В конце апреля в КНЦ РАН планируется провести конференцию под названием «Развитие медико-биологических технологий Северо-Западного региона». Казалось бы, зачем науке, ориентированной в основном на развитие промышленного комплекса, «сотрудничать» с медициной и ее задачами на Крайнем Севере? И каковы эти задачи в контексте основной цели края – роста и бесперебойной работы ГПК?
Три года работы
Некоторые ответы можно найти в интереснейшем труде, который в конце 2020 года вышел в издательстве Кольского научного центра. В нем собраны итоги более чем трехлетних исследований специалистов центра медико-биологической адаптации человека в Арктике Подготовили эту работу Александр Никанов, кандидат медицинских наук, Владимир Дорофеев, профессор, доктор биологических наук, Владимир Мегорский, директор НИЦ МБП КНЦ РАН, кандидат медицинских наук, Владимир Жиров, советник руководителя ФИЦ КНЦ РАН, член-корреспондент РАН, доктор биологических наук.
Книга носит название «Экологические аспекты накопления минеральных элементов в организме населения, проживающего в районах интенсивной промышленной деятельности в европейской части арктической зоны России». Таким образом, данные, приведенные здесь, относятся практически к каждому из нас.
Работа приводит результаты исследований оценки концентраций макро-и микроэлементов в организме человека, проживающего в Мурманской области. Основное внимание ученые уделили характеру накопления, а также методам коррекции минерального обмена у детей и взрослых. После прочтения становится очевидна зависимость концентраций металлов – кадмия, меди, железа, марганца, никеля, титана и цинка — от уровня минерализации питьевой воды. Так, выявленный уровень накопления микроэлементов в волосах людей вызывает необходимость пересмотра методик коррекции минерального обмена у северян. А для работников тяжелой металлургии показана эффективность детоксикационных свойств лечебно-профилактических напитков, в том числе в профилактических целях.
Даже из фантастических фильмов и научно-популярной литературы известно — проживание в зонах техногенного загрязнения меняет людей, ведь человеческий организм реагирует на концентрацию тяжелых металлов. При этом комплексных исследований характера накопления минеральных веществ в организме населения Мурманской области не проводились. Ранее лишь отмечали низкий уровень минеральных веществ в организме, в том числе, у рабочих промышленных предприятий — причину такой закономерности пытались связать с воздействием холода. При этом отмечался повышенный уровень содержания токсичных металлов (свинца, никеля и кадмия) у детей, проживающих в моногородах горно-металлургического комплекса.
Сегодня не вызывает сомнений, что восприимчивость живого организма к воздействию токсических агентов в условиях высоких широт существенно выше, чем у проживающих в средних и южных широтах. Повышенную озабоченность в связи с этим вызывает низкий уровень показателей здоровья детей, проживающих в районах интенсивной промышленной деятельности Крайнего Севера. Поэтому важно как углубленное изучение этого вопроса о влиянии интенсивной промышленной деятельности на взрослых и детей, так и разработка методики коррекции нарушений с учетом геохимических особенностей региона.
О климате
Интересно было понять, в первую очередь, какую роль во влиянии на здоровье человека Севера играет само проживание в Кольском Заполярье: низкие температуры воздуха зимой, частые перепады атмосферного давления и геомагнитные бури, резкие колебания индекса магнитной напряженности Земли, короткий световой день зимой и длинный летом, а также ежегодный активный смыв в водоемы химических веществ в период таяния снегов.
Характерным климатообразующим фактором является ветровой режим с интенсивным развитием частых, сильных и порывистых ветров различных направлений. Скорость ветра для медицинской климатологии имеет первостепенное значение, так как движение воздуха усиливает теплоотдачу и вызывает охлаждение организма.
Допустимой нормой для человека считается относительная влажность воздуха в пределах 15–75,0 %. Более высокий уровень при низких температурах способствует снижению резистентности организма. Особенно неблагоприятным в этом отношении является сочетание относительной влажности воздуха более 86,0 % и субнормальной температуры.
Кроме того, зимой, в период преобладающего радиационного охлаждения воздуха, над окружающими предгорьями образуются инверсии, способствующие концентрации атмосферных загрязнений в приземном слое атмосферы. Частота низких инверсий на Кольском полуострове в районах размещения АО «Кольская ГМК», расположенных в населенных пунктах Никель, Заполярный, Мончегорск, достигает 90,0 % всех дней наиболее холодного период. Результат — существенное увеличение концентраций вредных веществ в воздухе зимой на территориях, прилегающих к действующим металлургическим предприятиям.
При этом результаты гидрометеорологических наблюдений говорят все же о довольно низком среднегодовом уровне загрязнения атмосферы городов Кольского полуостров благодаря активной циклоническая деятельности с умеренными и сильными ветрами. Повышенные концентрации загрязняющих примесей отмечаются, как правило, только при штиле, тумане, продолжительными ветры со стороны комбинатов.
Тан, например, количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ АО «Кольская ГМК» (Мончегорск) за год в среднем составляет 30,0 процентов от всех источников на территории Мурманской области, тогда как АО «Апатит» (Кировск) — не более 2,0 процентов.
О воде
Сравнивая условия жизни в Мончегорске и Кировске, ученые установили, что основные различия концентраций выбросов вредных веществ связаны с поступлением в атмосферу диоксида серы, бенз(а)пирена, формальдегида и твердых соединений. Из них наибольшее значение в загрязнении окружающей среды имеют нерастворимые соединения никеля, меди и кобальта. В то же время содержание металлов в атмосферном воздухе не превышает средних и максимальных ПДК. Снежный покров аккумулирует аэрозольные загрязнения и позволяет с высокой степенью достоверности оценить общее количество загрязнений зимой. Содержание металлов в снежном покрове Мончегорска в 2,8-5,7 раз превышает содержание никеля и меди в снежном покрове Кировска. Нерастворимые соединения, содержащиеся в твердой фазе снега, частично выносятся талыми водами из жилой зоны и в виде пыли остаются на поверхности почвы.
Что касается питьевой воды, которую Мончегорск получает из озера Монча, а Кировск – из подземного источника, то элементный анализ водных проб показал наличие широкого спектра металлов. Вода из Мончи — нейтральная, ультрапресная, концентрации бериллия, марганца, кадмия и свинца в ней периодически превышают предельно допустимые. Питьевая вода Кировска может рассматриваться как низкоминерализованная, с повышенной щелочностью и относительно высоким содержанием алюминия. Химический состав воды не зависит от сезона года.
Значительным отличием химического состава питьевой воды для горожан в Мончегорске, по сравнению с другими регионами, является наличие относительно высоких концентраций меди, никеля, кобальта и железа. Сравнительный анализ содержания в питьевой воде вышеуказанных металлов показал, что концентрации никеля в воде Мончегорска выше по сравнению с водой Кировска в 44,3 раза, Санкт-Петербурга — в 47,7 раза, Белгорода —в 51,7 раза; меди соответственно в 80,3, 55,2 и 27,6 раза, железа — в 1,6, 2,6 и 2,8 раза. В то же время содержание меди, никеля, кобальта и железа в питьевой воде города Мончегорска ниже ПДК соответственно в 11,3; 1,6; 55,5 и 1,3 раз.
Кто мы, население?
Для исследования апатитские ученые взяли города и районы, образованные для горнодобывающего, обогатительного и перерабатывающего производства: Апатиты, Кировск, Мончегорск и Оленегорск, Ковдорский, Ловозерский и Печенгский районы. Проанализирован был период с 1989 по 2015 годы.
На начало 2016 года на территориях с дислокацией предприятий проживали 229,1 тысяч человек – 30 процентов населения области. К этому году по сравнению с 1989-м численность населения Мурманской области сократилась на 384 тысяч человек (33,5 %), конкретно в Апатитах – на 36, 2 процента.
При этом зафиксировано резкое старение населения Мурманской области — доля лиц 60 лет и старше в общей структуре населения с 1989 по 2015 годы увеличился в 2,4 раза и составил в 2015 году 16,4 процентов, а на территориях ГДМК этот показатель увеличился в 2,9 раза. В те же годы абсолютное число родившихся на территориях промышленных сократилось на 56 % (темп снижения в среднем по Мурманской области — на 38,5 %, по России — 10,2 %). В целом же за период с 1989 по 2015 годы темп снижения коэффициента рождаемости составил по Российской Федерации 9,3 %, по Мурманской области —7,8 %, по территориям ГДМК —29,7 %.
В те же годы абсолютное число умерших на территориях промышленных городов и районов увеличилось на 33,4 процента. Преобладание смертности над рождаемости преобладает на территориях горнодобывающих городов и по сей день. Впервые преобладание числа умерших над числом родившихся зафиксировано в целом в области в 1993 году. Еще одна причина сокращение населения – миграция, и тут 40, 2 % — северяне 15–19 лет, те, кто окончил школу и уезжает на учебу.
На фоне меняющейся демографической ситуации в Мурманской области происходят значительные «качественные» изменения в состоянии здоровья населения. Сохранять его мешают экстремальные климатогеографические условия высоких широт, которые делают организм человека более чувствительным к социальным и экономическим коллизиям. Высокая метеорологическая активность отрицательно сказывается на функциях всех органов и систем человеческого организма, необычность периодики дня и ночи вызывает ряд физиологических срывов, своеобразие геохимического состава почв и вод также не может не влиять на человека. Приезжим трудно адаптироваться к северным условиям, а отъезды в длительные отпуска заставляет нас проходить этот процесс ежегодно.
Непродуманность социально-экономических преобразований в северных регионах привела к значительному росту заболеваемости и смертности, связанных, прежде всего, с увеличением стрессовых воздействий на население. Хронические заболевания у пришлого населения Заполярья возникают на 8–10 лет раньше, отмечается преждевременное старение, а продолжительность жизни сокращается на 10–15 лет. Более того, после проживания на Севере более 15–20 лет пришлое население приобретает негативные качества здоровья, которые сужают адаптивные свойства организма и в ряде случаев не позволяют безболезненно осуществить обратную миграцию в более комфортабельные географические зоны.
Следует отметить, что заболеваемость детского населения Мурманской области примерно на 40,0 % выше, чем по России в целом.
О вредных выбросах
Важный раздел работы апатитских ученых посвящен биогеохимии, которая занимается вопросами биологической роли микроэлементов как важнейших факторов среды обитания. Общая биологическая теория связывает содержание микроэлементов в окружающей среде с их накоплением в организмах и ролью в явлениях жизнедеятельности. От химического элементного состава среды обитания зависит вся жизнь организмов, размножение, рост и развитие, а нарушение баланса вызывает тяжелые патологоанатомические изменения в организме человека и животных.
Агрессивность внешней среды из-за антропогенного загрязнения очень серьезны — а последние годы все отчетливее проявляется зависимость состояния здоровья человека от экологической ситуации.
Сегодня человечество оказалось заложником им же созданной биологической системы, которая, в свою очередь, отрицательно влияет на него же. Ежегодная эмиссия в атмосферу таких соединений, как диоксид серы, окись азота, твердых веществ, летучих органических соединений, только на территории России составляет более 50 млн тонн (около 300 кг на одного жителя). В воздух попадают свинец, мышьяк, сурьма, ванадий, марганец, хром, никель, фтор, цинк — от десятков до тысяч тонн ежегодно. При этом загрязнения распространяются на большие расстояния в концентрациях, значительно превышающих ПДК, затем частично оседают на почвенный покров и водные пространства. Некоторые индустриальные города сегодня представляют собой экстремальные зоны обитания.
Помимо промышленных предприятий, экологическая ситуация в городах обостряется из-за автотранспорта. По официальной статистике, только 15 % городского населения России проживает на территориях с загрязнением атмосферы, не превышающем гигиенические нормативы, в 84 городах и промышленных центрах регистрируются загрязнения выше десяти ПДК.
Чем болеем и почему
Ученые дают некоторые разъяснения относительно содержания разнообразных химических элементов, поступающих в организм северян и накапливающихся в нем, разъясняют взаимосвязь этого процесса с состоянием здоровья.
Так, загрязнения окружающей среды химическими веществами малой интенсивности обусловливают ряд сдвигов в иммунной системе детей. Отмечены угнетение преимущественно клеточного звена иммунитета, наличие иммуноглобулина и высокого уровня спонтанной бласттрансформации лимфоцитов.
Распространенность железодефицитных состояний жителей Севера обусловлена повышенной потребностью организма в железе вследствие усиления метаболических процессов под воздействием экстремальных факторов внешней среды, особенно холода. А низкая минерализация воды признана важным фактором риска развития атеросклероза.
Важную роль в усвоении кальция и магния играет витамин D. Основными источниками кальция и магния для человека являются молочные продукты, блюда из мелкой рыбы и питьевая вода, обеспечивающая до 30 % потребности в этих элементах. Дефицит кальция и магния в воде и пище приводит к развитию многих заболеваний, в том числе в сердечно-сосудистой системе.
Имеются сведения о более высоком уровне алюминия в волосах детей по сравнению со взрослыми. Не установлена прямая зависимость содержания алюминия в организме от его концентрации в воде и пище, однако на этот процесс активно влияет дефицит витамина D.
Медь — жизненно важный элемент. Дефицит меди в организме человека является гораздо большей проблемой, чем избыток этого элемента, особенно в Северо-Западном регионе. При дефиците меди развиваются изменения в соединительной и костной тканях, нарушения со стороны центральной нервной системы. Молибден относится к числу микроэлементов и является физиологическим антагонистом меди. Предполагается связь избытка молибдена в пище с развитием подагры.
Токсичность никеля не высокая — он может поступать в организм через желудочно-кишечный тракт, легкие и кожу. При повышении его концентрации отмечается нарушение функции ряда органов и систем. Известно и канцерогенное действие никеля. Угрозу представляют локальные техногенные геохимические аномалии, формирующиеся вблизи предприятий по переработке никеля. Этот металл является одним из важнейших загрязнителей окружающей среды, и его выбросы в атмосферу постоянно возрастают. Имеются данные о повышении содержания никеля в организме детей, проживающих в зонах техногенного загрязнения этим элементом…
В настоящее время свинец является приоритетным загрязнителем окружающей среды — его промышленные и транспортные выбросы превышают 4 млн тонн в год, а высокие кумулятивные свойства делают его особенно опасным. Наиболее чувствительны к воздействию свинца дети. При хронической свинцовой интоксикации поражается нервная, сердечно-сосудистая и другие важные системы.
Избыток кремния в питьевой воде вызывает уролитиаз, а высокое его содержание во вдыхаемой пыли приводит к развитию силикоза. В некоторых районах, где вода и растения богаты стронцием, у человека может развиться стронциевый рахит и другие нарушения минерального обмена. А вот дефицит цинка характеризуется задержкой роста, репродуктивными и обменными нарушениями у человека, хотя этот элемент не рассматривается как промышленно-опасный.
Таким образом, на жителей Крайнего Севера одновременно действуют несколько разнонаправленных процессов: техногенное загрязнение окружающей среды производственными выбросами, автотранспортом и бытовыми отходами; характерная для северян «блокада» усвоения микроэлементов, а также региональный дефицит основных витаминов и минеральных веществ. Данные о низком уровне жизненно важных биоэлементов у северян позволяют опасаться, что природные сорбенты приведут к снижению в организме концентрации не только токсичных металлов. Такие исследования ранее также не проводились.
Выявленные нарушения минерального обмена у людей в связи с дефицитом или избытком тех или иных элементов стимулировали поиск различных методов коррекции этих нарушений. Например, употребление минеральных вод определенного состава, специальные диеты, использование пищевых добавок, содержащих сорбенты или минералы, лекарственных препаратов (например, «Аспаркам») и витаминно-минеральных комплексов.
Однако сорбенты могут способствовать выведению не только токсичных металлов, но и жизненно важных биоэлементов. Такая опасность для жителей Севера представляется вполне реальной с учетом особенностей их минерального обмена.
Среди используемых методов коррекции минерального обмена привлекли внимание сорбирующий яблочный пектин и морская капуста, или ламинария. Сорбирующий яблочный пектин способен эффективно выводить из организма токсичные металлы, а ламинария содержит сбалансированный состав необходимых микроэлементов и является привычным для северян пищевым продуктом.
Как шли исследования
Для биомониторинга за здоровьем детского населения в зонах антропогенного загрязнения тяжелыми металлами в России чаще всего используется анализ волос на содержание микроэлементов. Апатитские ученые обследовали 54 практически здоровых мальчика 9-11 лет, проживающих в центральной части Мончегорска Мурманской области. Следом была обследована аналогичная по полу и возрасту группа детей из 26 человек, часто болеющих простудными заболеваниями. В состав третьей группы вошли 20 практически здоровых мальчиков 9–11 лет, проживающих в Кировске. Питьевая вода здесь не содержит существенных концентраций никеля и меди, но отличается еще меньшим содержанием кальция и магния. Вместе с тем аэрогенное загрязнение почвы никелем в городе Кировске все же зарегистрировано.
Кроме того, обследовали аналогичные группы детей из Санкт-Петербурга и Белгорода. У всех был произведен отбор волос и крови, а также отбор проб холодной питьевой водопроводной воды в местах проживания детей. Исследования микроэлементного состава цельной крови, волос и питьевой воды на 29 микроэлементов проводились методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-АЭ) на спектрометре.
Что же показали исследования? Уровень калия и натрия в волосах детей был весьма вариабельным, выявить какой-либо закономерности в накоплении этих макроэлементов не удалось. Концентрации двухвалентных металлов (кальция и магния) в волосах находились в прямой зависимости от их уровня в питьевой воде. Соответственно, их содержание в волосах детей, проживающих на территории с высоким уровнем минерализации питьевой воды, оказалось в десятки раз выше, чем у их сверстников из Мурманской области, употребляющих низкоминерализованную питьевую воду.
Наиболее очевидная зависимость концентраций металлов в волосах от уровня минерализации питьевой воды обнаруживалась при сопоставлении результатов по кадмию, меди, железу, марганцу, никелю, титану и цинку. В городах Мурманской области содержание этих металлов в волосах было минимальным, а жесткая питьевая вода Белгорода способствовала интенсивному их накоплению.
Более сложная закономерность отмечалась у данных групп детей при оценке концентраций алюминия, бария и стронция. Самое высокое содержание этих металлов также обнаруживалось в пробах волос белгородцев, но при сопоставлении групп детей из Кировска и Мончегорска была выявлена зависимость результатов от концентрации элементов в питьевой воде (в Кировске она во всех случаях была существенно выше). Концентрация алюминия более 14 мг/кг обнаруживалась в волосах у 5,5 % детей из Мончегорска и 50,0 % детей из Кировска. Содержание стронция более 1,2 мг/кг было характерно для 75,0 % детей, проживающих в Кировске, и только для 5,5 % их сверстников из Мончегорска.
Характер накопления свинца в волосах обследованных контингентов существенно не различался и не зависел от жесткости питьевой воды. Было установлено, что четверо из шести детей с повышенным содержанием свинца в волосах, проживают на первом или втором этажах зданий и окна квартир выходят на автомагистраль с напряженным движением.
Определенный интерес представляет и дефицит бора — уровень этого элемента в волосах ниже 2,0 мг/кг (нижняя граница значений для детей средней полосы России) обнаруживалась у половины здоровых и у 25 из 26 часто болеющих детей Мончегорска (P< 0,01).
В Мончегорске основными загрязнителями окружающей среды аэрогенными выбросами металлургического комбината из числа металлов являются медь, кобальт и никель. Однако анализы крови подтверждают данное исследование волос о низком содержании этих металлов в организме детей. Подтверждается и низкое содержание кальция в организме. Все это свидетельствует об отсутствии накопления металлов-загрязнителей окружающей среды в организме детей Мончегорска и об объективном характере анализа волос на микроэлементы.
Кроме детей, учение обследовали их родителей – двадцать человек, работавших в АО «Кольская ГМК». При этом шестеро из них подвергались воздействию высоких концентраций тяжелых металлов. Для сопоставления были проанализированы также результаты анализа волос 32 практически здоровых жителей Санкт-Петербурга.
У пяти из шести работников в тяжелых условиях на «Кольской ГМК» содержание кадмия в волосах было выше фоновых по Мончегорску. Кадмий входит в число основных токсикантов в этих цехах. Концентрация кобальта в волосах у работников АО «Кольская ГМК» оказалась повышенной, так же как и содержание железа.
Концентрация никеля у работников АО «Кольская ГМК» была выше, чем у детей Мончегорска. У работников вредных цехов содержание этого металла в волосах достигло 240,0 мг/кг, что свидетельствует о его интенсивном накоплении в организме. Можно предположить, что накопление никеля зависит как от его поступления в организм, так и от жесткости питьевой воды.
Анализ всех полученных результатов показал, что наиболее высокий уровень накопления макро-и микроэлементов характерен для белгородцев, а наиболее низкий — для детей Мурманской области.
Профилактика в виде… еды
Повышенная распространенность болезней органов дыхания у детей Мончегорска обычно связывают с высоким содержанием диоксида серы в аэрогенных выбросах АО «Кольская ГМК». Однако в последние годы появились сведения о неблагоприятном воздействии даже относительно небольших концентраций тяжелых металлов на систему иммунитета. Для углубленного изучения этого вопроса в Мончегорске была отобрана аналогичная по возрасту и половому составу группа из 26 детей, часто болеющих простудными заболеваниями без клинических признаков органических изменений в органах дыхания.
Оказалось, что особенностью минерального состава волос у простужающихся детей Мончегорска, является повышенный уровень накопления пяти малотоксичных металлов: бария, никеля, сурьмы, стронция и титана, однако нет оснований полагать, что выявленные концентрации этих элементов токсичны для организма ребенка. Речь может идти или о тонком влиянии на регуляцию иммунитета, или о более высоком уровне накопления этих элементов на фоне частых простудных заболеваний. Представляется важным и дефицит бора у детей второй группы.
Чтобы выявить все закономерности, 26 детям предложили месячный курс приема морской капусты совместно с напитком «Альгапект» (на основе яблочного пектина). В результате было выявлено снижение содержания свинца, кадмия и стронция в крови без потери жизненно важных биоэлементов, что для северных регионов имеет особое значение.
Оценили также эффективность применения лечебно-профилактического киселя «Леовит» и биологически активной добавки «Зостерин-Ультра-60» при работах во вредных условиях труда на предприятиях цветной металлургии Кольского Заполярья проводилась в группе рабочих АО «Кольская ГМК». Полученные результаты показали, что по отношению к токсичным ионам металлов оба лечебно-профилактических напитка проявляют схожие по своей эффективности детоксикационные свойства.
Таким образом, в работе «Экологические аспекты накопления минеральных элементов в организме населения…» можно найти ответы на вопрос, как жизнь в сложных условиях влияет на наше здоровье, но и почерпнуть информацию о том, как это самое здоровье укрепить.
