Оценка уровня полиметаллического загрязнения в урбоэкосистеме с помощью индикаторных биосубстратов организма человека

Согласно теории о биогенной миграции атомов [1-2], все микроэлементы, из внешней среды попадают внутрь организма человека, концентрируясь в его внутренних средах. Такие внутренние среды, как кровь, моча, волосы, ногти достаточно давно используются в качестве биосубстратов для выявления и измерения содержания металлов в организме человека с целью диагностики нарушений микроэлемент-ного обмена, особенно экообусловленного [3-4].

Выбор того или иного диагностического биосубстрата часто обусловливается аналитическими возможностями лаборатории и простотой отбора того или иного биологического образца. Однако выбор биосубстрата должен определяться требованиями оценки экспозиции, поскольку различные биологические материалы отражают экспозицию на протяжении различных периодов времени [5].

ничения использования данного биосубстрата, ввиду специальных условий получения проб, их транспортировки и доставки [6-7] .

Моча является легко собираемым и высоко доступным в больших объемах биологическим субстратом и используется для оценки экскретируемой фракции химических веществ. Однако имеет ограничения для использования данного биосубстрата, ввиду высокой изменчивости состава мочи во времени у одного и того же человека и отражения только уровня кратковременной недавней экспозиции. Использование ногтей в качестве биосубстратов обладает возможностью оценки относительно длительного периода экспозиции, но небольшая масса образцов и их высокая кератинизи-рованность ограничивает использование данного биосубстрата в массовых популяционных исследованиях [8].

Таким образом, для исследования воздействия длительных экспозиций полиметаллического загрязнения компонентов урбоэкоси-стемы на организм человека целесообразна аналитическая оценка биосубстратов - волос детей. Исследование волос позволяет оценить интенсивность процессов накопления загрязняющих веществ в различных условиях, с охватом длительных циркануальных экспозиций. Вместе с этим, исследование детских волос обосновано большей чувствительностью к различным факторам воздействия, в том числе и к загрязненя-ющим веществам, именно этой популяционной группы, а также отсутствием вредных привычек, профессиональных заболеваний, которые могут исказить результаты исследования и возможностью проводить исследования территориально дифференцированно ввиду локального местонахождения детей в течение длительного времени. Следует отметить, что содержание металлов волосах характеризуются исследователями, как интегральная характеристика, обобщающая многосредовое воздействие и учитывающая все пути поступления металлов в организм [9-10].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

При выборе метода анализа необходимо учитывать концентрацию металлов в пробах биосубстратов и их сложный состав. Применение современных аналитических методов с крайне низкими пределами количественного определения привело к расширению имеющихся возможностей использования биосубстратов. К таким методам относится масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, которая используется для определения следов металлов в биосубстратах [11]. Но для популяционных исследований, основной задачей которых является скрининг большого количества образцов с достаточной массой пробы, целесообразно применение рутинных методов анализа. С этой целью в качестве аналитического метода определения металлов в волосах использовался метод атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС), показавший себя как точный, воспроизводимый, отличающихся высокой избирательностью и быстротой исполнения анализа содержания металлов в индикаторных биосубстратах [12].

В Руководстве по токсикологии [13] приведены референтные и максимально допустимые концентрации содержания в биосубстратах работающего населения 27 металлов и их соединений, однако данные концентрации не могут быть рекомендованы для использования на территориях, обладающих высоким уровнем антропогенной, в том числе и полиметаллической нагрузки. Для таких территорий должны разрабатываться региональные пороговые концентрации в индикаторных биосубстратах, что и является целью данной работы.

В качестве территории исследования нами выбран город Нижнекамск, характеризующийся высоким уровнем антропогенной нагрузкой, и, как рассматривалось нами ранее, содержанием металлов в приземном слое атмосферного воздуха. Город Нижнекамск не однократно попадал в список городов и территорий, включающий 35-36 городов РФ с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха [14-15].

Репрезентативную группу обследуемых, в рамках специального мониторингового исследования, составили 70 детей от 6 до 10 лет (9,16±0,13 лет), проживающих на территории города Нижнекамска. Места жительства детей были приурочены к 7 точкам контроля стационарных постов МЭПР (ул. Ямьле, Молодежная, Спортивная, Юности, Южная, Гагарина, Сююм-бике). Оценивалось содержание в волосах детей 9 металлов, поступающих с выбросами в атмосферный воздух города: Zn,Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Cr, Fe, Sr.

Подготовленные к определению концентраций металлов методом «сухого озоления» образцы волос детей взвешивались. Предварительно смоченные концентрированной азотной кисло- той каждая навески пробы, сжигалась в муфельной печи в фарфоровом тигле при постепенном (в течение 1 часа) подъеме температуры до 450 °С. Полученная зола растворялась в 15 мл 1 н. азотной кислоты (х.ч.), раствор отфильтровывался через беззольный фильтр («синяя лента»). Для приготовления растворов использовалась биди-стиллированная вода и стеклянная посуда (ГОСТ 1770-74). Определение металлов проводилось методом атомно–абсорбционной спектрометрии на приборе Analyst 400.

Используемый в нашем исследовании ААС позволил определить уровень Zn по резонансной линии 213,9 нм с пределом обнаружения 0,001 мкг/мл, Cu – 324,8 нм с пределом обнаружения 0.001 мкг/мл, Fe – 248,3 нм с пределом обнаружения 0,01 мкг/мл, Pb - 283,3 нм с пределом обнаружения 0.01 мкг/мл, Cr – 357,9 нм с пределом обнаружения 0,005 мкг/мл, Sr – 460,7 нм с пределом обнаружения 0,03 мкг/мл.

Статистическая обработка полученных результатов проведена на компьютере с помощью статистического пакета «STATISTICA v.6.0». Достоверность различий средних сравниваемых величин определялась по стандартному t -критерию Стьюдента с поправкой Кейлса для малых выборок, а для выборок с ярко выраженной асимметрией с помощью U-критерия Манна-Уитни. За достоверное принимали различие на 95%-ном уровне значимости (p<0,05). Массив аналитических данных был подвергнут статистической обработке, которая заключалась в установлении распределения металлов в волосах детей по зонам исследования, включающий детальную информацию по каждому металлу. Исследования проводились в аккредитованной лаборатории Института проблем экологии и недропользования АН РТ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 1. При сопоставлении средних значений содержания различных металлов по участкам исследования статистически значимо (уровень значимости p<0,05) выделяются: по Cd - район улиц Сююмбике и Гагарина (достоверно отличаются от ул. Ямьле и Молодежная); по Pb- ул. Молодежная, Южная (достоверно отличаются от ул. Ямьле); по Cr - Молодежная и Гагарина (достоверно отличаются от ул. Ямьле и Спортивная). По остальным металлам статистически значимых различий не отмечено, хотя и присутствует значительный размах средних значений.

Статистический анализ данных по содержанию различных металлов в волосах обследованных детей позволил также рассчитать пороговые значения концентраций, величины которых соответствуют нижнему квартилю ранжированного ряда всех значений концентраций того или иного металла (табл. 2).

Таблица 1. Содержание металлов (M±m, мкг/г) в волосах детей различных зон исследования

Таблица 2. Пороговые концентрации металлов (мкг/г) в волосах детей, проживающих в городе Нижнекамске

Пороговые концентрации металлов, определяемые с помощью индикаторного биосубстрата, характеризующего длительную экспозицию на территории с высоким уровнем антропогенной нагрузки, могут использоваться для разработки региональных нормативов содержания металлов в компонентах урбоэкосистемы.