Оценка баланса нейромедиаторов центральной нервной системы у детей с повышенным содержанием марганца в крови

В Российской Федерации остается острой проблема снабжения населенных пунктов качественной питьевой водой. По данным Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга в 2013 г., доля проб воды из водопроводной сети, не соответствующей гигиеническим нормативам по химическим показателям, составляет 17%, по микробиологическим показателям - 4.6% от общего числа обследованных проб [Госдоклад..., 2013]. В число приоритетных веществ, загрязняющих питьевую воду из источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и рекомендованных для систематического контроля качества решением Европарламента и Совета ЕС (№ 2455/2001/ЕС), входит марганец [Бурлибаев и др., 2010]. При поступлении с питьевой водой данный металлоэлемент относится к умеренно опасным веществам в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 (3 класс опасности) [СанПиН 2.1.4.1074-01]. Источниками поступления марганца в воду открытых водоемов являются сбросы производств металлургической, химиче ской и горнодобывающей отраслей промышленности [Даукаев, Сулейманов, 2008]. Немаловажное значение имеет поступление марганца в результате природно-обусловленных процессов (выщелачивание железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец, разложение водных животных и растительных организмов) [Теплая, 2013].

Марганец при экзогенном поступлении в организм способен оказывать негативное воздействие со стороны критических органов и систем, в первую очередь, центральной нервной системы [Руководство..., 2004]. Повреждающее действие марганца связано с инактивацией сульфгидрильных групп глутатиона и белков плазмы крови и тканей, а также с усилением процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран, что является пусковым звеном в развитии дисбаланса нейромедиаторов центральной нервной системы [Гончаренко, Гончаренко, 2012; Онищенко, Зайцева, Землянова, 2011; Toxicological Profile..., 2008].

Целью настоящего исследования являлась оценка баланса нейромедиаторов центральной нервной системы у детей с повышенным содержанием марганца в крови.

Материалы и методы

Проведено обследование 204 детей в возрасте 4-7 лет. в том числе 147 человек, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца - группа наблюдения (на примере пос. ЮгоКамский Пермского края), и 57 человек, потребляющих питьевую воду удовлетворительного качества - группа сравнения (на примере с. Сива Пермского края). Обследование детей выполнено в соответствии с обязательным соблюдением этических норм, изложенных в Декларации этических принципов Всемирной медицинской ассоциации (Хельсинки. 1975 г. с дополнениями 1983.1989 гг.).

Оценка содержания марганца в питьевой воде источников централизованного хозяйственнопитьевого водоснабжения на исследуемых территориях проведена по данным мониторинговых наблюдений ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае» за 2011-2013 гг. и натурных исследований ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» в 2012-2013 гг.

Исследование содержания марганца в крови детей выполнено методом атомной абсорбции в соответствии с МУК 4.1.2106-06 [Определение.... 2008]. Оценку концентрации марганца в крови детей группы наблюдения осуществляли на основании сравнительного анализа с референтным уровнем [Тиц, 2003] и с показателями у детей группы сравнения.

Установление зависимости концентрации марганца в крови от среднесуточной дозы данного ме-таллоэлемента при воздействии с питьевой водой выполнено методами математического моделирования с использованием модели логистической регрессии [Четыркин. 1977]. В качестве параметров моделей использовали рассчитанные по общепринятой методике дозы исследуемого компонента при поступлении с питьевой водой и уровни содержания металла в крови детей [Руководство.... 2004]. Оценка достоверности и адекватности полученных моделей осуществлена по критерию Фишера и Стьюдента. Различия статистической значимости являлись величины р<0.05 [Гланц. 1988].

Объем лабораторных показателей включал в себя определение биохимических и гематологических показателей, позволяющих оценить состояние оксидантных процессов (уровень гидроперекиси липидов в сыворотке, малонового диальдегида (МДА) в плазме крови), антиоксидантных процессов (активность глутатионпероксидазы (ГлПО). Cu/Zn-супероксиддисмутазы (Cu/Zn-СОД). уровень общего антиоксидантного статуса (ОАС) в сыворотке крови), процессов возбуждения - торможения в центральной нервной системе (содержание глутамата, у-аминомасляной кислоты (у-АМК) в сыворотке крови). В качестве критериев оценки отклонений лабораторных показателей использо вали возрастные физиологические уровни и уровни изучаемых показателей детей группы сравнения. Определение данных показателей в крови исследуемых групп осуществляли с помощью стандартных унифицированных методов диагностики [Медицинские ...,, 2002].

Формулы и уравнения

По данным мониторинговых и натурных исследований качество питьевой воды на территории исследования характеризуется систематическим превышением гигиенических нормативов по содержанию марганца в среднем до 3.3 ПДК в 65 % от общего количества исследованных проб. При этом максимальное значение достигало 8.1 ПДК.

Химико-аналитическими исследованиями крови экспонированных детей установлено до 54% проб крови с повышенным в среднем в 1.3 раза (максимальное превышение - до 4.4 раза) (р = 0.01) уровнем марганца (0.014 ± 0.001 мг/дм3) относительно референтного уровня и показателя в контрольной группе (0.011 ± 0.001 мг/дм3).

В результате математического моделирования получена модель, описывающая зависимость «доза марганца, поступающего с питьевой водой - концентрация марганца в крови», представленная на рисунке.

Модель зависимости «доза марганца из питьевой воды - концентрация марганца в крови»

По результатам исследования активности оксидантных процессов на клеточном уровне установлено статистически достоверное превышение в 1.7 раза содержания гидроперекиси липидов в сыворотке крови детей группы наблюдения относительно данного показателя у детей группы сравнения (р = 0.00) (таблица). Зарегистрировано до 28.8% проб с повышенным уровнем данного показателя у детей группы наблюдения при отсутствии аналогичных проб в группе сравнения (р = 0.00). Средний уровень МДА в плазме крови детей группы наблюдения превысил аналогичный показатель в группе сравнения в 1.5 раза (р = 0.03). Частота регистрации повышенного уровня данного показателя в плазме крови относительно верхней грани- цы физиологической нормы составила 52.2%, что в 5 раз выше аналогичного показателя в группе сравнения (р = 0.03). Установлена достоверная причинно-следственная связь между повышенным уровнем марганца в крови и вероятностью повышения гидроперекиси липидов в сыворотке и МДА в плазме крови (R2 = 0.12-0.43, 16.91 < F < 82.04, р = 0.00).

Результаты сравнительного анализа отклонений лабораторных показателей у детей с повышенным содержанием марганца в крови

Оценка состояния антиоксидантных процессов позволила установить тенденцию к снижению активности ферментативного звена антиоксидантной защиты организма у детей группы наблюдения. Об этом свидетельствует сниженный уровень ГлПО в 57.7% проб у детей группы наблюдения, что в 4.6 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная зависимость между вероятностью снижения ГлПО и повышенным уровнем марганца в крови (R2 = 0.13, F = 16.19, р = 0.00). Зарегистрировано до 56% проб со сниженным уровнем Cu/Zn-СОД у детей группы наблюдения, что в 3.8 раза чаще, чем в группе сравнения (14.8%) (р = 0.00). Установлена достоверная причинно-следственная связь между вероятностью снижения Cu/Zn-СОД и повышенным уровнем марганца в крови (R2 = 0.31, F = 55.60, р = 0.00). Активность данного показателя в сыворотке крови детей группы наблюдения в среднем в 1.6 раза ниже показателя в группе сравнения (р = 0.00). Оценка уровня интегрального показателя - ОАО сыворотки крови детей группы наблюдения позволила выявить достоверное снижение в 2.2 раза данного показателя относительно группы сравнения (р = 0.00). Зарегистрировано до 56% проб со сниженным уровнем ОАС у детей группы наблюдения, что в 3.1 раза выше относительно аналогичного показателя у детей группы сравнения (р = 0.00). Выявлена достоверная зави симость вероятности снижения ОАС от повышенной концентрации марганца в крови (R2 = 0.89, F = 422.06, р = 0.00).

При исследовании специфических нейромедиаторов центральной нервной системы выявлен дисбаланс процессов возбуждения и торможения. Зарегистрировано 56,3% проб у детей группы наблюдения с повышенным содержанием возбуждающей аминокислоты - глутамата, что в 4.2 раза выше относительно рассматриваемого показателя у детей группы сравнения (р = 0.00). Среднее значение данного показателя у детей группы наблюдения в 1.5 раза превысило аналогичный показатель у детей группы сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная зависимость вероятности повышения уровня глутамата в сыворотке крови и повышенным содержанием марганца в крови (R2 = 0.64, F = 145.06, р = 0.00). Среднее значение тормозного нейромедиатора - у-АМК у детей группы наблюдения в 2 раза ниже относительно аналогичного показателя в группе сравнения (р = 0.00). При этом частота встречаемости сниженного уровня исследуемого показателя в сыворотке крови детей группы наблюдения составила 89.5%, что в 4.8 раза превысило аналогичный показатель у детей группы сравнения (р = 0.00). Установлена достоверная причинно-следственная связь между вероятностью снижения уровня у-АМК в сыворотке крови от повышенного уровня марганца в крови (R2 = 0.80, F = 287.55, р = 0.00).

Заключение

Результаты исследования позволили установить, что у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца на уровне 3.3 ПДК (максимум до 8.1 ПДК), концентрация марганца в крови превышает в среднем в 1.3 раза (максимум до 4.4 раза) референтный уровень и показатель в группе сравнения. Сравнительный анализ результатов исследуемых лабораторных показателей у детей группы наблюдения позволил выявить отклонения аналогичных показателей у детей группы сравнения, характеризующих нарушение оксидантно-антиокислительных процессов (повышение уровня гидроперекиси липидов, МДА, снижение активности ГлПО, Cu/Zn-СОД, общего антиоксидантного статуса), дисбаланс процессов возбуждения - торможения в центральной нервной системе (повышение уровня глутамата, снижение у-АМК). Данные показатели могут быть рекомендованы для раннего выявления нарушений со стороны центральной нервной системы у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием марганца, для обоснования необходимого объема профилактических мероприятий.