Оценка эколого-гигиенических условий подготовки спортсменов в г. Горно-Алтайске

Введение. При занятиях физической культурой и спортом благоприятное экологическое состояние атмосферного воздуха является одним из главных гигиенических требований [7, 10, 14]. Занятия физической культурой, сопровождаемые усиленной вентиляцией легких, в загрязненной среде способствуют интенсивному вдыханию поллютантов. Особенно актуальны вопросы экологического состояния воздушного бассейна тренировочных площадок для спортсменов, программа которых предусматривает аэробные нагрузки на открытом воздухе. Зачастую выполнение нагрузок осуществляется на участках вдоль магистралей автомобильных дорог, селитебных территориях с большой плотностью твердотопливных отопительных систем [7, 10]. Анализ содержания токсикантов в организме спортсменов необходим для оценки экологогигиенических условий, в которых реализуется тренировочная программа.

В Республике Алтай загрязнение атмосферного воздуха происходит главным образом за счет выбросов автомобильного транспорта, твердотопливных отопительных систем

[4, 6, 8]. По результатам расчета объем валовых выбросов загрязняющих веществ от различных источников в атмосферный воздух за год в г. Горно-Алтайске составляет около 9 тыс. т/год, из них за счет автомобильного транспорта – 49 %, за счет топливно-энергетических предприятий – 51 %. Объем пылевой нагрузки составляет 129 кг/км2/сут, максимальное содержание твердых частиц (ТЧ) в атмосферном воздухе – 5,7 мг/м3 [1], что значительно превышает допустимые значения (ПДК = 0,5 мг/м3) [5].

Известно, что разрушительное воздействие на здоровье оказывают частицы диаметром менее 2,5 микрон (≤ ТЧ 2,5 ), которые могут преодолевать аэрогематический барьер и попадать в кровеносную систему [2, 11, 12]. Среди наиболее токсичных веществ в составе ТЧ выделяют тяжелые металлы [11, 13]. По степени накопления тяжелых металлов различными тканями волосы отличаются повышенной кумулятивной способностью [5]. Цель исследования: оценить содержания тяжелых металлов (Cd, Pb, Cr, Cu, Mn, Fe) в волосах спортсменов 17–50 лет г. Горно-Алтайска.

Материал и методы. Оценивали степень аккумуляции тяжелых металлов различного класса токсичности (Cd, Pb, Cu, Cr, Mn, Fe) в организме спортсменов. В качестве биоин-дикационного материала использовали эктодермальную ткань – волосы. Критериями отбора являлись: проживание в г. Горно-Алтайске (не менее 5 лет), натуральное состояние волос без воздействия химическими средствами (окрашивание, обесцвечивание, химическая завивка и др.), отсутствие вредной привычки табакокурения. Пряди волос от основания (прикорневая часть) длиной 1,5–3,5 см (мужчины), 10–15 см (женщины) отбирали с затылочной части головы, пробы обрабатывали ацетоном, промывали дистиллированной водой и высушивали на воздухе. Всего для анализа использовали образцы волос, взятые у 52 спортсменов, по 26 образцов в зависимости от пола, в том числе 20 образцов у юношей и девушек 17–21 года; 32 образца у мужчин и женщин 22–50 лет. Учитывали район тренировок: центральная (30 человек) и окраинная часть города (22 человека).

Пробоподготовку проводили методом мокрого озоления с использованием комплекса ТЭМОС-ЭКСПРЕСС (Томск). Содержание (Cd, Pb, Cu, Cr, Mn, Fe) определяли методом атомно-абсорбционного спектрального анализа («Квант-2», Москва). По результатам двух измерений каждого образца определяли среднее значение. Проверку нормальности распределения данных выполняли с помощью гистограмм по критерию χ2 Пирсона. Для величин, распределение которых отличалось от нормального, указывали значение моды (Mo) и частоты моды. Степень согласованности переменных оценивали с помощью линейного коэффициента корреляции Пирсона (r).

Результаты. В результате исследования установили, что распределение показателей концентрации Cd в волосах спортсменов приближено к нормальному (рис. 1а) (χ2 = 2,27; р = 0,13), медианное значение составило 0,14 мг/кг. Концентрация Cd, превышающая биологически допустимое значение (0,25 мг/кг), выявлена у 14 % спортсменов. По данным литературы [3], кумуляция Cd в ткань волос возможна в результате абсорбции его поверхностью экзогенных химических реагентов, а также при эндогенном поступлении Cd в волос через кровь. Одним из возможных путей поступления Cd в организм является вдыхание токсиканта с атмосферным воздухом в составе мелкодисперсных ТЧ2,5 [11]. Особенностью метаболизма Cd в организме является его крайне низкая экскреция тканью почек (0,001 %/сут). Известно, что накопление Cd в организме и его пролонгированный токсический эффект становится причиной нарушений функций сердечно-сосудистой системы (гипертония, гиперлипидемия, атеросклероз стенок сосудов) [3].

Из рис. 1б видно, что распределение показателей Pb не подчиняется закону нормального распределения (χ2 = 41,1; p < 0,0001), модальное значение концентрации Pb (Mo = 0,05 мг/кг (22)) соответствовало уровню значительно ниже регламентированного (3,0 мг/кг). Доля спортсменов, у которых данный показатель выходил за рамки допустимых величин (˃ 3,0 мг/кг), составила 40 %.

Свинец, как и кадмий, обладает высокой адгезивной способностью, легко попадает в составе ТЧ атмосферного воздуха в организм человека, при этом биодоступность Pb и Cd увеличивается с уменьшением размера ТЧ [11–13]. Результаты настоящего исследования позволяют предположить, что население республики подвергается пролонгированному воздействию Pb в дозах, которые не позволяют выявить признаки выраженного отравления, но в количествах, превышающих допустимые показатели настолько, чтобы вызывать нарушение механизмов гомеостаза. В ГорноАлтайске одним из вероятных путей поступления токсикантов в организм является вдыхание мелкодисперсных ТЧ от выбросов твердотопливных отопительных систем и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. В условиях слабого самоочищения воздушного бассейна [6, 8] Горно-Алтайска особенно актуально снижение использования каменного угля и жидкого автомобильного топлива.

У 44 % спортсменов выявлено превышение предельной концентрации, регламентированной для Cr (1,8 мг/г) (рис. 1г). Использованный в нашем исследовании атомноабсорбционный метод позволяет выявлять комплексную форму Cr (Cr3+ и Cr6+), в которой токсичной является лишь Cr6+.

Наиболее часто встречающееся значение Cu (Mo = 7,35 (35)) не превышало допустимой концентрации (25 мкг) (рис. 1в), лишь у 4 % спортсменов по данному показателю отмечалось отклонение от нормы (˃ 25,0 мг/кг). Концентрация микроэлементов, относящихся к третьему классу токсичности (Mn, Fe),

0,25 мг/кг*

а)

3,0 мг/кг*

б)

10–25 мг/кг*

0,15–1,5 мг/кг*

в)

0,15–1,8 мг/кг*

г)

25 мг/кг (референтное значение)

д)

Рис. 1. Концентрация микроэлементов в волосах жителей Горно-Алтайска:

* – биологически допустимый уровень мг/кг в волосах [5]

Fig. 1. Concentration of trace elements in the hair of residents of Gorno-Altaisk:

* – biologically acceptable level of mg/kg (hair) [5]

е)

Корреляционная матрица микроэлементов волос спортсменов разного возраста, пола и района тренировочных занятий

Correlation matrix of microelements in the hair of athletes of different age, gender and area of training sessions

	Cd
Pb	0,22	Pb
Cu	–0,01	0,20	Cu
Cr	0,40*	0,11	0,20	Cr
Mn	0,22	–0,20	0,20	0,40*	Mn
Fe	0,20	–0,30*	0,30*	0,50*	0,60*	Fe
Возраст / Age	0,20	0,40*	–0,20	0,20	–0,05	–0,10
Пол / Gender	–0,10	0,02	0,08	–0,10	0,11	–0,20
Район / Area	0,12	0,01	–0,16	–0,05	–0,25	0,12

Примечание: * – достоверные значения корреляции. Note: * – significant correlations.

соответствовала допустимым значениям в 62 % случаев (рис. 1д, е). Так, модальный показатель Mn (Mo = 0,5 мг/кг (20)) значительно ниже предельного значения (1,8 мг/кг), относительно которого превышение среди спортсменов составило 38 %. При анализе данных литературы о степени накопления Fe в биоматриксе волос установили, что концентрация Fe (Mo = 25 мг/кг (42)), выявленная у спортсменов Горно-Алтайска, не превышает диапазона показателей, полученных другими авторами [5], и характерна в данном количестве для эктодермальной ткани. Относительно полученного референтного значения концентрации Fe в волосах процент спортсменов с превышением данного показателя составил 38 %.

Анализ корреляционной матрицы показал, что концентрация микроэлементов в волосах спортсменов не зависела от их возраста, пола и района, где проходят тренировочные занятия (см. таблицу). Прослеживалась лишь закономерность во взаимосвязи концентрации Pb и возраста обследуемых: чем старше возраст спортсменов, тем выше концентрация Pb в исследуемых образцах волос (r = 0,4; p < 0,05). В целом у большей части спортсменов концентрация Cd и Cu не превышала значения биологически допустимого уровня, почти у третьей части обследованных концентрация Pb Cr, Mn, Fe выходила за пределы верхней границы допустимого показателя независимо от района во всех возрастно-половых группах. Корреляционные связи между металлами указывали на определенный микроэлементный статус спортсменов (см. таблицу). У спортсменов, у которых выявлена более высокая концентрация Cr, закономерно выше содержание Fe (r = 0,5), Mn (r = 0,4), Cd (r = 0,4).

Содержание в волосах Fe коррелировало с концентрацией Cu (r = 0,3) и Mn (r = 0,6) и Pb (r = –0,3).

Республика Алтай, по данным экологических служб [1], признается как экологически благоприятный регион. В то же время низкая продолжительность жизни [9], высокий процент смертности от онкозаболеваний и болезней системы кровообращения среди жителей республики оставляют открытым вопрос о причинах, провоцирующих неблагополучную демографическую обстановку. По данным авторов [4, 6, 8], в административном центре Республики Алтай (г. Горно-Алтайск) даже на фоне низкой промышленной и демографической (63214 чел.) нагрузки из-за существующих источников загрязнения по состоянию атмосферного воздуха может складываться неблагоприятная экологическая ситуация. В настоящее время в литературе нет данных о фактическом количественном поступлении ТЧ от источников загрязнения в воздушный бассейн г. Горно-Алтайска и содержании в них тяжелых металлов, что требует дальнейшего исследования.

Заключение. У большей части спортсменов концентрация Cd и Cu не превышала значения биологически допустимого уровня, почти у третьей части обследованных концентрация Pb Cr, Mn, Fe выходила за пределы верхней границы допустимого показателя независимо от района во всех возрастнополовых группах. Для дальнейшего изучения эколого-гигиенических условий подготовки спортсменов Горно-Алтайска будет проведен анализ концентрации тяжелых металлов в твердых частицах воздушного бассейна территории города.