Минеральные элементы в окружающей среде

Региональная специфика содержания химических элементов в природной среде определяет биотические и абиотические процессы на локальных территориях, в частности урожайность и качество сельскохозяйственных культур, продуктивность и заболеваемость животных, а также заболеваемость населения через трофические цепи: растения – животные – человек.

Природно-антропогенные биогеохимические круговороты химических веществ являются причиной многочисленных изменений в состоянии здоровья населения, приводя к развитию эндемических заболеваний, т.е. массовых заболеваний, специфичных для определенной местности. Убедительно доказаны причинно-следственные связи между заболеваемостью населения и дефицитами в природной среде йода, селена, фтора. Эти дефициты сопровождаются дисбалансом многих других жизненно необходимых химических элементов в объектах природной среды, что, в свою очередь, усиливает неблагоприятные тенденции в здоровье населения.

Профилактика йоддефицитных нарушений

Йоддефицитные нарушения в состоянии здоровья населения – это обширный перечень донозологических проявлений недостаточности функций щитовидной железы, приводящих к дефициту в организме тиреоидных гормонов:

· нарушение репродуктивного здоровья (бесплодие, мертворождение, врожденные аномалии развития, перинатальная смертность)

· токсический зоб (гипертиреоз) или зоб с гипотиреозом

· задержки психического и физического развития у детей и подростков

· снижение интеллекта у детей и взрослых

· кретинизм

Недостаточность йода в объектах биосферы тысячелетиями формировали глобальные геохимические процессы, что привело к планетарному появлению стабильно эндемичных по йоду биогеохимических территорий. Согласно гипотезе об эволюции планеты Земля значительное количество йода с поверхности почвы было смыто ледниками, атмосферными осадками и унесено в Мировой океан, который сейчас является основным резервуаром йода в Биосфере.

Единые критерии диагностики (ВОЗ) для оценки тяжести йодного дефицита на определенной территорий:

· частота зоба по пальпаторному исследованию и ультразвуковой диагностике щитовидной железы у детей допубертатного возраста. Районы, где частота зоба у детей превышает 5%, называют эндемичными.

· медиана йодурии – концентрация йода в моче (мкг/л), отражающая его потребление

· неонатальный скрининг на наличие врожденного гипотиреоза

· изучение использования населением йодированной соли, её качества

По рекомендациям ВОЗ предложена характеристика статуса территории по уровню йодного обеспечения населения:

· тяжелый дефицит

· умеренный дефицит

· легкий дефицит

· вероятен дефицит

· достаточное обеспечение

· вероятно достаточное обеспечение

· избыточное обеспечение

Миллиарды людей на Земле страдают от дефицита йода. Легкий и умеренный дефицит типичен для большинства стран. Тяжелый дефицит йода характерен для высокогорных местностей и территорий, удаленных от океннов. Избыточный статус встречается крайне редко, преимущественно на побережье морских акваторий.

Эндемический зоб – самое распространенное проявление йодной недостаточности, поскольку йод является важной составной частью гормонов щитовидной железы – тироксина и трийодтиронина. При недостаточном поступлении йода в организм происходит компенсаторное увеличение массы щитовидной железы – формируется зоб. Некоррегируемый дефицит йода инициирует дальнейшие морфологические нарушения тиреоидной ткани с развитием тяжелых заболеваний щитовидной железы: тиреоидиты, узловой зоб, диффузный токсический зоб, рак щитовидной железы.

Гормоны щитовидной железы играют важную роль в развитии нервной системы у детей, особенно во внутриутробном периоде и в первые месяцы жизни. Нехватка гормонов щитовидной железы в эти критические периоды развития приводит к появлению тяжелого заболевания – гипотиреоза, который проявляется комплексом симптомов: отставание в росте, двигательные нарушения, задержки физического и умственного развития, вплоть до кретинизма. У каждого третьего дошкольника с субклиническим гипотиреозом снижен уровень психического развития: от ухудшения зрительной и слуховой памяти до выраженных проявлений умственной отсталости. У школьников с эндемическим зобом снижена работоспособность и успеваемость, у подростков имеют место нарушения полового созревания.

Среди детей с пониженным содержанием йода в моче, как проявление общей иммунной недостаточности, отмечена повышенная заболеваемость острыми респираторными инфекциями; распространенность зоба и гипотиреоза сочетается с увеличением частоты выявления многих хронических заболеваний: тонзиллит, фарингит, гастрит, дуоденит, ожирение, болезни зубов и пр.

В йоддефицитных регионах у женщин чаще обнаруживают нарушения репродуктивной функции, увеличение количества выкидышей и мертворождений. Все это приводит к ухудшению показателей воспроизводства населения, в частности возрастает перинатальная и младенческая смертность.

Взрослые с субклиническим гипотиреозом, который не всегда диагностируется, постоянно недомогают и предъявляют многочисленные жалобы: сухость кожи, ломкость ногтей, выпадение волос, мышечная слабость, неприятные ощущения в суставах, запоры, пониженная температура тела. Быстрая утомляемость сопровождается снижением жизненного тонуса, трудоспособности и интеллекта.

Поскольку геохимическую структуру почв и вод изменить нереально, на эндемичных территориях следует увеличить потребление населением йода и сбалансировать рацион питания по эссенциальным микронутриентам. Международный совет по контролю за йоддефицитными состояниями рекомендует нормы ежедневного потребления йода, в мкг/сутки: дети 1-го года жизни – 50, дошкольники – 90, дети 7-12 лет – 120, взрослые и дети старше 12 лет – 150, беременные и кормящие женщины – 200 мкг. Обсуждается необходимость увеличения нормативов доз йода до 250 – 300 мкг/сутки для беременных и до 225 – 350 мкг/сутки для кормящих женщин.

Негативное влияние на функции щитовидной железы оказывает многие токсические вещества – монооксид углерода, оксиды азота, ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол), фтор, свинец, отдельные пестициды.

Повреждающее действие на ткань железы оказывают и физические факторы: повышающие акустические нагрузки, электромагнитные поля, ионизирующая радиация.

Растительная и животная продукция, выращенная на эндемичных территориях, не может обеспечить суточную потребность человека не только по йоду, но и по другим элементам, в частности по кобальту и марганцу, что приводит к еще большему напряжению функций щитовидной железы.

В рационы питания следует включать продукты моря, которые по своему природному составу богаты йодом, многими другими микроэлементами, витаминами, пищевыми волокнами. К таким продуктам относится морская капуста, рыба, кальмары и пр. Йодом богаты грецкие орехи, чеснок, арбузы, дыни, некоторые травы, выращенные не на эндемичных территориях.

Однако регулярное и достаточное употребление в пищу природно-богатых йодом продуктов нереально для большинства населения. Перспективна массовая профилактика йоддефицитных состояний продуктами, обогащенными йодом. Приоритетными продуктами массового ежедневного потребления стали йодированные соль и хлебобулочные изделия.

Соль пищевая йодированная является лечебно-профилактическим продуктом при регламентированном уровне обогащения 40 мкг высокостабильного йодата калия на 1 г соли. Срок годности такой соли не менее 12 мес., она не отличается от обычной соли по органолептическим свойствам и может использоваться при варке, выпечке и пр. Опыт применения йодированной соли во многих странах мира показал высокую эффективность массовой профилактики йоддефицитных состояний среди всех слоев населения. В России широкое использование йодированной соли в 1920-1960-х годах весьма успешно обеспечивало коррекцию нарушений в состоянии здоровья населения. Прекращение производства профилактической соли и ее поставок пагубно сказалось на эндокринном статусе россиян, а также значительно снизило настороженность и грамотность населения по основам первичной профилактики.

В 90-е годы разработаны хорошие технологии по обогащению йодом хлеба, муки, кондитерских изделий, напитков, молочных продуктов, но массовое производство этих ценных лечебно-профилактических продуктов недостаточно, а население о них мало информировано. Весьма перспективен выпуск продуктов, обогащенных морской капустой – ламинарией. Использование биологически сбалансированных природных добавок из ламинарии обогащает рацион йодом в виде органических соединений, витаминами, пищевыми волокнами, кальцием, марганцем, цинком, фосфором, железом и прочими жизненно необходимыми элементами.

Эндемичные территории должны обеспечиваться йодированной солью высокого качества и продуктами, обогащенными йодом. Массовую профилактику необходимо начинать с организованных коллективов: образовательные и лечебно-профилактические учреждения, предприятия, воинские контингенты.

Эффективность профилактической работы во многом определяется правильно организованной пропагандой употребления населением здоровых продуктов питания и в целом гигиенической грамотностью населения. Только на этом фоне возможна активная индивидуальная защита здоровья. Современный рынок насыщен разнообразными качественными биологически активными добавками к пище, регулярное применение которых индивидуально по выбору каждым человеком позволит до минимума снизить заболеваемость населения эндемическим зобом и сопутствующим ему комплексом йоддефицитных состояний.

Профилактика селендефицитных нарушений

Универсальность биологического значения селена обусловлена его антиоксидантным действием. Данный эффект широко используется в профилактике и терапии многочисленных заболеваний, в патогенезе которых важную роль играет генерирование свободно-радикального окисления и угнетение антипероксидазной защиты. Эти механизмы провоцируются природно-антропогенным неблагополучием биосферы, а также стресс-факторами социальной природы.

В природных условиях селен распространен повсеместно, но неравномерно по поверхности земли, что обусловило наличие на земле низко селеновых и высокоселеновых территорий.

В перечне гипоселеновых зон отдельные провинции Китая, Западной и Восточной Сибири России, Америки, Финляндии, Новой Зеландии и многих других стран. Однако в том же Китае есть высокоселеновые территории с исторически наблюдаемой интоксикацией – хронический селеноз человека, который проявляется поражением ногтей, выпадением волос, возможностью поражения печени.

Большую опасность дефицит селена представляет для здоровья животных. У коров и овец, выращенных в регионах с низкими концентрациями водорастворимого селена в почве и соответственно в кормах, развивается алиментарная мышечная дистрофия, описаны некротические изменения печени у свиней, экссудативный диатез и дегенерация поджелудочной железы у цыплят. Эти эндемические заболевания, сопровождающиеся массовой гибелью скота, могут быть предупреждены добавлением в корма соединений селена и витамина Е. Эти два компонента обеспечивают активность фермента глютатионпероксидазы, которая подавляет каскад свободно-радикального окисления в организме.

В низкоселеновой провинции Кешан северо-восточной части Китая зарегистрирована эндемическая кешанская болезнь. Кешанская болезнь – эндемическая кардиомиопатия на фоне очень низких концентраций селена в крови населения, а также в почве и пищевых продуктах провинции. Это тяжелое заболевание сердца поражает преимущественно детей в возрасте до 10 лет. Следует отметить, что в районах с выраженной эндемией зарегистрирована высокая частота селендефицитных заболеваний у сельскохозяйственных животных. Предполагают, что в возникновении кешанской болезни важную роль играют также дефициты в рационах белка, липидов, тиамина, магния, молибдена.

Болезнь Кашина-Бека – эндемическая остеоартрозопатия. Этиопатогенез данного заболевания более сложен, чем чисто селеновая недостаточность.

В последние годы появляется все больше подтверждений о роли дефицита селена в преждевременном старении организма и сопровождающих его тяжелых заболеваний: злокачественные новообразования, болезни сердца, сосудов, суставов и пр.

Из окружающей среды в организм селен поступает преимущественно с пищей, поскольку концентрации селена в воде и воздухе низкие. Содержание селена в растительных и животных продуктах определяет насыщенность почв его водорастворимыми формами. В низкоселеновом округе Китая с наличием кешанской болезни среди населения содержание селена в кукурузе, рисе, сое не превышало 0,01 мг/кг в районе с адекватным содержанием селена эти концентрации повышались до 0,036-0,069 мг/кг. В высокоселеновом районе с проявлениями хронического селеноза среди жителей содержание селена достигало в кукурузе 8,1 мг/кг, риса – 4,0 мг/кг, сое – 11,9 мг/кг.

Существенно различаются по содержанию селена зерновые культуры, в частности по пшенице – от 0,04 до более 21,4 мг/кг. По содержанию селена приоритетны американские и канадские зерновые. Те же закономерности прослежены по продуктам животного происхождения: мясо, молочные продукты, яйца. Это доказывает, что селен легко переходит в организм человека по пищевой цепи: почва ® растения ® животные ® человек.

Богаты селеном некоторые продукты моря, в частности камбала, треска, моллюски, креветки, а также субпродукты (печень, почки) и само мясо.

Ощутимый вклад в потребление человеком селена вносят зерно и зернопродукты, молоко и молокопродукты. Во фруктах и овощах повсеместно обнаруживают низкие концентрации селена, исключая чеснок и грибы, которые содержат элемент в умеренных концентрациях. Обнаруживают селен и в лесных ягодах – голубика, земляника, брусника.

В суточном рационе питания человек может получать от 20 до 300 и даже до 500 мкг селена. Насыщение организма селеном через питьевую воду и при дыхании не превышает нескольких мкг в день.

Пределы безопасного и адекватного суточного потребления селена для взрослых – 50-200 мкг, детей 4-6 лет – 20-30 мкг, детей старше года – 20-80 мкг, младенцев – 10-40 мкг (Национальный научно-исследовательский совет США, 1980г).

Диагностика насыщенности организма селеном может проводиться по многим биосубстратам: кровь, моча, волосы. За норматив принято содержание селена в крови человека – 0,44 мг/л.

Эпидемиологические исследования сотрудников Института питания РАМН показали, что у 80% населения России обеспеченность селеном ниже оптимального, что требует коррекции селенового статуса населения. Для индивидуальной и популяционной профилактики целесообразно использовать биологически активные добавки к пище, обогащенные легкоусвояемым органическим се­леном в комплексе со свободными аминокислотами, олиго- и макропептидами, витаминами группы В, макро- и микроэлементами. Высокие концентрации селена токсичны, что определяет необходимость соблюдения возрастных суточных нормативов. Антиоксидантное действие селена усиливают аскорбиновая кислота, бета-каротин, токоферол.

Фтор

Фтор относится к числу наиболее распространенных химических элементов земной коры. При гигиенической оценке поступления фтора в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе содержится от 0,54 до 1,6 мг фтора (в среднем 0,81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем при употреблении питьевой воды, содержащей оптимальные его количества (1 мг/л).

Фтор обнаруживается в поверхностных, грунтовых и морских водах. Питьевая вода с концентрацией фтора более 0,2 мг/л является основным источником его поступления в организм. Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие концентрации фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Установлено закономерное нарастание содержание фтора с севера на юг в поверхностных и грунтовых водах. Максимальные концентрации фтора (до 5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

При систематическом использовании питьевой воды, содержащей избыточные количества фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов (крапчатость эмали), нарушение процессов окостенелости скелета, истощение организма.

Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек. При развитии заболевания флюорозные пятна увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые изменения её. В тяжелых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузионный остеопороз костного аппарата, костные отложения на ребрах, трубчатых костях, костях таза, оссификация связок и окостенение суставов. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, фосфорно-кальциевый, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр.

Если избыточные количества фтора питьевой воды вызывают эндемический флюороз, то дефицит этого микроэлемента (меньше 0,5 мг/л) в сочетании с другими факторами (нетрадиционное питание, неблагоприятные условия труда и быта) вызывает кариес зубов. Кариес зубов способствует развитию заболеваний полости рта (тонзиллита, ревматоидного состояния), нарушению процесса пищеварения и др.

Если аномальные количества фтора вызывают патологические нарушения в организме (эндемический флюороз, кариес зубов), то оптимальные концентрации этого микроэлемента обладают противокариозным свойством. Эта биологическая особенность фтора послужила научной основой для разработки эффективного метода профилактики кариеса зубов – фторирования питьевой воды.

Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды приводит к снижению заболеваемости кариесом зубов (в различных возрастных группах на 25-82%). Повышению эффективности противокариозного действия фторированной воды способствует реализация и других профилактических мероприятий – обеспечение сбалансированного питания, улучшение условий труда и быта населения, плановая санация полости рта, гигиеническое содержание зубов и полости рта и др. При длительном употреблении фторированной воды снижается не только пораженность кариесом зубов, но и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек).

Мероприятия по предупреждению избыточного или недостаточного поступления микроэлементов в организм

К специфическим профилактическим мероприятиям относятся биогеохимическое районирование региона, установление гигиенических нормативов микроэлементов в объектах окружающей среды, проведение специальных мероприятий по предупреждению избыточного и недостаточного поступления микроэлементов в организм.

При биохимическом районировании изучают геохимические условия провинции и реакции организма человека на геохимический состав среды. Эти сведения необходимы для научного обоснования профилактических мероприятий.

Гигиенические нормативы микроэлементов (минимальные, оптимальные и максимальные уровни) устанавливают в экспериментальных условиях. Обоснованность экспериментально установленных гигиенических нормативов проверяется клинико-физиологическими исследованиями.

К мероприятиям по предупреждению избыточного или недостаточного поступления микроэлементов в организм относятся использование препаратов и БАДов, содержащих микроэлементов (медь, йод, молибден, цинк и др.), фторирование и дефторирование воды, обезжелезивание воды, обогащение микроэлементами сельскохозяйственных земель, а также разработка комплексных мероприятий (в первую очередь технологического характера) по предупреждению загрязнения металлами окружающей среды.

Общегигиенические профилактические мероприятия состоят в повышении резистентности организма человека к отрицательным факторам окружающей среды. К ним относятся улучшение социальных условий жизни (жилищные условия, сбалансированное питание, включая и микроэлементы, условия водоснабжения и др.) и труда населения. При внедрении профилактических мероприятий необходимо учитывать, что основным источником поступления микроэлементов в организм человека являются пищевые продукты. Значение водного фактора в этом отношении (за исключением фтора) невелико. Реализация комплексных оздоровительных мероприятий предупреждает эндемические болезни, повышает сопротивляемость организма к другим заболеваниям, улучшает показатели физического развития детей.