Одним из потенциальных источников загрязнения окружающей среды химическими элементами являются рудные месторождения, промышленное освоение которых активирует геохимическую миграцию тяжелых металлов и способствует накоплению их в токсичных концентрациях в различных биологических средах.
Территория Зауралья Республики Башкортостан, охватывающая Магнитогорскую структурную зону, характеризуется уникальным скоплением крупных месторождений медноколчеданных руд (Учалинское, Сибайское, Подольское, Юбилейное, Ново-Учалинское, Западно-Озерное, Октябрьское и другие), а также наличием коренных месторождений и россыпей золота, залежей хромитов, марганцевых руд, бокситов, пирофиллита, цеолитов и др. [6]. В почве, воде, произрастающей растительности и других объектах окружающей среды выявлен повышенный уровень ряда химических элементов, прежде всего Cu, Zn, Fe, Cd [8,9,10,11]. Крупным промышленным центром, расположенным на данной территории, является город Сибай, в котором находится действующий более полувека горно-обогатительный комбинат, оказывающий техногенное воздействие на окружающую среду [2,14].
Население, проживающее на территории геохимической провинции с наличием разрабатываемых месторождений, подвержено воздействию двоякого рода: техногенному со стороны горнорудного производства (шахты, карьеры, обогатительные фабрики, отвалы породы, хвостохранилища) и природному, обусловленному повышенным содержанием ряда химических элементов в объектах окружающей среды.
Цель настоящего исследования – сравнительная оценка накопления токсичных микроэлементов в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, проживающего в г. Сибай и в прилегающих сельских районах с отсутствием выраженного техногенного воздействия.
Материалы и методы
Под наблюдением находились четыре сформированные на основании случайной выборки группы лиц в возрасте от 18 до 76 лет, постоянно проживающих в Башкирском Зауралье, а именно: в г. Сибай и в сельской местности (Абзелиловский, Бурзянский, Зилаирский, Зианчуринский районы Республики Башкортостан), на территории которых отсутствуют крупные горнорудные предприятия. Городские и сельские жители в данном случае не имели профессионального отношения к горнорудному производству. Общее количество обследованных составило 71 человек.
Волосы представляют собой биосубстрат, отражающий в своем составе процессы депонирования, концентрирования и элиминации химических элементов в течение длительного времени и, соответственно, характеризуют элементный статус организма [13].
Пробоподготовку и анализ волос проводили в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (Москва) по стандартной методике в соответствии с требованиями МАГАТЭ, методическими рекомендациями Минздрава РФ и Федерального центра Госкомсанэпиднадзора МЗ РФ. Полученные результаты сопоставлялись с условным биологически допустимым уровнем химического элемента в волосах (УБДУ) [12], а также с содержанием химических элементов в волосах взрослых, проживающих на территории Приволжского Федерального округа (ПФО), в состав которого входит изучаемый регион [15].
Для обработки полученных данных использовали пакет прикладных программ STATISTICA 6.0.
Результаты и обсуждение
Алюминий поступает в организм человека с воздухом, питьевой водой и пищей. Присутствие алюминия обнаружено практически во всех органах человека. Широкое использование этого металла населением в повседневной жизни приводит к формированию латентных токсических эффектов.
УБДУ для Al в волосах равен 6–18 мкг/г [12]. В наших исследованиях среднее содержание этого элемента в волосах было наибольшим у городских женщин (37,04 мкг/г), наименьшим – у сельских женщин (9,23 мкг/г). Медиана содержания Al в волосах обследованных варьировала от 6,19 мкг/г у сельских женщин до 30,74 мкг/г у сельских мужчин (табл. 1). Превышение в волосах критического уровня Al (более 20 мкг/г) выявлено у 17,1 % обследованных, превышение референтных величин для мужчин ПФО зарегистрировано у 12,5 % сибайцев и 80 % сельчан, для женщин – у 30 % жительниц г. Сибай и 16,4 % жительниц сельских районов.
Таблица 1
Содержание алюминия в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г.Сибай |
10,21±3,80 |
2,04 |
34,87 |
6,82/3,84-11,72 |
-//- |
Село |
30,05±4,89 |
5,94 |
52,69 |
30,74/15,50-40,81 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
9,44/5,48-15,25 |
Женщины |
г.Сибай |
37,04±18,50 |
4,94 |
93,88 |
12,30/5,16-73,16 |
-//- |
Село |
9,23±1,13 |
1,67 |
37,20 |
6,19/4,24-10,57 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
8,18/4,73-13,86 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Для сравнения следует отметить, что в различных регионах России (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Челябинск и др.), по данным Центра биотической медицины РФ, количество взрослых с превышением содержания алюминия в волосах 5 мкг/г составило 8–25 %. В зависимости от региона проживания значения среднего показателя колебались у мужчин в пределах 13–30 мкг/г, у женщин – от 3 до 27 мкг/г. У взрослых мужчин, проживающих в Беларуси, медиана алюминия в волосах составила 7,7 мкг/г (наибольший показатель – 81,6 мкг/г), у женщин – 7,5 мкг/г (максимальное значение – 37,9 мкг/г) [7].
К факторам, формирующим нагрузку человека алюминием, могут быть отнесены следующие: повышенное содержание этого металла в питьевой воде, в продуктах питания, использование алюминиевой посуды, бытовой техники с алюминиевыми емкостями для приготовления пищи, напитков в алюминиевых упаковках, фольги для приготовления или упаковки пищи, дезодорантов на основе алюминия, а также лекарственные препараты, содержащие алюминий (например, Альмагель). Горячая обработка пищи многократно усиливает переход алюминия из посуды в продукты питания.
В отчетных документах отсутствует информация о превышении выбросов различных соединений алюминия в атмосферный воздух на территории Зауральской зоны Башкортостана [6]. Следовательно, формирование повышенной нагрузки алюминием у жителей изучаемого региона может быть обусловлено в основном образом жизни.
Кадмий – один из наиболее опасных ядов, поступающий как из профессиональных источников, так и из окружающей среды, накапливающийся внутриклеточно путем связывания с цитоплазматическим и ядерным материалом. Биологический эффект основывается на блокаде сульфгидрильных групп белков и вытеснении Zn, Cu, Se, Ca и Fe из их соединений. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты Cd [13]. Среднее содержание кадмия в волосах мужчин превышало данный показатель для женщин (табл. 2). Превышение верхнего квартиля содержания Cd для мужчин ПФО (0,135 мкг/г) выявлено у 12,5 % сибайцев и 40 % сельчан, для женщин (0,043 мкг/г) – у 30 % сибайских и 31 % сельских. В группах городских жителей наблюдается больший размах содержания этого элемента в волосах по сравнению с сельчанами.
Таблица 2
Содержание кадмия в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г. Сибай |
0,164±0,107 |
0,004 |
0,900 |
0,046/0,022-0,136 |
-//- |
Село |
0,125±0,028 |
0,016 |
0,322 |
0,110/0,068-0,171 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
0,052/0,022-0,135 |
Женщины |
г. Сибай |
0,109±0,09 |
0,010 |
0,315 |
0,015/0,015-0,296 |
-//- |
Село |
0,042±0,007 |
0,002 |
0,241 |
0,030/0,014-0,050 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
0,021/0,011-0,043 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Ртуть является одним из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающих способностью накапливаться в живых организмах. Выведение избытка ртути из организма составляет от года до 10 лет. Токсичность этого элемента обусловлена ее способностью взаимодействовать с сульфгидрильными группами белков, что приводит к инактивации ферментов [13].
Средние групповые показатели содержания Hg не превышали УБДУ (0–2,5 мкг/г) и региональные значения дл ПФО (табл. 3). Относительно низкое содержание Hg в волосах обследованных лиц может быть объяснено отсутствием загрязняющих факторов антропогенной природы и низким потреблением рыбы и морепродуктов, которые, по мнению ряда авторов, могут быть причиной избыточного поступления Hg и ее соединений в организм человека [4]. В то же время 12 % мужчин г. Сибай, 40 % мужчин и 9 % женщин, проживающих в сельской местности, характеризовались повышенным уровнем содержания Hg в волосах по сравнению с региональным уровнем. У 10 % мужчин-сельчан этот показатель превышал 2,0 мкг/г.
Таблица 3
Содержание ртути в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г. Сибай |
0,258±0,103 |
0,041 |
0,857 |
0,129/0,068-0,384 |
-//- |
Село |
0,654±0,219 |
0,043 |
2,390 |
0,502/0,179-0,949 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
0,530/0,270-1,030 |
Женщины |
г. Сибай |
0,205±0,064 |
0,0,045 |
0,395 |
0,191/0,102-0,322 |
-//- |
Село |
0,239±0,031 |
0,034 |
1,020 |
0,145/0,074-0,310 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
0,510/0,290-0,900 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Свинец – основной антропогенный поллютант из группы тяжелых металлов, загрязнение которым окружающей среды обусловлено техногенезом и выбросами автомобильного транспорта. Наивысший уровень содержания Pb зарегистрирован в группе сельских мужчин (табл. 4). Установлено, что у 12 % мужчин и 30 % женщин г. Сибай и у 60 % мужчин и 4 % женщин, проживающих в сельской местности, этот показатель был выше региональных референтных значений. Более того, у 20 % мужчин-сельчан этот показатель превышал УБДУ, равный 5,0 мкг/г [12].
Таблица 4
Содержание свинца в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г. Сибай |
0,536±0,160 |
0,133 |
0,410 |
0,308/0,258-0,808 |
-//- |
Село |
3,006±1,326 |
0,203 |
14,070 |
1,535/0,766-3,720 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
0,860/0,410-2,020 |
Женщины |
г. Сибай |
0,640±0,465 |
0,125 |
1,620 |
0,207/0,144-1,570 |
-//- |
Село |
0,450±0,052 |
0,063 |
2,040 |
0,346/0,161-0,551 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
0,320/0,170-0,370 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Олово. Средний уровень условно токсичного элемента Sn не превышал УБДУ, равный 2,5 мкг/г [12] (табл. 5). Содержание Sn в волосах женщин было достоверно выше этого показателя у мужчин. В волосах 60 % городских и 31 % сельских женщин был выявлен повышенный в сравнении с региональными показателями уровень Sn. Более того, у 9 % женщин-сельчан этот показатель превышал УБДУ.
Таблица 5
Содержание олова в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г. Сибай |
0,099±0,024 |
0,025 |
0,252 |
0,095/0,023-0,115 |
-//- |
Село |
0,106±0,011 |
0,045 |
0,149 |
0,106/0,085-0,147 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
0,110/0,070-0,180 |
Женщины |
г. Сибай |
0,887±0,503 |
0,030 |
1,950 |
0,662/0,150-1,850 |
-//- |
Село |
0,779±0,250 |
0,017 |
9,840 |
0,170/0,048-0,780 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
0,130/0,060 -0,370 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Мышьяк. Результаты статистической обработки данных по содержанию As показали, что превышение УБДУ не было обнаружено ни в одной из исследуемых групп. Уровень As в волосах сельских женщин было достоверно ниже этого показателя для мужчин (табл. 6). Более высокое содержание As в волосах лиц мужского пола по сравнению с женщинами показано на примере населения Оренбургской области [3], что согласуется с нашими данными.
Таблица 6
Содержание мышьяка в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, мкг/г
Пол |
Место проживания |
M±m |
Минимум |
Максимум |
Me/ q25-q75 |
Мужчины |
г.Сибай |
0,056±0,007 |
0,026 |
0,085 |
0,052/0,042-0,073 |
-//- |
Село |
0,052±0,004 |
0,042 |
0,072 |
0,046/0,042-0,069 |
-//- |
ПФО*
|
- |
- |
- |
0,060/0,036-0,092 |
Женщины |
г.Сибай |
0,050±0,019 |
0,022 |
0,086 |
0,042/0,022-0,086 |
-//- |
Село |
0,022±0,002 |
0,003 |
0,110 |
0,015/0,009-0,031 |
-//- |
ПФО* |
- |
- |
- |
0,021/0,021-0,046 |
* Региональные значения для населения ПФО.
Заключение
Обобщая полученные результаты по оценке содержания токсичных микроэлементов в волосах взрослого населения Башкирского Зауралья, можно констатировать наличие ряда закономерностей. Концентрации токсичных элементов в волосах обследованных лиц в целом соответствовали уровню, показанному в работах разных авторов для жителей городов и районов ПФО [1,3,5]. В большинстве случаев содержание изученных химических элементов было выше в волосах сельских мужчин.
По результатам исследования можно говорить о половой изменчивости содержания ряда токсичных микроэлементов в волосах. Было показано наличие полового диморфизма для всех изучаемых элементов, что может свидетельствовать о наличии специфических особенностей в обмене этих элементов в зависимости от пола. Отмечается тенденция к более высокому содержанию токсичных элементов в волосах мужчин. Исключение составляет потенциально токсичный элемент Sn, содержание которого было наибольшим в волосах сельских женщин.
Проведенные исследования свидетельствуют о наличии воздействия на население, проживающего на территории биогеохимической провинции, со стороны естественных геохимических аномалий. Полученные результаты могут служить сравнительным материалом для работ по мониторингу состояния окружающей среды и определения степени воздействия токсичных элементов на население, проживающее в различных геохимических районах и экологических условиях.
Публикация подготовлена в рамках поддержанного РГНФ и Правительством Республики Башкортостан научного проекта №15-16-02003.