г. Чусовой и пгт. Ильинский, анкеты по перинатальным факторам развития детей, питанию, социально-экономическим данным, индивидуальные карты развития детей, протоколы оценки соматометрических и физиометрических исследований, протоколы клинических, функциональных и инструментальных исследований, информационные базы данных по результатам лабораторных исследований, межсистемные связи показателей загрязнения объектов среды обитания, уровня контаминации биосред, данных соматометрических, физиометрических, функциональных, инструментальных и лабораторных исследований. Направления, количественная характеристика объектов, материалы, методы и объемы исследования представлены в табл. 1. Углубленная оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и питьевых вод тяжелыми металлами на территории размещения предприятия металлургического профиля (г. Чусовой) и территории относительного экологического благополучия (пгт. Ильинский) проведена лабораторией ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» методом атомно-абсорбционной спектрометрии по РД 52.24.377-95. Таблица 1– Направления, материалы и методы исследований Направления исследований Объекты Методы анализа Комплексная сравнительная оценка уровня загрязнения среды обитания исследуемых территорий Атмосферный воздух, питьевая вода Химико-аналитические исследования Пространственно-временной анализ в среде ГИС ARC/View, версия 3.2. Математическое моделирование распространения вредных веществ в атмосферном воздухе с использованием программы УПРЗА «Эколог», версия 3,0 и «Эколог-средние» Оценка физического развития, биологического возраста, адаптации у детей, проживающих в различных условиях среды обитания Дети 6-7 лет, проживающие в различных условиях среды обитания: 278 человек из зоны высокого загрязнения среды обитания, 102 ребенка – территория относительного экологического благополучия Анкетирование по 56 позициям. Соматометрические, соматоскопические, физиометрические методы. Анализ данные карт индивидуального развития ребенка Оценка результатов функциональных и лабораторных исследований у детей, проживающих в различных условиях среды обитания Оценка состояния сердечно-сосудистой, дыхательной системы, опорно-двигательного аппарата, обмена веществ Протоколы кардиоинтервалографии, электрокардиографии, спирографии, остеоденситометрии, компьютерной топографии и плантографии, лабораторных исследований. Результаты химико-аналитических исследований Системный анализ взаимосвязей на базе математического моделирования Данные соматометрических, физиометрических, функциональных, инструментальных, лабораторных показателей, данные химико-аналитического исследования крови Математическое моделирование межсистемных взаимосвязей исследуемых показателей Для оценки и моделирования связи «содержание тяжелых металлов в объектах среды обитания – уровень содержания тяжелых металлов в крови» выполнен расчет среднесуточной дозы тяжелых металлов, поступающих с атмосферным воздухом (83 точки) и питьевой водой (16 точек). Сбор информации осуществлялся в соответствии с методическими рекомендациями Госкомсанэпиднадзора РФ «Унифицированные методы сбора данных, анализа и оценки заболеваемости населения с учетом комплексного действия факторов окружающей среды» [1996]. Обследование детей проводилось в составе выездных бригад и на базе стационарного педиатрического отделения ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» в течение 2009-2011 гг. Для изучения социальных факторов проводилось анкетирование родителей с последующим изучением локальных особенностей экологической ситуации места проживания ребенка, профессиональной деятельности родителей, наличия наследственных факторов у родственников. Исследовался социально-экономический статус семьи, рацион ежедневного питания, режим дня, а также двигательная активность ребенка. Для оценки общей резистентности детей, на основании анализа данных карт индивидуального развития, проанализирована частота заболеваемости ребенка на первом году и в течение всей жизни. Физическое развитие детей изучалось по унифицированной антропометрической методике с использованием стандартного инструментария [Волкова и др., 2004; Анциферова, 2007; Баранов, Кучма, Скоблина, 2008; Булацева, 2009; Баранов, Кучма, Сухарева, 2010] с исследованием морфологических (рост, масса тела, обхватные размеры, показатели амплитуды экскурсии грудной клетки, гармоничность развития, данные соматоскопии – число постоянных зубов) и физиометрических показателей (кистевая динамометрия, жизненная емкость легких). Для оценки распределения признаков применены региональные таблицы центильного типа (по Воронцову). Оценка гармоничности развития осуществлена на основе данных весо-ростовых показателей с использованием региональных центильных таблиц [Гачегов, Познянская, Чернова, 2001]. Оценка мышечной силы кисти детей проведена согласно действующим методическим рекомендациям Госкомсанэпиднадзора РФ «Оценка физического развития и состояния здоровья детей и подростков, изучение медико-социальных причин формирования отклонений в здоровье» [1996]. Оценка адаптационных возможностей проведена на основании данных физиометрических (жизненная емкость легких), функциональных (кардиоинтервалография, электрокардиография, спирография, индексы адаптационного потенциала) и инструментальных исследований (остеоденситометрия, компьютерная оптическая топография и плантография), выполненных сотрудниками клиники ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» в отделении функциональной диагностики (зав. отделением к.м.н. О.В. Возгомент). Исследование функции внешнего дыхания проводилось на спирографе «Schiller SP-10». Для оценки состояния ВНС применялся метод стандартной кардиоинтервалографии по Баевскому [1984] с помощью программно-аппаратного кардиоинтервалографа «Нейро-МВН-Нейро-Софт», г. Иваново, Россия, регистрационное удостоверение № 98/219-91, приказ МЗ и СР № 735 от 30.10.2006 г. Исследование сердечно-сосудистой системы выполнено путем записи электрокардиограммы на аппарате «Schiller AT-10». Оценка патологии стоп осуществлялась с помощью компьютеризированного комплекса «ПОДОСКАН-МБН», г. Москва, Россия, регистрационное удостоверение № ФС 022а2006/3225-06 от 29.05.2006 г. Исследование позвоночника проведено на компьютерном оптическом топографе «ТОДП», г. Новосибирск, Россия, регистрационное удостоверение № ФСР 2011/10456 от 13.04.2011 г. Оценка состояния костной ткани проводилась на остеоденситометре «DTX-100» методом количественной рентгеновской абсорбциометрии в периферических отделах лучевой и локтевой кости. Для оценки влияния тяжелых металлов на гомеостаз белкового, углеводного, жирового, минерального, гормонального и витаминного обменов, состояния антиоксидантной системы у детей, были использованы результаты химико-аналитического исследования тяжелых металлов в крови (ванадия, марганца, хрома, никеля и свинца) методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии 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. Исследования выполнены лабораторией химико-аналитического отдела ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» Роспотребнадзора (зав. отделом д.б.н. Т.С. Уланова). Лабораторная диагностика выполнена с помощью гематологического «PS-5» (Венгрия), автоматического биохимического «Skreen Master» (США) и иммуноферментного «Stat Faх-2600» (США) анализаторов. Определение гормонов проведено методом ИФА с использованием наборов фирмы «Хема-Медика» (Москва). Показатели костного метаболизма определяли методом моноклональных антител с использованием наборов «Elisa Kit» Дания (N остеокальцин и C-N концевые телопептиды), «BAP» США (костный изофермент щелочной фосфатазы), «BioVendor» Чехия (тартрат-резистентная фосфатаза). Все исследования выполнены по унифицированным методикам в лабораториях ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» [Клиническое руководство…, 2003] (зав. отделами: д.м.н. М.А. Землянова, д.м.н. О.В. Долгих). Причинно-следственные связи содержания тяжелых металлов в крови с соматометрическими, физиометрическими, функциональными, морфологическими и лабораторными показателями описывали с использованием модели логистической регрессии [Четыркин, 1977]. Анализ информации проводили в пакете статистического анализа Statistica 6.0 и специально разработанных программных продуктов, сопряженных с приложениями MS-Offise. Математическая обработка осуществлялась с помощью параметрических методов вариационной статистики; для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Фишера (оценка адекватности моделей и относительных результатов статистических исследований) и критерий Стьюдента (сравнение групп по количественным признакам). Различия полученных результатов являлись статистически значимыми при р≤0,05 [Гланц, 1998].

Похожие:

	Из состояния окружающей среды на примере загрязнения снега, круговорот воды в природе и загрязнение окружающей среды взаимосвязано Данная работа посвящена оценке загрязнения территории городского поселения от источников антропогенного воздействия на основе исследования...		Аннотация дисциплины «Химическое загрязнение почв» Общая трудоемкость дисциплины составляет Источники и пути химического загрязнения почв. Важнейшие природные и антропогенные источники химического загрязнения биосферы и основные...
	Роль приоритетных химических факторов в комплексной оценке среды обитания на примере северных территорий восточной сибири 03. 00. 16. «Экология» Работа выполнена на кафедре физического воспитания в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования...		Исхакова Элина Ураловна Своеобразный и очень опасный для здоровья человека вид загрязнения среды обитания шумовое загрязнение. Из вредных факторов окружающей...
	Влияние электромагнитного излучения на здоровье человека. Номинация «Экология человека» Электромагнитное излучение увидеть невозможно, и потому люди его не опасаются. Масштабы электромагнитного загрязнения нашей среды...		Аннотация дисциплины «Ноксология» Общая трудоемкость Целью дисциплины является изучение особенностей среды обитания и антропогенного воздействия на природу современных технологий и их...
	К вопросу адаптации студентов-первокурсников к учебной деятельности в вузе Аннотация: в статье рассматриваются особенности развития личности студента, основные вопросы адаптации студентов-первокурсников,...		Особенности адаптации детей до года с перинатальным поражением нервной системы к физической нагрузке а. Н. Налобина, к б. н., доцент, Стёпочкина Е. С Особенности адаптации детей до года с перинатальным поражением нервной системы к физической нагрузке
	Эколого-биологические особенности некоторых видов рода pulsatilla mill. В условиях удмуртской республики >03. 02. 08 экология (биология) 03. 02. 01 ботаника Эколого-биологические особенности некоторых видов рода pulsatilla mill. В условиях удмуртской республики		Ответы на задания 2 тура. Место отбора пробы сквер им. Маяковского Данная работа посвящена оценке загрязнения территории городского поселения от источников антропогенного воздействия на основе исследования...