WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Содержание некоторых микроэлементов и токсичных тяжелых металлов в окружающей среде и биосубстратах детей - дошкольников на сельских и промышленных территориях (на примере ярославской области)

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 () (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).

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)

Далее для определения взаимного микроэлементного влияния внутри среды был проведен корреляционный анализ, в ходе которого выявлена высокая степень корреляции между содержанием Zn и Pb, Cu и Cd (r = 0,80; р<0,0001; r = 0,71; р<0,0001 соответственно); Pb и Cd (r = 0,64; р<0,0008), средняя – для Zn и Cd (r = 0,48; р<0,0012), Pb и Cu (r = 0,44; р<0,033), Cu и Cd (r = 0,48; р<0,017). Выявленные корреляции указывают на сопряженный характер поступления в снежный покров этих пар металлов и, возможно, из одних источников. Аналогичных данных по данному региону в литературе не найдено.

По результатам количественного анализа в снежном покрове сельской и промышленной территорий установлены достоверно более высокие по сравнению с фоновыми уровни содержания МЭ и ТТМ: Zn - в 16,0 и 1,5 раза, Cu - в 2,2 и 2,9 раза, Pb - в 8,0 и 1,5 раза и Cd - в 16,0 и 25,0 раз, соответственно. Поскольку содержание загрязняющих веществ в снежном покрове связано с их концентрацией в воздухе, полученные результаты свидетельствуют о загрязнении исследуемых территорий за счет увеличения количества промышленных и сельскохозяйственных предприятий и атмосферных выбросов от них. Следует отметить, что полученные данные подтверждают выявленные тенденции в содержании МЭ и ТТМ в объектах окружающей среды Ярославского региона на основании доклада о состоянии и охране окружающей среды Ярославской области (2010).

При исследовании загрязнения почвы МЭ и ТТМ на всех территориях превышения ПДК не выявлено (Табл. 1). Почвы на территории сельского поселения относятся к умеренно опасным (0-10 и 10-50 м от дороги: Zс 32,77 и 19,03 соответственно), а на расстоянии 50-100 м (Zс=8,92) – к почвам с допустимым уровнем загрязнения; в черте города - на расстоянии 50-100 м от дороги относятся к почвам с допустимым уровнем загрязнения (Zс=7,80), 10-50 м - к умеренно опасным (Zс=26,92) и на расстоянии 0-10 м – к опасной категории земель (Zс=51,39). Следует сказать, что исследуемые районы характеризуются повышенным содержанием Pb, Cu и Cd, в то время как Zn –обнаружен в пониженных концентрациях. Содержание Pb превышает фоновые значения в 5,5 – 41,1 раза, Cu в 1,6-11,3 раза, Cd в 1,6 – 12,3 раза.

Таблица 1. Суммарные показатели загрязнения снежного покрова и почвы на исследуемых территориях (Zс)

Объект Терри-тория Расстоя-ние от дороги (м) Коэффициенты концентрации МЭ и ТТМ Суммарный показатель загрязнения
Цинк Свинец Медь Кадмий
Снеж-ный пок-ров село 0-10 7,48 3,89 3,19 15,00 26,56
50-100 5,52 1,78 3,03 0,00 8,33
ДОУ 3,10 1,56 2,05 0 4,71
город 0-10 35,17 12,22 15,48 57,00 119,87
50-100 6,66 2,89 4,90 1,00 12,45
ДОУ 1,52 1,67 8,62 1,00 9,81
Почва село 0-10 1,03 16,87 10,53 7,34 32,77
10-50 0,47 7,38 6,36 7,82 19,03
50-100 0,27 6,09 3,85 1,71 8,92
ДОУ 0,6 2,04 4,16 1,99 5,79
город 0-10 3,78 41,06 4,80 4,75 51,39
10-50 3,09 19,19 3,47 4,17 26,92
50-100 1,70 4,40 2,94 1,76 7,80
ДОУ 0,91 1,74 2,33 0 2,98
Фоновый уровень 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Для проверки возможного взаимозависимого накопления металлов в почве был проведен корреляционный анализ, в ходе которого выявлена сильная связь между уровнем Pb и Cd (r = 0,65; р=0,0005), средняя – между уровнем содержания Pb и Cu (r = 0,42; р=0,038), что подтверждает данные литературы о взаимосвязанном накоплении в среде этих микроэлементов (Воронкова, Красиков, Чеснокова, 2002; Чеснокова, Боев, 2002).

Результаты исследований показали, что уровень Cu и Pb в почвах, отобранных в г. Угличе, достоверно выше, чем в почвенном покрове г. Ярославля, а Cd и Zn - наоборот (рис. 2). По данным проведенного мониторинга установлено, что в почвах сельской и агропромышленной территорий по сравнению с фоновыми уровнями достоверно выше концентрация всех исследованных металлов: цинка в 5,4-10,0 и 1,5-5,5 раза, свинца в 2,3-8,0 и 1,5-3,7 раза, меди в 1,9-2,2 и 2,9-4,0 раза и кадмия в 16,0 и 1,1-57,0 раз, соответственно. Это подтверждает в целом тенденцию, выявленную ранее в содержании исследуемых МЭ и ТТМ в окружающей среде Ярославской области. Это свидетельствует о том, что загрязнения почв связано не только с природным содержанием элементов, но и с загрязнением, носящим антропогенный характер.

различия между сельской и городской территорией достоверны (р < 0,05) Рис. 2 Сравнительная характеристика уровня содержания микроэлементов в почве по кратности превышения фонового уровня (село-город)

Обратимся далее к анализу микроэлементного состава питьевой водопроводной воды. Было отмечено, что содержание всех элементов в питьевой воде значительно ниже предельно допустимых концентраций (табл. 2).

Таблица 2. Содержание цинка, свинца, меди и кадмия в питьевой воде исследуемых территорий

Исследуе- мые территории МЭ и ТТМ, мг/л
Цинк Свинец Медь Кадмий
ПДК 5,0 0,03 1,0 0,001
село 0,0244± 0,0092 0,0018± 0,0002 0,0212± 0,0039 0,0002± 0,0001
город 0,0066± 0,0011 0,0009± 0,0001 0,0056± 0,0013 0,0001± 0,0000

различия между сельской и городской территорией достоверны (р < 0,05)

Установлено, что в питьевой воде сельской территории по сравнению с пробами из агропромышленной зоны достоверно выше уровень содержания Zn, Pb и Cu соответственно в 3,7, 2,0 и 3,8 раза. Благодаря этому можно сделать вывод о том, что уровень содержания исследуемых элементов в природной воде сельской территории выше, чем в агропромышленной. Эти данные совпадают с исследованиями Мелюка С.А. и Лукьяненко В.И. (2002).

Далее рассмотрим помесячную динамику уровня содержания исследуемых МЭ и ТТМ в питьевой воде обеих территорий. Установлено, что в течение года наблюдаются существенные колебания концентрации элементов более, чем на 20% (Cu, Pb, Zn). Их максимальные значения отмечены в весенний период, что связано с поступлением в природные водоемы талых вод, которые несут в себе повышенные количества многих загрязняющих веществ (в том числе и тяжелых металлов), выброшенных в атмосферный воздух предприятиями и осевших в снеге. По данным мониторинговых наблюдений в г. Ярославле выявлено достоверное снижение уровня цинка и увеличение меди соответственно в 1,4 и 1,7 раза.

Для проверки возможного взаимозависимого накопления металлов в питьевой воде был проведен корреляционный анализ, в ходе которого выявлена сильная связь между уровнем Zn и Cd (r = 0,46; р<0,023), Pb и Cu (r = 0,69; р<0,0002), что расходится с данными литературы о взаимосвязанном накоплении Zn в биосубстратах (Воронкова, Красиков, Чеснокова, 2002; Чеснокова, Боев, 2002). В отношении взаимного накопления Pb и Cu в литературе сведений нет.

Анализ микроэлементного состава овощных культур показал, что наиболее высокий уровень содержания Zn и Cd отмечен в свекле, Pb – картофеле, Zn – капусте. Самые низкие концентрации Zn выявлены в картофеле, Pb – в луке, Cu – в чесноке, а Cd – в свекле. В картофеле, выращенном на почве промышленного района, обнаружено превышение ПДК по Cd в 1,41 раза, в горохе – по Zn в 1,17 раза. Во всех остальных пробах овощей превышения по изучаемым металлам не выявлено. В среднем в овощных культурах сельской территории концентрация Pb, Cu и Cd выше, чем в соответствующих овощах агропромышленной, а Zn – наоборот. Среди овощей выявлен лидер по содержанию всех изучаемых элементов – картофель. Кроме того, отмечено наибольшее содержание Zn в моркови, Cu – в капусте и моркови. Эти данные согласуются с исследованиями Авцына П.А. (1991). При сопоставлении собственных результатов и литературных данных установлено, что в 2003-2004 г. выявлено достоверное увеличение содержания Zn и Cd в овощах, выращенных на агропромышленной территории и Pb – в сельской местности. Эти данные соответствует общей тенденции, отмеченной для содержания исследуемых элементов в объектах окружающей среды Ярославской области в докладе о состоянии и охране окружающей среды Ярославской области (2008). При анализе остальных продуктов питания, установлено превышение ПДК по Zn, Pb и Cu в масле сливочном «Крестьянском» (в 4,56; 5,94 и 3,89 раза соответственно), по Zn в сыре «Российском» в 2,74 раза, по Pb в твороге, геркулесовой крупе и муке (в 1,28; 1,07 и 5,42 раза соответственно), по Cu и Cd в сухом концентрате чая (в 2,61 и 3,70 раза соответственно) и в говяжьей печени (в 3,09 и 2,15 раза соответственно).

Для проверки возможного взаимозависимого накопления металлов в пищевых продуктах был проведен попарный корреляционный анализ, в ходе которого выявлена прямая связь между уровнем Zn и Pb, Cu, Cd (r = 0,52; р=0,0001; r = 0,45; р=0,023; r = 0,27; р=0,003 соответственно), между уровнем Pb и Cu, Cd (r = 0,64; р=0,0001; r = 0,33; р=0,0003 соответственно) и между концентрацией Cu и Cd (r = 0,43; р=0,0001), что свидетельствует о взаимном накоплении Ме в исследованных продуктах питания, в литературе подобных сведений не найдено.

Далее остановимся на особенностях кумуляции исследованных элементов в биосубстратах организма дошкольников, проживающих на изучаемых территориях Ярославского региона. Установлено, что Zn содержится в них в пределах абсолютной биологической нормы, однако у детей в возрасте 4-6 лет его содержание находится на нижней границе нормы (табл. 2). Выявлено, что у детей в возрасте 1-3 года, проживающих на агропромышленной территории, концентрация Zn в биосубстратах достоверно в 1,2 раза выше, чем у проживающих в сельской местности, а в возрасте 4-6 лет – наоборот, ниже в 1,2 раза. В целом в волосах и ногтях дошкольников отмечено снижение концентрации данного МЭ с увеличением возраста детей (в г. Угличе на 8%, Ярославле – на 37%, в среднем по выборке – на 19 %), хотя в литературе существует указание на обратную тенденцию (Скальный, 2004). Это связано с тем, что дети на исследуемых территориях получают недостаточное количество данного МЭ с пищей и из окружающей среды. С возрастом этот дефицит в наибольшей степени проявляется в волосах.

Уровень содержания Zn отражает влияние окружающей среды на организм детей. На это указывает выявленная нами прямая корреляция между его уровнями в почве и в волосах (r = 0,16, при р<0,05), а также обратная связь с уровнем металла-антагониста Cd в снежном покрове (r = - 0,6; р<0,05). По данным литературы (Авцын, 1991) антагонизм между Zn и Cd проявляется на уровне металлотионеина и накопление одного из элементов понижает усвоение другого в организме человека.

У детей в возрасте 1-3 года выявлено увеличение концентрации Cu по сравнению с нормой в 1,1 раза, у детей возраста 4-6 лет элемент содержится в биосубстратах в соответствии с нормой. Тем не менее, отмечено, что у детей на сельских территориях по сравнению с агропромышленными концентрация Cu выше в 2 раза (табл. 2). У детей, проживающих в городе, содержание Cu ниже на 0,14% абсолютной нормы в обеих возрастных группах, а у детей, проживающих в селе - выше в 1,2 раза, но в обоих исследуемых территориях концентрации этого МЭ располагаются в пределах биологически допустимых границах. Высокое содержание Cu в волосах исследуемых дошкольников, в первую очередь, объясняется физиологическим антагонизмом Cu и Zn, который проявляется на уровне металлотионеина (Авцын, 1991). Более высокие концентрации меди у дошкольников сельской территории объясняются высокими концентрациями данного МЭ в окружающей среде и продуктах питания и, кроме того, тем, что это сельскохозяйственный район, в котором широко применяются пестициды. Превышение уровня содержания Cu у дошкольников сельской территории объясняется высоким уровнем содержания в биосубстратах Zn и Pb, так как по отношению к Pb выявлена прямая связь (r = 0,23; р<0,05) (а в данной выборке содержание Pb склоняется в сторону увеличения содержания), а в литературе отмечено, что Zn и Cu являются антагонистами.

Затем было установлено (табл. 3), что в биосредах детей Pb находится в концентрациях, не превышающих норму, но эти значения приближаются к верхней ее границе. В волосах детей в возрасте от 1 до 3 лет, постоянно проживающих с момента рождения на сельской территории по сравнению с агропромышленной, отмечено уменьшение концентрации Pb в 1,1 раза (табл. 1), а у детей в возрасте 4 – 6 года - наоборот достоверное увеличение концентрации в 1,5 раза.

Таблица 3. Показатели содержания Zn, Pb, Cu, Cd в биосредах

детей исследуемых территорий

Город Возраст, лет МЭ и ТТМ (мг/кг)
Цинк Свинец Медь Кадмий
Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ног-ти
Пределы 1-3 51-143 117,8-271,41 0,68-3,05 5,75-9,331 7,80-11,40 12,6-19,241 0,07-0,38 0,24-0,991
4-6 71-153 87,53-206,661 0,56-2,8 4,06-8,531 7,68-11,3 14,68-20,551 0,05-0,31 0,24-0,601
Село 1-3 79,79±5,76 163,24± 7,48 2,73 ±0,21 8,03 ±0,43 13,73 ±0,56 34,49±3,27* 0,18 ±0,05 0,07± 0,02
4-6 73,55±4,69 162,49± 7,39 3,07 ±0,27 8,20 ±0,47 14,07 ±0,69 25,34 ±1,53* 0,11 ±0,03 0,09± 0,03
Город 1-3 98,2±7,66* 181,72± 13,34* 2,79 ±0,47 6,08 ±0,42 7,79 ±1,36 21,30 ±1,64 0,11 ±0,03 0,11± 0,059
4-6 61,7±5,26* 149,59± 8,76* 2,02 ±0,72 6,77 ±0,32 6,57 ±0,92 23,48 ±1,57 0,11 ±0,03 0,18± 0,02
В среднем по выборке 1-3 91,0±4,63* 195,56± 16,98* 3,03 ±0,17 7,44 ±0,33 11,48 ±0,34 30,73±2,36* 0,14 ±0,03 0,08± 0,02
4-6 73,3±3,60* 156,29± 5,70* 2,75 ±0,44 7,51 ±0,29 10,98 ±0,49 24,45 ±1,09* 0,11 ±0,02 0,13± 0,06

Пределы по волосам даны по Скальному А.В.

1Пределы по ногтям – разработаны для данной выборки детей автором работы.

различия между возрастными группами достоверны ( р<0,05).

Высокий уровень содержания Pb в биосубстратах связан с повышенным его содержанием в атмосфере из – за выбросов предприятия по изготовлению кабелей, расположенного в центральной части города (в производстве используется свинец) (Скальный, 2004) и содержанием его в выхлопах газов автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине.

Было отмечено, что концентрация Cd в волосах сельских дошкольников в возрасте 1-3 года выше в 1,6 раза уровня содержания этого элемента у детей данного возраста агропромышленной территории. Однако у дошкольников в возрасте 4-6 лет на исследуемых территориях содержание Cd практически одинаково. Это связано с меньшим поступлением в организм сельских жителей цинка, который конкурирует с кадмием за участки связывания в клетке (Авцын, 1991).

В ходе исследования сезонной зависимости уровня содержания МЭ и ТТМ в биосредах достоверно установлено, что в волосах содержание Zn в обеих возрастных группах, а Cu только у детей в возрасте 4-6 лет летом выше, чем зимой (табл. 4).

Таблица 4. Показатели содержания исследуемых МЭ и ТТМ в волосах и ногтях детей в зависимости от времени года

Время года МЭ и ТТМ, мг/кг
Цинк Свинец Медь Кадмий
Волосы Ногти Волосы Ногти Волосы Ногти Волосы Ногти
Возраст детей 1-3 года
Зима 83,37 ±4,19* 212,38 ±25,93* 2,93 ±0,23* 7,64 ±0,46 11,36 ±0,44 33,69 ±3,59* 0,14 ±0,03 0,09 ±0,003
Лето 104,30 ±10,32* 165,22 ±8,60* 4,03 ±0,22* 7,09 ±0,37 11,68 ±0,53 25,40 ±1,24* 0,23 ±0,08 0,07 ±0,02
Возраст детей 4-6 лет
Зима 59,68 ±4,42* 147,77 ±8,22* 2,53 ±0,16* 7,01 ±0,34* 9,13 ±0,62* 20,38 ±1,39* 0,08 ±0,03 0,005± 0,002*
Лето 84,69 ±5,35* 165,10 ±7,85* 4,08 ±0,43* 8,03 ±0,47* 12,52 ±0,71* 28,35 ±1,66* 0,12 ±0,03 0,27 ±0,02*

различия между концентрацией М, и ТТМ в зимние и летние месяцы достоверны ( р<0,05).

У детей в возрасте 1–6 лет изменения обмена Zn и Cu, отражаемые в элементном составе волос, однонаправлены. То есть, процессы обмена Zn и Cu в организме, если судить по полученным данным, довольно стабильны, хотя, и имеется выраженная тенденция к снижению концентрации Zn и Cu в волосах детей в зимние месяцы и повышению в летние. Таким образом, можно заключить, что весной у детей существует наибольшая вероятность возникновения иммунодефицитных, обострения кожных и аллергических заболеваний, связанных с дефицитом цинка и меди в организме.

Достоверно выявлено, что сезонная динамика содержания Zn и Cu в ногтях разных возрастных групп носит разнонаправленный характер. У детей младшего дошкольного возраста содержание Zn и Cu выше зимой, а у детей старшего дошкольного возраста – летом. Данные по содержанию указанных элементов в ногтях детей в возрасте от 4 до 6 лет подтверждают результаты исследований волос и согласуются с результатами других исследователей (Скальный, 2002; Авцын, 1991).

Для Pb отмечено достоверное увеличение содержания в волосах летом, по сравнению с зимой, что подтверждает данные литературы. Установлено, что максимальное поступление Pb, имеет место в летние месяцы, когда дети находятся, как правило, вне дошкольных учреждениях, часто без присмотра взрослых и имеют повышенную вероятность контактов со Pb, присутствующего в окружающей среде («руки–рот» — основной путь поступления у детей дошкольного возраста). Минимальное поступление Pb в организм детей, имеет место в зимние месяцы, когда они меньше бывают на улице, снижена интенсивность движения автотранспорта, основное время дня дети проводят в детском саду под контролем воспитателей или дома. Более высокие концентрации металла в летний период по сравнению с зимой отмечены только в ногтях детей старшего дошкольного возраста, что подтверждает полученные нами ранее результаты и данные литературы. Достоверное увеличение содержания кадмия в ногтях (у детей в возрасте 4-6 лет) отмечено летом, по сравнению с зимой, то есть в период отпусков, загородного отдыха и наиболее частных вероятных контактов с почвой, питьевой водой, зачастую в местах с недостаточной степенью соблюдения санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Достоверных отличий концентрации Cd в волосах выявлено не было.

Нами был изучен уровень МЭ и ТТМ в волосах исследуемых детей в зависимости от пола (табл. 5). Достоверно выявлено, что у детей в возрасте 1-3 года содержание Zn и Cd в волосах мальчиков больше, чем девочек, что согласуется с данными литературы (Скальный, 2003, Скальный, Рудаков, 2004).

Таблица 5. Показатели содержания МЭ и ТТМ в

биосубстратах детей в зависимости от пола

Пол ребенка МЭ и ТТМ, мг/кг
Цинк Свинец Медь Кадмий
Волосы Ногти Волосы Ногти Волосы Ногти Волосы Ногти
Возраст детей 1-3 года
Девочки 87,31 ±4,60* 174,59 ±10,27 3,85 ±0,23 7,12 ±0,37 11,75 ±0,45 22,72 ±1,20* 0,08 ±0,02* 0,02 ±0,009*
Мальчики 94,90 ±8,19* 183,74 ±12,25 3,40 ±0,23 7,91 ±0,51 11,19 ±0,51 35,64 ±4,62* 0,19 ±0,06* 0,15 ±0,05*
Возраст детей 4-6 лет
Девочки 62,79 ±3,92* 145,01 ±6,60* 3,35 ±0,23* 7,75 ±0,41 12,05 ±0,66* 25,52 ±1,61 0,13 ±0,03* 0,20 ±0,09*
Мальчики 90,50 ±6,76* 206,62 ±30,83* 2,69 ±0,20* 7,01 ±0,41 9,24 ±0,66* 26,14 ±1,39 0,06 ±0,02* 0,02 ±0,007*

различия между полами достоверны ( р<0,05).

Отмечено, что в возрасте 4-6 лет у девочек в волосах выше концентрация Pb, Cu и Cd, чем у мальчиков, а Zn – наоборот. В отношении Cu в литературе есть данные о более высоком ее содержании у девочек по сравнению с мальчиками, что подтверждает наши результаты. Полученные результаты по содержанию этих металлов в ногтях, повторяют выявленные тенденции по волосам.

Сравнение микроэлементного состава биосубстратов в зависимости от перенесенного заболевания, показало, что у часто болеющих детей (ЧБД) содержание Zn в обеих возрастных группах, а Cd – в старшем дошкольном возрасте достоверно ниже, чем у редко болеющих детей (РБД), а Pb - наоборот (табл. 6).

Таблица 6. Уровень содержания МЭ и ТТМ в волосах и ногтях

детей в зависимости от частоты заболевания

Группа детей МЭ и ТТМ, мг/кг
Цинк Свинец Медь Кадмий
Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти
1-3 года
ЧБД 43,19 ±4,47* 106,31±14,13 4,00 ±0,35* 5,63 ±0,58* 9,96 ±0,63 15,24 ±1,76* 0,13 ±0,04 0,18 ±0,003
РБД 100,79 ±3,95* 142,35±19,02 3,01 ±0,19* 3,63 ±0,19* 11,46 ±0,40 23,14 ±2,64* 0,14 ±0,04 0,18 ±0,025
4-6 лет
ЧБД 45,52 ±4,32* 89,48 ±7,82* 3,40 ±0,20* 5,39 ±0,43 9,46 ±1,24 18,54 ±2,62 0,05± 0,002* 0,06 ±0,002
РБД 82,84 ±4,46* 159,52±6,83* 2,22 ±0,25* 6,30 ±1,23 11,50 ±0,80 21,05 ±1,55 0,12 ±0,03* 0,07 ±0,02

различия между ЧБД РБД достоверны ( р<0,05).

Уменьшение концентрации Zn у ЧБД объясняется тем, что недостаточность Ме сопровождается угнетением образования антител, снижением числа лимфоцитов, циркулирующих в крови. Так как для функции Т- и В-лимфоцитов, то важное значение имеет Zn-содержащий фермент нуклеозидфосфорилаза и при дефиците Zn снижается активность тимидинкиназы – фермента, катализирующего реакцию образования ТМФ из тимидина и АТФ. Так же при взаимодействии со Pb обнаружено уменьшение бласттрансформации лимфоцитов, количества Т-клеток, снижение неспецифической реактивности организма, что объясняет увеличение концентрации данного микроэлемента у ЧБД по сравнению с РБД (Авцын, 1991, Скальный, 2001). В отношении Cd подобных данных в литературе не обнаружено.

В результате исследований в период с 2003 по 2008 годы (табл. 7), отмечено достоверное снижение уровня содержания в волосах и ногтях Pb, Cu и Cd (село) и повышение уровня содержания Zn и Cd (город).

Анализ питания исследуемых дошкольников, организованного на базе ДОУ показал, что даже если ребенок получает дома адекватное дополнительное поступление пищевых продуктов, то ориентировочное суточное поступление выбранных микроэлементов: для детей в возрасте от 1 до 3 лет Zn – 3,64 мг и 3,60 мг, Cu – 0,638 мг и 0,633 мг, Pb – 0,068 мг и 0,348 мг, Cd – 0,00316 мг и 0,00897 мг и от 4 до 6 лет Zn – 4,13 мг и 4,49 мг, Cu – 0,806 мг и 0,761 мг, Pb – 0,084 мг и 0,418 мг, Cd – 0,00344 мг и 0,01169 мг для сельской и агропромышленной территорий, соответственно. Таким образом, общее поступление эссенциальных микроэлементов (Zn и Cu) в основном зависит от полноценности питания, которое ребенок получает дома как после посещения дошкольного учреждения, так и в выходные и праздничные дни. При опросе родителей было установлено, что дома дети в большом количестве получают макароны, картофель, крупы, колбасные изделия; из фруктов - в основном яблоки и чуть реже бананы, где содержание эссенциальных микроэлементов невысоко. Реже в рационе встречаются творог, яйцо, геркулесовая крупа и мясо (курица, печень говяжья), которые богаты этими металлами.

Таблица 7. Показатели содержания МЭ и ТТМ в биосредах детей исследуемых районов за 2003 и 2008 г.г.

Город Воз-раст, лет Год иссле-дова-ния МЭ и ТТМ, мг/кг
Цинк Свинец Медь Кадмий
Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ногти Воло-сы Ног-ти
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Село 1-3 2003 61,83±5,78* 230,3±27,23* 4,12± 1,8 16,37± 1,75* 15,35±1,8 70,14± 18,61* 0,28± 0,05 1,79± 0,43*
2008 79,79±5,76* 163,24±7,48* 2,73± 0,21 8,03± 0,43* 13,73±0,56 34,49± 3,27* 0,18± 0,05 0,07± 0,02*
Город 1-3 2003 92,46±9,04 112,2±20,20* 3,13± 0,35 3,09± 0,57* 12,61±1,41* 12,87± 1,64* 0,01± 0,005* 0,10± 0,04
2008 98,27±7,66 181,7±13,34* 2,79± 0,47 6,08± 0,42* 7,79± 1,36* 21,30± 1,64* 0,11± 0,03* 0,11± 0,06

различия между 2003 и 2008 годами достоверны (р<0,05).

При анализе перехода и особенностей аккумуляции МЭ и ТТМ в системе снег – вода, установлена достоверно значимая прямая связь между уровнем Pb, Cu в снеге и воде в Угличе (R=0,47; R=0,47 соответственно), в Ярославле у Zn, Pb и Cd (R=0,52; R=0,58; R=0,32 соответственно). При анализе перехода и особенностей аккумуляции микроэлементов в системе снег – почва, установлена достоверная сильная корреляционная связь между уровнем Pb, Cd в снеге и почве (R=0,71; R=0,61; соответственно); в Ярославле у Zn, Pb, Cu и Cd (R=0,44; R=0,49; R=0,48 и R=0,43 соответственно). В ходе исследования нами была обнаружена симбатность между содержанием микроэлементов в почвенном покрове и некоторых овощных культурах. Выявлена достоверная очень сильная, близкая к функциональной, прямая связь между уровнем Zn, Pb и Cu в почве и в овощных культурах в Угличе (R=0,97; R=0,90 и R=0,67 соответственно), а для Zn и Pb - в Ярославле (R=0,59; R=0,037 соответственно). При изучении связи содержания микроэлементов в биосубстратах с загрязнением объектов окружающей среды установлены достоверно значимые прямые связи: для Pb и Cd (R=0,36 и 0,42 соответственно) в сельскохозяйственном городе и для Zn (R=0,31) и Pb (R=0,49) в промышленном городе - между их уровнем в питьевой воде и волосах; для Zn в промышленном районе - в питьевой воде и ногтях (R=0,30). Сильная прямая связь отмечена между уровнем металла в волосах и концентрацией в снеге для Pb (R=0,54), Cd (R=0,71) в сельской территории и средняя и слабая для Zn (R=0,43), Pb (R=0,30), Cu (R=0,58) и Cd (R=0,44) в агропромышленной. При изучении межсредового перехода микроэлементов из почвы в биосубстраты установлена достоверно значимая прямая слабая связь только для Cu (R=0,35) в ногтях и почве сельского поселения, Zn (R=0,31) и Pb (R=0,31) в волосах и почве крупного промышленного города. В системе овощи – человек установлено наличие достоверной симбатности между уровнем металла в ногтях и концентрацией в овощных культурах в отношении Zn (R=0,42), Cu (R=0,58) в селе и Zn (R=0,34), Pb (R=0,30), Cu (R=0,77), Cd (R=0,30) в городе. Отмечена достоверная корреляционная связь между уровнем содержания микроэлемента в ногтях и овощах у Cu (R=0,49); у Pb (R=0,62), Cd (R=0,47) в городе. Других достоверно значимых корреляций не установлено. Это свидетельствует не только о высокой степени сопряженности между варьирующими признаками, но и говорит о синергизме микроэлементов, поступающих из объекта окружающей среды, и накапливающихся в организме. Кроме того, это подтверждает наше предположение и сведения литературы о том, что металлы при загрязнении окружающей среды поступают через воздух в депонирующие среды, оттуда поступают в растения, где накапливаются и передаются дальше по пищевой цепи (Воронкова и др., 2003; Шитова, 2005).

Анализ миграционной способности элементов в системе снег – почва – вода – растение – человек (рис. 5) показал наличие плохой миграционной способности для Zn в г. Угличе и как результат – пониженное содержание микроэлемента в биосредах.

Примечание: - сильная (средняя) прямая корреляционная связь;

- слабая корреляционная связь

Рис. 5 Схема межсредового перехода МЭ и ТТМ в сельской территории

Отмечается пониженный уровень Zn в депонирующих средах (почва) и питьевой воде, продуктах питания и наличие слабой прямой связи концентрацией металла в овощных культурах с содержанием в ногтях. Таким образом, концентрация Zn в волосах и ногтях дошкольников исследуемых районов имеет природное происхождение. Анализ результатов показал наличие хорошей миграционной способности Cu. Отмечается высокое содержание Cu в почве и пониженный уровень в снеговом покрове, наличие средней и слабой корреляционной связи между уровнем металла в биосубстратах с концентрацией в овощах и почве, что свидетельствует о природном происхождении элемента.

Хорошая миграционная способность отмечена у Pb, так же отмечено его повышенное содержание в депонирующих средах (почва, снег и продукты питания) и наличие средней и слабой корреляционной связи с содержанием этого металла в волосах, что так же указывает на его антропогенное происхождение. Миграционная способность Cd низкая и корреляционная связь с содержанием в биосубстратах сильная или средняя, но межсредовый переход отчетливо не прослеживается.

Изучение миграционной способности исследуемых элементов в системе снег – почва – вода – растение – человек в г. Ярославле (рис. 6) показал наличие хорошей миграционной способности у Zn и как результат –содержание микроэлемента в биосредах в пределах абсолютной нормы или на нижней границе нормального содержания для детей данной возрастной группы. Отмечается повышенный уровень Zn в депонирующих средах (снеге) и наличие прямой связи слабой силы между концентрацией металла в овощных культурах и содержанием в ногтях, снеге, почве и уровнем в волосах. Таким образом, концентрация Zn в биосредах дошкольников г. Ярославля имеет природно-антропогенное происхождение. Анализ результатов показал наличие хорошей миграционной способности Cd. Так же отмечается высокое содержание Cd в снеге и овощах, уровень микроэлемента в биосубстратах коррелирует с концентрацией металла в овощах и снеге, что свидетельствует о природно-антропогенном происхождении элемента.

Примечание: - сильная (средняя) прямая корреляционная связь;

- слабая корреляционная связь

Рис. 6 Схема межсредового перехода МЭ и ТТМ в промышленной территории

Хорошая миграционная способность отмечена у Pb, так же отмечено его повышенное содержание в депонирующих средах (почва, снег и продукты питания) и наличие средней и слабой корреляционной связи с содержанием этого металла в биосредах, что так же указывает на его природно-антропогенное происхождение. Миграционная способность Cu низкая и корреляционная связь с содержанием в биосубстратах сильная или средняя, но межсредовый переход отчетливо не прослеживается.

Это свидетельствует не только о высокой степени сопряженности между варьирующими признаками, но и о присутствии синергизма и антагонизма микроэлементов, поступающих с продуктами питания и накапливающихся в организме человека.

Для коррекции микроэлементного дисбаланса детей данных районов, необходимо изменить рацион питания детей дома, поскольку именно от этого зависит в большей степени поступление элементов в организм, учитывая количественный и качественный состав пищи. Для этого в рационе детей для увеличения концентрации в организме цинка и как следствии снижение – меди и свинца нужно уменьшить количество поступления продуктов богатых фитатами (макароны) и клетчаткой (капуста) и увеличить количество потребления продуктов содержащих в своем составе высокие концентрации цинка (например, горох, говядина, печень). Достоверно подтверждены антагонистические взаимоотношения между концентрацией цинка в волосах детей и содержание меди в следующих пищевых продуктах: свекла r = -0,99; морковь r = -0,81 и чеснок r = -0,78, что тоже может быть использовано для составления рациона питания детей.

Таким образом, выявлено, что в волосах и ногтях исследуемой группы детей уровень содержания цинка, как правило, находится на нижней границе нормы, а меди и свинца – на верхней, что, вероятно, в большей степени, связано с рационом питания детей и с содержанием этих микроэлементов в окружающей среде.

Выводы.

  1. Выявлено достоверное увеличение содержания в снеге всех исследуемых микроэлементов в промышленном и сельскохозяйственном районах. Установлено повышенное содержание Zn, Cu, Pb и Cd в снежном покрове промышленного города со средним суммарным показателем загрязнения (Zc = 119,87), с низким значением в сельскохозяйственном городе (Zc = 26,56).
  2. Выявлено достоверное снижение в почве уровня содержания цинка и увеличение - всех исследуемых биоэлементов в промышленном и сельскохозяйственном районах. Наибольшее превышение в почве относительно фоновых значений установлено на урбанизированной территории по Zn, Cu и Cd, суммарный показатель загрязнения - опасный и допустимо опасный (Zc = 51,39-7,8 в зависимости от расстояния от дороги), в сельскохозяйственном городе - умеренно опасный и допустимо опасный (Zc = 32,77-8,92 в зависимости от расстояния от дороги).
  3. Однотипный микроэлементный состав снежного покрова и почвы по мониторинговым исследованиям свидетельствует о сформировавшейся техногенной провинции в промышленных районах с высоким уровнем содержания в окружающей среде Pb, Cu, Cd, в сельскохозяйственных районах – Pb, Cd; повышенное содержание Cu в сельскохозяйственных районах имеет природное (геохимическое) происхождение.
  4. Установлено достоверное повышение в питьевой воде сельскохозяйственного города концентрации Zn и снижение – Pb, Cu, тогда как в промышленном городе - увеличение содержания Cu и снижение – Zn, Pb. Выявлено, что наиболее высокий уровень содержания микроэлементов отмечается в сельскохозяйственных районах по сравнению с агропромышленными. Колебания содержания Zn, Cu, Pb и Cd в течение года составляли 20%, наибольшие концентрации отмечены в весенний период времени.
  5. В овощных культурах, выращенных на приусадебных участках исследуемых районов, по микроэлементному составу превышений ПДК не выявлено; установлены лидеры по содержанию Zn и Cd - свекла, Pb – картофель, Cu – капуста. Наиболее высокий уровень содержания всех микроэлементов отмечается в промышленном городе по сравнению с сельскохозяйственным. По результатам мониторинговых исследований отмечено достоверное снижение в овощах уровня Zn и Cu, увеличение – Pb и Cd на обоих исследуемых территориях.
  6. Все исследуемые микроэлементы содержатся в биосубстратах детей в пределах биологической нормы, кроме меди у детей в возрасте от 1 до 3 лет (где эти значения несколько выше нормы, но в пределах биологически допустимых границ). Микроэлементный состав волос детей, проживающих в урбанизированном районе характеризуется повышенным содержанием Cu и Pb, в сельскохозяйственных – Pb, Cb и пониженным уровнем - Zn. За годы исследования выявлено повышение уровня содержания в биосубстратах свинца, меди и снижению – цинка, а концентрация кадмия колеблется незначительно.
  7. Достоверно выявлено, что уровень содержания всех исследуемых МЭ и ТТМ выше в летний период времени. Установлено, что в среднем в биосубстратах мальчиков выше уровень содержания Zn и Cd, девочек – Pb и Cu. Сравнение микроэлементного состава биосубстратов в зависимости от перенесенного заболевания в среднем показало, что уровень Zn у здоровых детей всегда выше, а Pb, Cu и Cd – ниже. Отмечено достоверное увеличение концентрации Cu и снижение Zn при отклонении от нормы массы детей.
  8. Сравнительный анализ микроэлементного состава объектов среды обитания, межсредового перехода и анализ корреляционной связи показал, что для всех исследуемых территорий основными источниками поступления Zn в организм детей природные в сельскохозяйственном городе и природно-антропогенное – в промышленном, Cu – природные, Pb – антропогенные и Cd – природно-антропогенные.
  9. В системе «окружающая среда – человек» миграционная способность перехода микроэлементов между объектами окружающей среды, продуктов питания и организмом человека установлена высокая у Zn и Cu, - у Pb. Миграционная способность Cd низкая и корреляционная связь с содержанием в биосубстратах сильная или средняя, но межсредовый переход отчетливо не прослеживается.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Шитова, Е.В. Содержание некоторых микроэлементов в волосах детей г. Ярославля и Ярославской области / Е.В. Шитова, А.В. Еремейшвили, Н.А. Булычева, О.А. Козлова, М.В. Агулина (Степанова) // Материалы научной конференции «Научно-исследовательская деятельность в классическом университете ИВГУ-2003». - Иваново: Издательство «Ивановский государственный университет», 2003. - С. 100-101.

2. Еремейшвили, А.В. Некоторые особенности микроэлементов в биосубстратах детей от 1 до 3 лет (на примере Ярославского региона) / А.В. Еремейшвили, Е.В. Шитова, М.В. Степанова, Ю.В. Фураева, Е.В. Коледова, С.Е. Горбунова, Д.Ю. Бойцова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов». - Ярославль: ЯрГУ, 2007. С. 267-273.

3. Степанова, М.В. Содержание микроэлементов тяжелых металлов в биосубстратах (волосах и ногтях) детей в возрасте от 1 до 3 лет, проживающих в г. Угличе и Ейске / М.В. Степанова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов». - Ярославль: ЯрГУ, 2007. С. 293-296.

4. Еремейшвили, А.В. Содержание тяжелых металлов в волосах дошкольников городов Углича и Ярославля / А.В. Еремейшвили, Е.В. Шитова, М.В. Степанова // Вопросы физиологии и водной токсикологии: межвузовский сборник научных трудов. - Ярославль: ЯрГУ, 2008. С. 45-49.

5. Степанова, М.В. Особенности содержания тяжелых металлов в почве (на примере г. Углича) / М.В. Степанова // Материалы XIII международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий». – Новосибирск: Новосибирский гос. ун-т, 2008. - С. 70-71.

6. Степанова, М.В. Некоторые особенности содержания микроэлементов в биосубстратах детей дошкольного возраста / М.В. Степанова, А.В. Еремейшвили // Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения». – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. - С. 266-272.

7. Степанова, М.В. Особенности содержания цинка, меди, кадмия и свинца в водопроводной воде (на примере г. Углича и Фрунзенского района г. Ярославля) / М.В. Степанова // Материалы региональной научной студенческой конференции «Современные проблемы биологии, экологии, химии». – Ярославль: ЯрГУ, 2009. – С. 196-202.

8. Еремейшвили, А.В. Некоторые особенности содержания микроэлементов в волосах дошкольников / А.В. Еремейшвили, М.В. Степанова // Экология человека, 2011. - №1. С. 55-58.

9. Еремейшвили, А.В. Некоторые особенности содержания цинка, свинца, меди и кадмия в снежном покрове г. Углича / А.В. Еремейшвили, М.В. Степанова // Известия высших учебных заведений, 2010. - № 7. С. 59-63.

10. Степанова. М.В. Установление границ допустимого содержания химических элементов (Zn, Cu, Cd и Pb) в волосах детей с применением центильных шкал / М.В. Степанова, А.В. Еремейшвили // Материалы 3-ей всероссийской научно-практической конференции «Экология и здоровье: проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий, профилактики заболеваемости и устойчивого развития». – Вологда.: Изд-во Вологодского гос. техн. ун-та, 2010. – С. 117-120.

11. Еремейшвили, А.В. Некоторые особенности содержания цинка, меди, свинца и кадмия в почвенном покрове г. Углича и Фрунзенского района г. Ярославля / А.В. Еремейшвили, М.В. Степанова // Доклады 8-ой всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» - Тула: Инновационные технологии, 2010. - С. 39-44.

12. Степанова, М.В. Физическое развитие детей дошкольного возраста и микроэлементный статус / М.В. Степанова, А.В. Еремейшвили // Ярославский педагогический вестник, 2011, №3. С. 60-66.

13. Степанова, М.В. Некоторые особенности миграции тяжелых металлов в системе «почва растение человек» / М.В. Степанова, А.В. Еремейшвили // «АгроЭкоИнфо», 2011, №2, http://agroecoinfo.narod.ru/ journal/STATYI/2011/2/ st_18.doc.

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)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

____________________________________________________ Оригинал макет подготовлен в программе Word for Windows 2007. Подписано в печать.12.2011 г.. Формат 6084 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Печать оперативная, гарнитура Таймс. Тираж 100 экз.


 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.