Влияние различных уровней антропогенной нагрузки на физическое развитие и функционирование основных систем организма детей младшего школьного возраста

Актуальность проблемы. В период выраженного демографического спада, переживаемого Россией, сохранение здоровья детей имеет первостепенное значение и является важнейшим условием развития любого цивилизованного общества (Измеров Н1Ф., 2004; Величковский Б. Т., 2005;

Баранов A.A., Кучма BIP., 2006), а изучение адаптационных возможностей1 организма, которые отражают уровень устойчивости организма к факторам окружающей среды, вошло в настоящее' время в число наиболее приоритетных направлений гигиенических исследований.

Авторы однозначны в оценке влияния антропогенной нагрузки на физическое^развитие* и" здоровье детей: отклонения чаще регистрируются у детей, проживающих" в экологически неблагоприятных условиях. В' современной литературе достаточно научных данных об отрицательномвлиянии различных химических загрязнителей на физическое развитие и состояние здоровья детей (Филатов И.И., Аксенова О. И., 1998,2001; Сетко Н. П. с соавт., 2002, 2004, 2007; Дмитриев А. Д., Дмитриев ДА., 2003; Давыденко Л. А., 2004).

Известно, что организм детей при изменении факторов внешней и внутренней среды стремится обеспечить оптимальные условия своего существования на основе поддержания жизненно важных констант в определенных пределах благодаря сложным механизмам регуляции (Казначеев В.П., Баевский В. Р., 1980; Маймулов В. Г., 1997; Глазачев О. С., 2006; Кучма В. Р., Сухарева JIM., 2006). Вместе с тем, в настоящее время недостаточно данных о характере функционирования физиологических систем организма детей в зависимости от качества и количества действующих факторов окружающей среды, в том числе малой интенсивности, в дозах, наиболее часто встречающихся в реальных условиях. Более того, возникновению функциональных и органических изменений предшествуют «пограничные состояния», характеризующиеся снижением адаптационных возможностей детского организма к изменяющимся условиям среды обитания (Казначеев В.П., Баевский В. Р., 1980). По существу, широкое распространение латентных повреждений организма в связи с повышенным загрязнением окружающей среды становится актуальной гигиенической проблемой, а диагностика функциональных (донозологических) состояний человека остается в числе важнейших проблем гигиены. В. связи с этим, первостепенную важность приобретает поиск достоверных информационных биомаркеров воздействия и биомаркеров, эффекта, критериев, позволяющих выявить детей из группы риска со снижением уровня здоровья* до появления функциональных и, тем более, органических изменений, с последующей коррекцией отклонений. До последнего времени не установлены особенности развития адаптационных реакций защиты организма в ответ на многокомпонентное воздействие^ региональных химических загрязнителей. Более того, пока не стала предметом гигиенических исследований оценка донозологических изменений в организме детей в условиях различного уровня воздействия химических поллютантовотсутствуют критерии определения «стоимости», которую «платит» та или иная система организма в целом за свое функционирование в определенных условиях окружающей среды, что не позволяет объективно оценить адаптационно-приспособительные возможности.

Между тем, складывающееся положение с состоянием среды обитания свидетельствует о том, что многокомпонентное, многофакторное воздействие окружающей среды на здоровье детского населения определяет методические трудности комплексной оценки ее качества, что требует разработки новых методических подходов в интегральной оценке качества окружающей среды и степени адаптации организма в конкретных условиях ее обитания.

Указанный комплекс нерешенных проблем определяет актуальность проведенных исследований.

Цель работы: Оценить влияние различных уровней антропогенной нагрузки на физическое развитие и уровень функционирования< основных систем организма детей, на основании чего научно обосновать физиологические критерии донозологической. диагностики экологически обусловленных изменений в организме.

Задачи исследования:

1. Оценить количественный и качественный^ состав, антропогенного загрязнения атмосферного воздуха, питьевой" воды, почвыи дать комплексную эколого-гигиеническую оценку условиям среды обитания* трех городов с различным уровнем антропогенной нагрузки.

2. Проанализировать состояние и уровень адаптированности основных функциональных систем^ и* физического развития детей младшего школьного возраста, проживающих на территориях с различным уровнем антропогенной нагрузки.

3. Оценить уровень накопления загрязнителей в организме детей исследуемых территорий путем определения микроэлементов’в волосах.

4. Установить причинно-следственные связи и зависимость между уровнем. воздействия химических антропогенных загрязнителей и формированием уровня адаптационных резервов организма детей.

Научная новизна. Впервые дана дифференциальная интегральная оценка приоритетных региональных химических факторов и установлена степень их риска для здоровья детей в зависимости от величины экспозиции.

Получены новые данные об особенностях функционирования центральной нервной, сердечно-сосудистой систем и их межсистемном взаимодействии для поддержания адаптационных реакций в условиях различного уровня воздействия антропогенной нагрузки.

Показано, что исследование уровней резервных возможностей организма является. информативным физиологическим критерием донозологической диагностики уровня здоровья детей.

Впервые научно обоснованы приоритетные биомаркеры воздействия на детский организм и маркеры биологического ответа (эффекта) при многокомпонентном химическом воздействии.

Практическая значимость работы. Полученные результаты по влиянию загрязнений окружающей среды, в том числе в малых дозах, на состояние здоровья детей расширяют знания, в области адаптации детского организма к химическим факторам окружающей среды, способствуя пониманию отдельных механизмов развития экологически обусловленной патологии.

Внедрение результатов исследования в практику. По результатам исследования разработано информационное письмо «Комплексная гигиеническая оценка опасности природного и антропогенного воздействия металлов на здоровье населения в Оренбургской области» (Оренбург, 2001), методические рекомендации «Организация и проведение социально-гигиенического мониторинга здоровья. детского населения урбанизированных и сельских территорий» (М., 2003). Предложенные в них рекомендации используются в работе Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области при реализации системы социально-гигиенического мониторинга, разработке основ управления процессами по сохранению и укреплению здоровья населения, в том числе детского, и выработке предложений по предупреждению вредного влияния факторов окружающей среды на здоровье населения (акт внедрения от 09.09.2010). Рекомендации по снижению уровня загрязнения и сохранению здоровья детей используются при определении первоочередных мероприятий по оздоровлению экологической обстановки комитетом Законодательного собрания области по вопросам собственности, природопользования и строительства (акт внедрения от 26.10.2010), государственной инспекцией по охране окружающей среды Оренбургской области (акт внедрения от 18.08.2010). Разработанные интегральные показатели здоровья детей применяются при проведении профилактических медицинских осмотров школьников и 7 дошкольников, в деятельности центров здоровья детей и подростков министерством здравоохранения области (акт внедрения-от 21.09:2010):

Результаты исследований включены в программу преподавания I.

разделов! гигиены окружающей среды и экологии человека на медико-профилактическом, педиатрическом, лечебном и последипломном факультетах в Оренбургской’государственной медицинской академии МЗ РФ (акт внедрения-от 05.10.2010). Основные положения, выносимые на защиту.

1. Высокие уровни антропогенного загрязнения территорий и особенности^ количественного химического" состава приводят к высокому риску нарушения здоровья детей.

2. Показатели^ физического развития, функционирования основных систем и формирование адаптационных возможностей организма детей зависят от уровня антропогенной нагрузки, а также качественного состава химических загрязнителей.

3. Основанием для разработки биологических маркеров воздействия и эффекта от химических загрязнителей на детский организм являются данные корреляционного анализа, установившего связь между химическими факторами среды обитанияи показателями функционирования основных органов и систем.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Среда обитания и здоровье детского населения» (Оренбург, 2003) — Пленумах научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и МЗ РФ «СГМ: Методология, региональные особенности, управленческие решения», «Методологические проблемы изучения и оценки биои нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды» (Москва, 2003, 2007) — научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития медико-профилактического дела в Российской Федерации» (Казань, 2006) — Международной научно-практической конференции «Биоэлементы» 8.

Оренбург, 2007) — научно-практической конференции с международным участием «Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения в промышленно развитых регионах» (Пермь, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, из них 7 статей в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 30 таблицами и 45 рисунками. Библиографический указатель содержит 120 отечественных и 53 иностранных источника.

выводы.

1. Величина комплексной антропогенной нагрузки окружающей среды на детское население трех промышленных городов формируется вследствие высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха, накопления поллютантов в почве, превышая суммарную антропогенную нагрузку в г. Медногорске в 5 раз, а в г. Оренбурге в 2,2 раза по сравнению с антропогенной нагрузкой г. Бугуруслана.

2. Приоритетными поллютантами, определяющими неблагоприятные действия на детей младшего школьного возраста исследуемых территорий являются диоксид серы, диоксид азота, марганец, никель, свинец, цинк, хром, медь. При этом показано, что наиболее неблагоприятным в отношении риска развития неканцерогенных эффектов с учетом рассчитанных индексов опасности является территория г. Медногорска, где суммарный индекс опасности составляет 22,84, при соответствующих показателях в г. Оренбурге 12,67.

3. Установлены особенности развития в организме детей сравниваемых групп дисбаланса биотических концентраций эссенциальных и накопления токсичных микроэлементов. Так, в волосах детей 3-ей группы, проживающих в г. Медногорске, в сравнении с данными волос детей г. Бугуруслана уровень накопления кадмия был выше в 1,55 раза, свинца в 3,45 раза, стронция в 1,37 раза, никеля в 3,66 разаа в волосах детей г. Оренбурга в сравнении с теми же показателями детей г. Бугуруслана накопление кадмия было больше в 4,5 раза, свинца в 2,18 раза, марганца в 2,92 раза, никеля в 5,25 раза.

4. Антропогенное загрязнение окружающей среды приводит к напряжению систем регуляции сердечного ритма за счет рассогласования влияний обоих отделов вегетативной нервной системы, сопровождающегося избыточным вегетативным обеспечением, что в совокупности приводит к различной степени снижению адаптационных резервов организма, которые у детей 1-ой группы составляет 77,4%- 2-ой группы 85,2%- 3-ей группы 90,6% соответственно.

5. Сравнительный анализ функционального состояния организма детей в условиях воздействия химических загрязнителей свидетельствует о том, что высокие уровни антропогенной нагрузки на организм приводят к увеличению числа детей с дисгармоничным физическим развитием, ухудшению адаптационных возможностей за счет уменьшения числа детей с удовлетворительной адаптацией в 1,4 раза во 2-ой группе и в 1,5 раза в 3-ей группе, снижению уровня функционирования ЦНС у 45,6% детей 2-ой группы и у 52,1% детей 3-ей группыа уровень нервной реакции снижается в 1,4- 1,67 раза.

6. На основании корреляционного анализа установлена зависимость между уровнем антропогенной нагрузки и уровнем функциональных резервов организма, а также показателями функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, что позволило научно обосновать маркеры биологического воздействия и биологического ответа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Во всем мире возрастает озабоченность неуклонно ухудшающимся качеством развития и здоровья детей. Все более осознается как актуальная задача государства, необходимость преодоления имеющей место тревожной тенденции в интересах обеспечения жизнедеятельности подрастающего поколения в антропогено измененных условиях среды. Кроме того, немаловажное значение имеет и осознание того, что здоровье сегодняшнего поколения детей — это не только здоровье завтрашних здоровых, но и здоровье будущего поколения людей.

Нами установлено, что основными источниками загрязнения 3-ей территории (г. Медногорск) исследования является медно-серный комбинат, АО «Уралэлектро" — 2-ой территории (г. Оренбург) — предприятия газонефтедобычи, машиностроения, теплоэнергетики- 1-ой территории (г. Бугуруслан) — ОАО „Радиатор“, автомобильный транспорт. Наиболее высокая аэрогенная нагрузка на единицу площади и единицу населения выявлена на территории г. Медногорска — 247,8 т. на 1 км² и 3,05 т. на 1 жителяна территории г. Оренбурга — 61,04 т. на 1 км*» и 99,9 кг. на 1 жителя, и наиболее низкая на территории г. Бугуруслана — 3,5 т. на 1 км² и 5,25 кг. на 1 жителя. При качественном и количественном анализе многокомпонентного загрязнения атмосферного воздуха установлено в г. Медногорске превышение ПДК диоксида азота в 1,63 раза, диоксида серы в 1,57 раза, 3,4бенз (а)пирена в 1,86 раза, никеля в 2,3 раза, кадмия в 1,4 раза. В г. Оренбурге отмечалось превышение ПДК в атмосферном воздухе формальдегида в 2,05 раза- 3,4бенз (а)пирена в 2,14 раза, диоксида азота в 1,19 раза, свинца в 2,1 раза, содержание взвешенных веществ составило на уровне 0,98 ПДК. В г. Бугуруслане ни один из выявленных загрязнителей не превышал ПДК по среднесуточным концентрациям.

В структуру загрязнения атмосферного воздуха металлами наибольший вклад в г. Медногорске вносят никель (35%), кадмий (21%), хром (14%), марганец (12%) — в г. Оренбурге соответственно свинец (41%), никель (23%), марганец (10%), хром (9%) — в г. Бугуруслане спектр выявленных металлов представлен свинцом, хромом, кадмием, никелемприоритетными из которых были свинец (61%), кадмий (16%), хром (13%). Суммарная аэрогенная нагрузка на население исследуемых территорий, рассчитанная, как сумма двух показателей К атм. и К металлов, свидетельствует о том, что коэффициент суммарного загрязнения атмосферного воздуха в г. Медногорске в 1,2 раза выше, чем в г. Оренбурге и в 2,2 раза выше, чем в г. Бугуруслане.

В* питьевой воде, которой пользуются дети, проживающие на трех исследуемых территориях, идентифицированы такие поллютанты как хлориды, свинец, кадмий, никель, железо, фториды, хром, нитраты, алюминий, содержание которых было в пределах допустимого уровня. Поскольку почва является аккумулирующей средой, то по уровню ее загрязнения можно дополнительно судить о состоянии атмосферного воздуха и воды, как контактирующей и аккумулирующей средой.

Показано, что в г. Медногорске приоритетными загрязнителями почвы являются медь (Кс = 5,90), цинк (Кс = 3,32), свинец (Кс = 8,40), серебро (Кс = 3,75). В г. Оренбурге антропогенную нагрузку на почву формируют хром (Кс = 1,65), олово (Кс = 1,51), марганец (Кс = 1,36), никель (Кс = 1,35), свинец (Кс = 1,21). В почве г. Бугуруслана идентифицированы 9 поллютантов, однако их концентрации не превышали ПДК и Кларк. Установлено, что на территории г. Медногорска в почве присутствуют в повышенных концентрациях подвижные формы меди (Кс = 4,42), цинка (Кс = 1,6). В почве г. Оренбурга присутствуют повышенные концентрации никеля (Кс = 1,6), свинца (Кс = 1,21). В почве г. Бугуруслана содержание подвижных форм загрязняющих веществ было в пределах ПДК (Кларка) за исключением свинца, коэффициент концентрации которого составил 1,21.

Оценка величины антропогенной нагрузки на организм детей в исследуемых территориях, свидетельствует о том, что суммарное воздействие комплекса загрязнителей на детское население на территории г. Медногорска в 5 раз выше, чем на территории г. Бугуруслана и в 2,2 раза выше, чем в г. Оренбурге (по усредненным показателям на территории г. Медногорска в 2,6 раза выше, чем на территории г. Бугуруслана и в 1,5 раза выше, чем в г. Оренбурге).

Показано, что с учетом рассчитанных суммарных индексов опасности наибольший вклад в риск развития не онкологических заболеваний в г. Медногорске вносят медь (НС) = 6,6), диоксид азота (Н<3 = 1,54), диоксид серы (НС) = 1,49), сумма взвешенных веществ (НС> = 2,9) — в г. Оренбурге соответственно сероводород (НС) = 2,5), оксид никеля (Н<3 = 1,65), марганец (НС) = 1,06) и взвешенные вещества (НС) = 1,1). Суммарный неканцерогенный риск от загрязнителей, содержащихся в атмосферном воздухе, был в 1,8 раза выше для детей, проживающих в г. Медногорске, чем для детей г. Оренбурга. Самые высокие суммарные риски на территории г. Медногорска были от загрязнителей, влияющих на органы дыхания, превышающие в 1,6 раза риски в г. Оренбурге. Суммарный канцерогенный индивидуальный риск в течение всей жизни в обоих промышленных городах достигал величины на уровне 10″ 3 и расценивается как высокий. При этом наибольший вклад в суммарный индивидуальный канцерогенный риск г. Медногорске и г. Оренбурге вносит бенз (а)пирен (91,5% и 61% соответственно). Такая же тенденция сохраняется по показателям популяционного канцерогенного риска, свидетельствующего о том, что дополнительное число случаев онкологической заболеваемости детей в год в г. Медногорске может составлять 59 случаев, в г. Оренбурге — 104 случая.

Установлено, что элементный портрет детей трёх исследуемых групп отличался в количественной характеристике дисбаланса биотических концентраций эссенциальных и накопления токсичных микроэелементов. Сравнивая со средними региональными показателями (Боев В.М., 2002), установлено в элементном портрете детей 1-ой группы превышение биотических концентраций меди на 22,8%, цинка на 76,3%, марганца на.

130,3%, свинца на 97,9%, стронция на 211,7%, при этом содержание никеля было снижено на 43,3%, хрома на 9,9%, кадмия на 28,6%. В элементном же портрете детей 2-ой группы выявлено превышение биотических концентраций цинка на 11,2%, марганца на 573,0%, никеля на 197,9%, хрома на 217,9%, свинца на 330,5%, кадмия на 221,4%, стронция на 224,7%. У детей 3-ей группы выявлен микроэлементный дисбаланс, проявляющийся повышением биотических концентраций железа на 71,8%, цинка на 33,4%, марганца на 98,2%, никеля на 107,8%, стронция на 326,8%, свинца на 583,0% при снижении хрома на 50,6%. Высокое содержание свинца и никеля в волосах детей 2-ой и 3-ей исследуемых групп обусловлено их высоким содержанием в окружающей среде и эффектом кумуляции в организме детейпонижение же содержания железа у детей 2-ой группы и хрома у детей 3-ей группы, вероятно, с одной стороны может быть связано с повышенным потреблением этих эссенциальных микроэлементов для биохимических реакций адаптации к техногенным загрязнителям, а с другой стороны может объясняться явлением изоморфизма.

Сравнительный анализ уровня гармоничности физического развития детей исследуемых групп выявил, что на территории г. Медногорска с высоким уровнем антропогенного воздействия проживает на 17% меньше детей с гармоничным развитием и больше на 5,6% детей с дисгармоничным и на 11,4% с резко дисгармоничным развитием по сравнению с детьми г. Бугуруслана. Среди детей 2-ой группы, проживающих на территории г. Оренбурга, выявлено 54,6% детей с гармоничным, что на 10,6% меньше, чем среди детей 1-ой исследуемой группы и на 7,1% детей больше с дисгармоничным физическим развитием.

По сравнению с предлагаемой физиологической нормой у детей трех исследуемых групп снижены все показатели функционального состояния центральной нервной системы. При этом различия значений в сравнении с физиологической нормой по данным УР и ФУС 2-ой и 3-й исследуемых групп носили достоверный характер. В сравнительном аспекте у детей 3-й.

101 группы, проживающих на территории г. Медногорска с высоким уровнем антропогенной нагрузки по отношению к детям 1-ой группы, проживающих на территории г. Бу гуру слана с относительно невысоким уровнем антропогенного воздействия снижен в 1,67 раза УР, в 1,65 раза УФВ. При этом количество детей, имеющих нормальное состояние ЦНС было в 1-ой группе 46,7%- во 2-ой группе — 38,2% и в 3-ей лишь 23,6%. Сниженный и существенно сниженный уровень функционирования ЦНС больше всего был выражен среди детей 3-ей группы и составлял соответственно 52,1% и 24,3%, что свидетельствует о неустойчивом состоянии нервных процессов, а также сдвигах уровней возбудимости и лабильности ЦНС.

Установлено, что индекс напряжения (ИН) превышал существующие физиологические возрастные нормы лишь у детей 2-ой группы на 21,2% и 3-ей на 24,8%, соответственно. Показано, что среди детей 2-ой группы и особенно 3-ей групп наибольшую долю составили дети с выраженным и резко сниженным уровнем функциональных резервов. Так, если значительное напряжение механизмов регуляции с выраженным снижением функциональных резервов организма установлено у 27,7% детей 1-ой группы, то среди детей 3-ей группы их было уже 35,3%. Более того, в 3-ей группе среди обследованных детей, лишь 2% имели достаточные функциональные возможности организма, а 27,8% резко сниженные и 19% значительно сниженные функциональные резервы, что, вероятно, может быть обусловлено напряжением механизмов регуляции в ответ на действие высоких уровней антропогенных нагрузок. Среди детей 1-ой и 2-ой исследуемых групп наблюдалась тенденция уменьшения процента детей с достаточными функциональными возможностями за счёт увеличения числа детей с выраженным снижением функциональных возможностей (до 27,8% среди детей 1-ой группы и 32,0% среди детей 2-ой группы), значительным снижением (до 17,0% среди детей 1-ой группы и 18,2% среди детей 2-ой группы) и резким снижением функциональных резервов (до 18,4% среди детей 1-ой группы и 20,9% среди детей 2-ой группы).

Сравнительный анализ уровня адаптации детей к антропогенному загрязнению среды обитания свидетельствует о том, что детей с удовлетворительной адаптацией было 16,6% в третьей исследуемой группе, проживающей на территории с высоким уровнем антропогенной нагрузки, что на 8,6% меньше, чем в 1-й исследуемой группе, проживающей на территории с относительно невысоким уровнем антропогенной нагрузки. При этом, установлено, что детей с неудовлетворительной адаптацией в 1-ой группе было в 1,5 раза, во 2-ой группе в 2,1 раза и в 3-ей группе в 2,5 раза больше, чем с удовлетворительной адаптацией, что, вероятно, обусловлено влиянием значительной химической нагрузки на детский организм и отсутствием достаточных резервных возможностей для развития удовлетворительной адаптации к химическим загрязнителям. На основании корреляционного анализа установлена прямая зависимость изменения индекса напряжения регуляторных систем (ИН) детей трёх исследуемых групп от уровня комплексной антропогенной нагрузки территорий их проживания. Формирование неудовлетворительной адаптации статистически значимо зависело у детей 1ой группы от уровня загрязнения атмосферного воздуха формальдегидом (1−0,621), свинцом (г=0,892), у детей 2-ой группы также от уровня загрязнения атмосферного воздуха свинцом (г=0,872), формальдегидом (г=0,654), 3,4 бенз (а)пиреном (г=0,621).

Таким образом, на основании установления причинно-следственных связей между показателями уровня функционирования сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, уровнями адаптированности, резервными возможностями организма и уровнем антропогенной нагрузки научно обоснованы маркёры биологического ответа при действии химических загрязнителей.