«Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова»
| Вид материала | Автореферат |
- Девиантного поведения современного школьника, 5871.74kb.
- Л. Н. Винокуров Клинические аспекты, 1052.84kb.
- В социальной работе, 3773.24kb.
- Учебное пособие Ярославль-2007 удк 339. 13(075. 8) Ббк, 3230.47kb.
- Постнов антон Сергеевич механизм детерминации правоприменительных актов, 333.31kb.
- Учебное пособие Ярославль-2007 удк 339. 13(075. 8) Ббк, 3201.01kb.
- Основные направления трансперсональной психологии, 6113.3kb.
- В. В. Новиков доктор философских наук, профессор, 6767.36kb.
- Социально-экономическое и общественно-политическое развитие Советской России в 1920-е, 671.41kb.
- Военная разведка и контрразведка античного рима (III в до н э. IV в н. э.), 425.65kb.
На правах рукописи
СТЕПАНОВА
Марина Вячеславовна
СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТОКСИЧНЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И БИОСУБСТРАТАХ ДЕТЕЙ - ДОШКОЛЬНИКОВ НА СЕЛЬСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
(НА ПРИМЕРЕ ЯРОСЛАВСКОЙ ОБЛАСТИ)
03.02.08 –Экология (биология)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Оренбург – 2012 г.
Работа выполнена в Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова» Министерства образования и науки Российской Федерации.
Научный руководитель:
| кандидат биологических наук, доцент | ЕРЕМЕЙШВИЛИ Автандил Владимирович |
Официальные оппоненты:
| доктор биологических наук, профессор, ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» | СЕТКО Нина Павловна |
| доктор биологических наук, профессор, Институт биологии внутренних вод РАН | ЧУЙКО Григорий Михайлович |
Ведущая организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет
Предполагаемая дата защиты диссертации 16 февраля 2012 г. в ____часов на заседании диссертационного совета Д 208.066.03. при Оренбургской государственной медицинской академии в зале заседаний диссертационного совета по адресу: Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Советская, д. 6, телефон: (3532) 40-35-62, факс (3532) 77-24-59, e-mail: ogma_ds1@esoo.ru, официальный сайт: htt.www.orgma.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО Оренбургская государственная медицинская академия Минздравсоцразвития России.
Автореферат разослан «__» _____________2012 г., автореферат и текст объявления размещены на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор медицинских наук,
профессор Немцева Наталия Вячеславовна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В течение последних лет в России наблюдаются негативные медико-демографические тенденции в состоянии здоровья детского населения: снижается численность детей, растут показатели младенческой и детской смертности, отмечается стойкое повышение показателей заболеваемости, неблагоприятное изменение ее структуры, выявляется децелерация физического развития (Иванов, 2003; Боев, 1994, 2002; Боев, Быстрых, 2004; Быстрых, 1995; Alexiou,1980; Bertazzo et al, 1996). Одной из причин ухудшения состояния здоровья детей является отрицательное влияние загрязнения окружающей среды (Карпова и др., 1995, Боев, 1995; Bowen, 1979). Изменения в состоянии здоровья детей происходят на фоне социально-экономической, политической нестабильности, продолжающегося ухудшения экологической ситуации (Боев, 2002). Как известно состояние здоровья населения является главным системообразующим фактором в науке о человеке и основным общепринятым критерием оценки качества окружающей среды (Аверьянов и др., 2003, Воронкова, 2004; Скальный, 2000; Авцын и др., 1991, Сетко, 2002; Chiba et al, 2004).
Физиологический баланс микроэлементного состава в организме человека является обязательным условием для обеспечения нормальной жизнедеятельности и поддержания здоровья. Общепризнанной в обеспечении нормальной жизнедеятельности и поддержании здоровья является значительная роль микроэлементов (МЭ), в число которых входят и некоторые токсичные тяжелые металлы (ТТМ) (Авцын и др., 1991; Скальный, 2000, 2003, 2005; Боев, 2004). Загрязнение окружающей среды ТТМ и другими химическими веществами вызывает функциональные и органические изменения в организме человека (Быстрых и др., 1995; Сетко, 2004). Наиболее чувствительным контингентом к воздействию загрязнения окружающей среды является детское население (Аверьянова, 1994; Воронкова, 2004; Сетко, 2002; Табаку, 2001; Бережков, 1986).
В последнее время в ряде регионов отмечается усиливающийся дисбаланс качественного и количественного содержания эссенциальных и токсичных микроэлементов в объектах окружающей среды (воздух, природная вода), депонирующих средах (снежный и почвенный по кров), питьевой воде, растениях и др. (Чеснокова, 2004; Воронкова, 2004; Онищенко, Епифанова, 1993; Боев, 2002, Шитова, 2005). По данным Доклада о состоянии и охране окружающей среды Ярославской области (2004, 2010) среди тяжелых металлов цинк и медь являются приоритетными загрязняющими веществами водемов и атмосферного воздуха Ярославской области. Однако исследований по уровню содержания данных микроэлементов в депонирующих средах в объектах окружающей среды Ярославской области в литературе не найдено. Так же в опубликованных отчетах (2004, 2010) указывается, что качество атмосферы за период с 2003 по 2008 гг. ухудшилось в результате увеличения выбросов от автотранспорта, в которых содержится большое количество свинца и кадмия. Как известно, цинк, медь, кадмий и свинец в основном поступают в организм человека из объектов окружающей среды с пищей (Авцын и др., 1991). Исследования по определению уровня содержания микроэлементов в объектах окружающей среды и в организме детей дошкольного возраста ведутся в Москве, Татарстане, Таджикистане и Ивановской области. Региональные особенности загрязнения атмосферного воздуха, воды, почвы микроэлементами, способных к межсредовым переходам и аккумуляции в организме людей, проживающих на сельскохозяйственных и урбанизированных территориях Ярославского региона лишь неполно отражены в работах Шитовой Е.В. (2003, 2005). При этом, недостаточно внимания уделяется эффектам антагонизма и синергизма элементов в условиях полиэлементного загрязнения окружающей среды, миграционной способности и межсредовому переходу металлов и, как следствие, их кумуляции в организме человека. Все это делает актуальным исследования в данном направлении.
Цель и задачи исследования.
Целью исследования явилось изучение содержания некоторых микроэлементов, в том числе токсичных металлов, в объектах окружающей среды и биосредах детей дошкольного возраста сельской и промышленной территорий Ярославской области.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
1. Оценить качественное и количественное содержание микроэлементов и токсичных металлов (Zn, Cu, Pb и Cd) в окружающей среде - питьевой воде, продуктах питания и депонирующих средах (снег, почва), на исследуемой территории.
2. Изучить качественное и количественное содержание исследуемых металлов в биосредах (волосы, ногти) детей дошкольного возраста, проживающих с момента рождения в разных экологических условиях: на сельскохозяйственных и промышленных территориях.
3. Установить взаимосвязь содержания микроэлементов и токсичных металлов в окружающей среде с уровнем их аккумуляции в организме человека.
4. Изучить колебания уровня содержания микроэлементов и токсичных металлов в биосредах детей дошкольного возраста в зависимости от пола, времени года, показателей физического развития, а также состояния здоровья дошкольников.
5. Обосновать миграционную способность Zn, Cu, Pb и Cd с целью определения приоритетных источников их поступления на сельскохозяйственной и агропромышленной территориях.
Научная новизна. Впервые установлено увеличение уровня содержания в депонирующих средах исследуемых МЭ и ТТМ: по результатам микроэлементного исследования почвы и снежного покрова показано, что сельская территория характеризуется низким и средним уровнем загрязнения, а агропромышленная – средним и высоким. Выявлено, снижение концентрации металлов в окружающей среде исследованных территорий по мере удаления от дороги. В питьевой воде сельской местности отмечено повышение концентрации Zn и снижение – Pb, Cu; а промышленной - увеличение содержания Cu и снижение– Zn, Pb. В овощных культурах сельской территории, по сравнению с промышленной, отмечено более высокое содержание Zn и Cu, и более низкое – Pb и Cd.
Установлено, что микроэлементный состав биосубстратов детей, проживающих в урбанизированной местности характеризуется повышенным содержанием Cu и Pb, а в сельскохозяйственной – повышенным уровнем Pb, Cd и пониженным содержанием - Zn. Полученные данные свидетельствуют о том, что в структуре питания городских и сельских дошкольников имеются различия, связанные со средой обитания и уровнем потребления эсенциальных МЭ.
Впервые для исследованных территорий показаны особенности межсредового перехода металлов. Установлено, что источником поступления металлов в организм детей, проживающих в сельской местности, является природная среда, тогда как для промышленной территории характерны смешанные источники. Выявлено, что источники поступления в организм детей Zn и Cu природные, Pb – антропогенные, а Cd – природно-антропогенные.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные о содержании Zn, Cu, Pb и Cd в окружающей среде Ярославского региона расширили знания в области микроэлементологии и дополнили уже имеющиеся данные по России в целом. Выявленное присутствие изученных полютантов в биосубстратах детей дошкольного возраста свидетельствует об их поступлении в организм из среды проживания детей и о влиянии на алиментарный статус дошкольников.
Практическое значение работы заключается в том, что её результаты можно использовать при определении фоновых уровней содержания исследованных МЭ и ТТМ в объектах окружающей среды Ярославского региона. Выявленные в ходе мониторинговых исследований тенденции в содержании МЭ и ТТМ и результаты оценки микроэлементного статуса детей по уровню содержания Zn, Cu, Pb и Cd важны для сравнения аналогичных показателей, полученных в других городах России.
Представленные данные являются составной частью работы, проводимой в рамках научной программы «Создание регионального блока Атласной информационной системы «Устойчивое развитие России» на примере Ярославской области» УР.08.01.015.
Внедрение результатов исследования в практику. По результатам исследования разработан курс лекций по здоровому образу жизни для детей дошкольного возраста, который внедрен в работу дошкольных образовательных учреждений городов Углича и Ярославля (акты внедрения от .04.2011г, 04.2011г, 04.2011г). Результаты исследования включены в курс лекций «Безопасность жизнедеятельности» на факультете биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова (акт внедрения от .04.2011г).
Положения, выносимые на защиту:
1. С возрастанием уровня содержания МЭ и ТТМ в объектах окружающей среды возрастает их уровень аккумуляции в биосубстратах у детей.
2. Концентрация исследованных МЭ и ТТМ в биосубстратах детей дошкольного возраста зависит от эндогенных (уровня содержания микроэлементов – антагонистов, пола, возраста, цвета волос, показателей физического развития, врожденных, хронических, перенесенных в течение года заболеваний и др.) и экзогенных факторов (времени года, уровня поступления микроэлементов с пищей и из объектов окружающей среды).
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на международной конференции «Экология сопредельных территорий» (Новосибирск, 2008), на V всероссийском симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2010), на Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием «Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения» (Санкт – Петербург, 2008), «Экология и здоровье: проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий, профилактики заболеваемости и устойчивого развития» (Вологда, 2010), «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов» (Ярославль, 2007), на научной конференции «Научно-исследовательская деятельность в классическом университете ИВГУ-2003» (Иваново, 2003), студенческая научная конференция ЯрГУ им. П.Г. Демидова (Ярославль, 2003, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем исследований. Диссертация изложена на 239 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследования, главу собственных исследований, заключение, список литературы, приложения. Работа иллюстрирована 24 таблицами и 43 рисунками. Библиографический указатель содержит 203 отечественных и 49 иностранных источников.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования. Исследования проводили в период 2003 - 2009 гг. с помощью комплекса современных экологических, биологических и статистических методов на двух территориях Ярославской области: г. Угличе - населенном пункте поселково-городского типа с преобладанием сельскохозяйственных территорий с развитым животноводством (крупный рогатый скот, птицеводство), существующими сельскохозяйственными предприятиями во всех микрорайонах города (Левый берег, Центр, Солнечный и Часовой завод), а также во Фрунзенском районе г. Ярославля с развитым нефтеперерабатывающим, химическим, машиностроительным и теплоэнергетическим комплексом. На выбранных территориях осуществлена комплексная мониторинговая оценка уровня содержания МЭ и ТТМ - цинка, меди, кадмия и свинца и некоторых других элементов. Анализ металлов выполнен на базе лаборатории ЯрГУ им. П.Г. Демидова методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе АКВ-07МК ("Аквилон", г. Москва). Процедуру пробоподготовки и определения содержания металлов проводили методом добавок в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 и ГОСТ Р ИСО 5725-2002, следуя рекомендациям выполнения измерений массовой доли Zn, Pb, Cu, Cd - ФР 1.34.2005.01733, ПНД Ф 14.1:2:4.69-96, ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.46-06, ПНД Ф 16.1:2:2.2:2,3.47-06. В работе также использованы данные различных организаций и учреждений, имеющих экологическую информацию за 2003-2009 гг.
Для оценки загрязнения снежного покрова использованы результаты собственных исследований. Отбор проб (102 пробы, 408 измерения) осуществлялся конвертным методом. Пробы почв отбирали в соответствии с ГОСТ 17.4.402-84. Всего за период исследования было изучено 88 проб, проведено 352 измерения. Степень загрязнения оценивали по содержанию 4 подвижных форм МЭ и ТТМ.
Оценку уровня химического загрязнения почв и снежного покрова, как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения, проводили в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» № 3174-90 и ГН 2.1.7.020-94 по следующим показателям: 1) коэффициент концентрации химического вещества (Кс), который рассчитывали из соотношения фактического содержания определенного вещества в почве (Сj, мг/кг почвы) к региональному фоновому (Сф) по следующей формуле: Кс= Сj/Сф; 2) суммарный показатель загрязнения (Zc), вычисляемый по следующей формуле: Zc= (Ксj+…+Кcn)-(n-1), где n – число определенных суммируемых веществ; Ксj- коэффициент концентрации j-го компонента загрязнения.
Для оценки качества питьевой воды анализировали собственные данные, полученные при ежемесячном отборе проб из водопроводной сети, в соответствии с требованиями ГОСТ 51593-2000 «Вода питьевая. Отбор проб» от 01.07.2001г. Качество питьевой воды оценивалось на соответствие требованиям ГОСТа Р 51232-98 от 01.07.1999г. и СанПиН 2.1.4.1074-01 от 01.01.2002г. Проанализировано 300 проб (1200 измерений).
Качество пищевых продуктов оценивалось по содержанию МЭ и ТТМ на соответствие СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевой продукции» от 24.10.1996г. (исследовано 321 пробы, 1284 измерений). Отбор и хранение проб продуктов питания проводили в соответствии с ГОСТ 51301-99 от 01.07.2000г., ТУ и нормативной документацией, регламентирующих отбор проб конкретных видов продукции. Суточная доза поступления МЭ с пищевыми продуктами получена с помощью расчетного метода на основе изучения недельного рациона питания (меню-раскладок) и справочников диетического питания и норм порций (Алексеева, Дружинина, Ладодо, 1990; Савельева, 2005). Методом одномоментного анкетирования родителей обследованных дошкольников изучены условия и образ жизни детей с учетом особенностей питания в домашних условиях.
Содержание МЭ в биологических средах оценивалось по результатам собственных исследований. Для наблюдения были выбраны группы детей в возрасте от 1 года до 6 лет (дошкольный возраст), проживающих с момента рождения на сельской и промышленной территориях.
Отбор проб и обработка волос и ногтей проводилась по общепринятому методу доктора Скального А.В. (2000, 2003, 2004). Всего обследовано 308 человек, взято 952 проб волос и 896 проб ногтей, выполнено 3808 и 3584 количественных инверсионных вольтамперометрических измерений, соответственно. Концентрация металлов в волосах оценивали в соответствии с центильными шкалами для г. Москвы (Скальный, 2000).
О состоянии здоровья детей судили по их физическому развитию и заболеваемости. Физическое развитие оценивали на основе соматических показателей (вес, рост, окружность головы и грудной клетки) с последующей оценкой центильным методом с применением региональных таблиц (Ярославль, 2001). Для этого использовали данные, полученные путем выкопировки медицинской карты ребенка и данных углубленных медицинских осмотров за последний год, на основании чего определена динамика и структура эколого-зависимых заболеваний.
Полученные результаты обрабатывали статистически. Определяли средние арифметические величины (М), средние ошибки (m) и среднеквадратичное отклонение (δ) (Лакин, 1973). Для выявления статистически значимых различий в сравниваемых группах и сопряженности между признаками, по результатам теста Бартлера при проверке характера распределения данных совместимости (Rosner, 1982), были использованы непараметрический критерий Т-Уайта и коэффициент корреляции Спирмена. Расчеты осуществлялись на IBM – совместимом персональном компьютере. Были сформированы базы данных в программах «Microsoft Office Excel» 2007, «Statistica» версия 6.0 в среде Windows XP. Прибор управлялся с помощью оригинального программного обеспечения "Polar" в среде Windows XP.
Результаты исследования и их обсуждение.
В результате проведенных исследований установлено, что по величине среднего содержания в жидкой фазе снега исследуемые элементы на всех рассмотренных территориях образуют следующий убывающий ряд: Zn > Cu > Pb > Cd. Уровень содержания цинка, меди, свинца и кадмия в снежном покрове агропромышленной территории достоверно выше, соответственно, в 1,2 - 4,7; 1,6 - 3,1; 1,6 - 4,9 и 3,8 раза (рис. 1). Исследуемые микрорайоны сельскохозяйственных районов по суммарному показателю загрязнения снежного покрова МЭ и ТТМ (табл. 1) относятся к низкому уровню загрязнения (Zс=32-64); а промышленного - к среднему (Zс=64-128) и низкому (в зависимости от места взятия проб). Полученные данные отражают разный уровень техногенной нагрузки в исследуемых территориях, что подтверждает данные доклада о состоянии и охране окружающей среды Ярославской области (2010).
| ед. Село город ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ Металлы Металлы  |
| ⃰ различия между сельской и городской территорией достоверны (р < 0,05) Рис. 1 Сравнительная характеристика уровня содержания МЭ и ТТМ в снеге по кратности превышения фонового уровня (село – город) |
| |