Особенности эндокринного и биохимического статуса населения геохимической провинции с повышенным содержанием мышьяка в питьевой воде

кументированные сведения о наличии отклонений в различных системах организма, ведущих к формированию таких заболеваний, для которых имеются доказанные причинно-следственные связи с загрязнением воды химическими соединениями [Рустембекова, Барабошкина, 2006; Барабаш, Булгаков, 2015; Степанова, Фомина, 2017; Устинова, Шур, Носов, 2019]. В частности, установлена связь изменений в эндокринном статусе у детей, употребляющих воду, с повышенным содержанием ряда органических соединений [Зайцева, Ланин, Черешнев, 2016]. Также имеются свидетельства о нарушениях здоровья и появлении различной патологии при употреблении питьевой воды с повышенным содержанием мышьяка у лиц, проживающих в «мышьяковой» провинции [Environmental toxicants: human exposures and their health effects, 2009; Hong, Song, Chung, 2014]. Так, до 20% смертей в некоторых районах Бангладеш связано с хроническим отравлением мышьяком, обусловленным употреблением воды с высоким содержанием этого элемента [Королик, Аль Сабунчи, 2013]. С прямым действием мышьяка связывают развитие арсеникоза, характеризующегося прежде всего дерматологическими изменениями. При этом обнаружено значительное повышение риска онкопатологии, нарушений сердечно-сосудистой, нервной и других систем [Устинова, Шур, Носов, 2019]. Кроме того, имеется информация о влиянии мышьяка на различные ферменты, повышении активности процессов перекисного окисления, а также о нарушениях, связанных с ассоциацией мышьяка с тиольными и сульфгидрильными группами белков [Скальный, 2003; Скальный, Оберлис, Харланд, 2008; Hong, Song, Chung, 2014], что опосредованно затрагивает регуляторные, и, в частности, эндокринную, системы и различные биохимические и метаболические маркеры. Однако проблема комплексной оценки гормонального фона и биохимических маркеров к длительной экспозиции повышенной концентрации мышьяка, поступающих с питьевой водой, изучена недостаточно.

Цель работы – оценка влияния мышьяка, содержащегося в воде централизованных источников водоснабжения на параметры эндокринной системы и биохимический профиль детей и взрослых, проживающих в регионе с повышенным содержанием мышьяка в питьевой воде.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования явилась группа наблюдения в количестве 149 чел. (детская группа 29; взрослые – 120 чел.), проживающих в поселке городского типа в Дальневосточном федеральном округе на территории с повышенным содержанием мышьяка в источниках централизованного питьевого водоснабжения («мышьяковая» геохимиче- ская провинция) в сравнении детьми и взрослыми, проживающими в условиях удовлетворительной санитарно-гигиенической ситуации (дети – 14 чел.; 37 чел. – взрослая группа сравнения). За исключением употребления в качестве питьевой воды с различным содержанием мышьяка детские и взрослые группы (наблюдения и сравнения) сопоставимы по возрасту (дети 5–11 лет, взрослые – 16–57 лет), времени проживания в данных условиях (длительность проживания более 70% детей в обеих группах составляла более 5 лет, взрослых – более 10 лет), прочим санитарно-гигиеническим условиям.

Все обследования проводились с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации ВМА с актуальными изменениями [Этические принципы проведения медицинских исследований …, 2013].

Оценка качества питьевой воды проводилась в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 [Питьевая вода. Гигиенические требования …, 2018] по данным мониторинговых исследований территориальным ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии», а также натурных собственных исследований ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения». Оценка содержания мышьяка в крови проводилась методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на масс-спектрометре ICP-MS по методическим указаниям «Измерение массовых концентраций свинца, кадмия, мышьяка в крови методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой» (МУК 4.1.3161-14, 2014 г.)

С целью маркирования изменений регуляторах систем определяли содержание в сыворотке крови следующих гормонов: кортизол, тиреотропный гормон (ТТГ), Т 4 свободный. Тесты проводились с помощью ИФА коммерческими наборами («Хема-Медика», РФ). Для идентификации изменений биохимических параметров проводилось определение щелочной фосфатазы, аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ), гамма-глютамилтрансферазы (γ-ГТ), альбуминов, билирубинов (общий и прямой), гаптоглобина, железа, кальция, фосфора, креатинина, креатинкина-зы, лактатдегидрогеназы (ЛДГ), мочевины и мочевой кислоты, холестерина общего, щелочной фосфатазы, глутаминовой кислоты, С-пептида на автоматическом биохимическом анализаторе Kone-lab 20 "Thermo Fisher", Финляндия. Проводился расчет скорости клубочковой фильтрации по стандартной методике . IgG к мышьяку определяли аллергосорбентным методом.

Для большинства параметров рассчитывали значение средней арифметической и ее стандартной ошибки (M±m). В этом случае статистическую значимость различий оценивали по непарному t- критерию Стьюдента. При неправильном распределении показателя в выборке (содержание мышьяка в крови) применялся расчет медианного значения показателя (медианы). Причинно-следственные связи между воздействием химического вещества и ответной реакцией организма («маркер экспозиции – маркер эффекта»), описывали при помощи модели логистической регрессии [Bartholomew et al., 2008].

Результаты и их обсуждение

Оценка качества питьевой воды системы хозяйственно-питьевого водоснабжения по данным мониторинговых исследований продемонстрировала повышение содержания мышьяка в ряде проб до 4.3 мг/дм3, что, согласно требованиям к содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) по мышьяку в 86 раз (ПДК содержания мышьяка не более 0.05 мг/дм3 [СанПиН 2.1.4.1 074-01, 2018]).

С учётом этих фактов проведены исследования содержания мышьяка в крови. Медианные значения мышьяка в группе наблюдения (дети 0.0049, взрослые 0.0065 мг/л) находились в пределах общероссийских показателей (0.0017‒0.0154 мг/л [Токсикологическая химия..., 2008]). Однако стоит отметить, что при этом у 8% взрослых и 19% детей из группы наблюдения найдено повышенное содержание мышьяка в крови (взрослые – от 0.0171 мг/л до 0.0636 мг/л, а у детей – от 0.0162 мг/л до 0.0377 мг/л). В группе сравнения все значения у наблюдаемых, кроме одного взрослого (у него в крови содержание мышьяка составило 0.0162 мг/л) не превышали общероссийских показателей, более того, у детей показатели были в несколько раз ниже (от 4.7 до 15 раз), чем вышеозначенная верхняя граница среднего содержания мышьяка в крови человека. Таким образом, в группе наблюдения обнаружена тенденция к более высоким значениям содержания мышьяка в крови, чем в группе сравнения.

Как показал анализ изученных параметров эндокринной системы, у детей группы наблюдения не обнаружено значимых изменений ни при сравнении с нормативными показателями, ни при сравнении этих показателей в группе детей, употребляющих в качестве питьевой воду, концентрация мышьяка в которой не превышала норму (табл. 1). Однако, учитывая возможность влияния мышьяка на прочие органы и системы, проведено исследование ряда параметров биохимического и метаболического профиля. Обнаружено, что у детей группы наблюдения все проанализированные параметры соответствуют физиологической норме (табл. 1). При этом, по сравнению с группой, в которой содержание мышьяка соответствует ПДК, в данной группе повышено содержание γ-ГТ при снижении концентрации АЛАТ и альбуминов, маркеров, отражающих состояние печени. Также обнаружено повышение креатинина – маркера функции почек, поражение которых может наблюдаться при хроническом отравлении мышьяком [Устинова, Шур, Носов, 2019]. Обращает на себя внимание повышение C-реактивного пептида – маркера воспалительных реакций. Как отмечалось, ни один из вышеперечисленных показателей у детей не выходит за границы диапазона нормы. Обнаружено, что содержание ЛДГ превышало нормативные значения как по средним значениям, так и по проценту регистрации проб с превышением нормы (более 50%), однако не было значимых статистических отличий от группы контроля, хотя в группе контроля содержание данного фермента не превышало норм. Таким образом, основные изменения обнаружены в метаболическом профиле детей.

Таблица 1

Биохимические и гормональные лабораторные показатели у детей групп наблюдения и сравнения

Показатель	Физиолог. норма	Группа наблюдения			Группа сравнения			p
		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %
			выше	ниже		выше	ниже
γ-ГТ, Е/дм3	5-27	16.5±1.61	0.0	0.0	14.0±0.653	0.0	0.0	0.005
АЛАТ, Е/дм3	5-42	10.0±0.812	0.0	0.0	12.2±1.54	0.0	0.0	0.012
АСАТ, Е/дм3	6-37	29.1±4.23	16.7	0.0	26.4±3.2	0.0	0.0	0.302
Альбумины, г/дм3	35-50	44.5±0.94	4.2	0.0	46.9±0.871	0.0	0.0	0.000
Билирубин общий, мкмоль/дм3	0-18.8	8.0±2.16	8.3	0.0	12.6±8.89	15.4	0.0	0.282
Билирубин прямой, мкмоль/дм3	0-4.3	2.08±0.90	13.0	0.0	3.2±1.59	23.1	0.0	0.213
Гаптоглобин, мг/100 см3	30-200	73.3±28.0	0.0	20.0	47.5±18.8	0.0	16.7	0.111
Железо, мкмоль/дм3	6.6-28	21.6±3.32	29.2	4.2	22.1±6.9	15.4	0.0	0.913

Окончание табл. 1

Показатель	Физиолог. норма	Группа наблюдения			Группа сравнения			p
		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %
			выше	ниже		выше	ниже
Кальций, ммоль/дм3	2.02-2.6	2.45±0.052	8.3	0.0	2.48±0.041	0.0	0.0	0.392
Креатинин, мкмоль/дм3	28-88	67.7±12.6	17.6	0.0	53.9±6.14	0.0	0.0	0.049
Креатинкиназа, Е/дм3	24-190	124.4±20.2	8.3	0.0	171.3±82.5	15.4	0.0	0.252
ЛДГ, Е/дм3	250-460	488.7±44.0	52.9	0.0	425.2±50.5	38.5	7.7	0.053
Мочевая кислота, мкмоль/дм3	140-350	244.0±23.9	4.2	0.0	259.6±40.2	7.7	0.0	0.490
Мочевина, ммоль/дм3	1.8-8.3	4.39±0.323	0.0	0.0	4.5±0.558	0.0	0.0	0.723
Фосфор, ммоль/дм3	1.29-2.26	1.42±0.102	0.0	17.6	1.43±0.213	0.0	38.5	0.996
Холестерин общий, ммоль/дм3	3.11-5.44	4.43±0.323	12.5	0.0	4.4±0.62	15.4	7.7	0.913
Щелочная фосфатаза, Е/дм3	71-645	222.5±24.6	0.0	0.0	183.5±43.7	0.0	7.7	0.112
Глутаминовая кислота, мкмоль/дм3	83-131	104.2±9.97	0.0	16.7	100.0±10.3	0.0	16.7	0.538
С-пептид, нг/см3	0.5-3.2	1.21±0.258	0.0	0.0	0.813±0.256	0.0	27.3	0.025
IgG к мышьяку, усл. ед.	0-0.1	0.169±0.056	75.0	0.0	0.144±0.089	54.5	0.0	0.600
Кортизол, нмоль/см3	140-600	168.2±16.306	0.0	0.0	180.4±32.4	0.0	25.0	0.478
Т4 свободный, пмоль/дм3	10-25	13.326±1.479	0.0	0.0	12.8±1.15	0.0	0.0	0.569
ТТГ, мкМЕ/см3	0.3-4	2.79±0.991	12.5	0.0	2.49±0.83	8.3	0.0	0.601

Анализ биохимических и метаболических маркеров крови взрослых пациентов группы наблюдения (табл. 2) позволяет выделить основные изменения со стороны следующих биохимических параметров: повышение γ-ГТ, как в сравнении с показателями группы контроля, так и в сравнении с нормой. При этом изменения касаются как средних показателей, так и частоты регистрации проб с отклонением от физиологической нормы (38% случаев). Также повышено содержание АСАТ в сравнении с группой «контроля», но не с физиологической нормой, однако у пятой части пациентов группы наблюдения обнаружены отклонения от физиологической нормы в сторону повышения. Обнаружено статистически значимое снижение концентрации альбуминов в группе наблюдения, однако средние значения не выходили за пределы физиологической нормы. Также в рамках физиологической нормы находился билирубин общий, а средние значения билирубина прямого лишь на сотые доли превышали физиологические значения, однако оба параметра были статистически значимо выше показателей в группе сравнения. Также обнаружено значимое повышение показателей, характеризующих функции почек, в группе наблюдения относительно группы сравнения. Так, повышено содержание мочевой кислоты по средним показателям, а у трети пациентов (31%) относительно физиологической нормы. Наблюдается в этой группе и повышение содержания мочевины, а также, снижение скорости клубочковой фильтрации относительно группы сравнения. Последним фактом и объясняется относительное повышение мочевины и мочевой кислоты в данной группе. Также обращает на себя внимание факт повышения в группе наблюдения общего холестерина, причем как по отношению к физиологической норме, так и к показателям в группе сравнения, что также может свидетельствовать о неблагоприятном прогнозе, учитывая данные о выявлении в этой группе большего числа сердечно-сосудистых заболеваний [Устинова, Шур, Носов, 2019].

Анализ гормонального профиля наблюдаемых в группах сравнения и наблюдения не обнаружил отклонений в содержании исследованных гормонов ни в одной из них, однако найдено значимое с точки зрения статистики повышение кортизола и ТТГ в группе наблюдения при сравнении с наблюдаемыми в группе, в которую входили пациенты, употребляющие воду, в которой концентрации мышьяка не превышают ПДК. ТТГ, кроме того, повышен у 25% пациентов группы наблюдения, тогда как в группе сравнения этот показатель не превышал 6%.

В целом, у взрослых пациентов группы наблюдения обнаружены достаточно разнообразные сдвиги в биохимических и метаболических параметрах крови, а также повышение содержания кортизола и ТТГ относительно пациентов группы сравнения.

Таблица 2

Биохимические и гормональные лабораторные показатели у взрослых групп наблюдения и сравнения

Показатель	Физиолог. норма	Группа наблюдения			Группа сравнения			p
		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %		M±m	Частота регистрации проб с отклонением от физ. нормы, %
			выше	ниже		выше	ниже
γ -ГТ, Е/дм3	11-50	53.0±12.9	38.9	0	24.6±3.82	23.5	0	0.000
АЛАТ, Е/дм3	0-32	22.4±3.95	10.6	0	17.2±3.9	5.9	0	0.058
АСАТ, Е/дм3	0-31	27.8±3.57	19.5	0	18.9±2.55	0	0	0.000
Альбумины, г/дм3	38-51	43.9±0.781	3.5	8.0	45.7±1.43	0	0	0.029
Билирубин общий, мкмоль/дм3	0-19	15.0±1.75	24.8	0	10.2±2.04	5.9	0	0.001
Билирубин прямой, мкмоль/дм3	0-4.3	4.34±0.546	38.9	0	2.96±0.764	11.8	0	0.003
Гаптоглобин, мг/100 см3	30-200	126.1±20.5	8.3	0	113.9±21.6	0	0	0.407
Железо, мкмоль/дм3	6.6-26	20.9±1.4	20.4	2.7	19.8±2.33	5.9	0	0.362
Кальций, ммоль/дм3	2.02-2.6	2.397±0.03	3.5	1.8	2.41±0.051	0	0	0.629
Креатинин, мкмоль/дм3	44-80	85.3±4.19	38.4	0.9	72.3±4.25	17.6	0	0.000
Креатинкиназа, Е/дм3	25-190	136.7±54.6	10.6	0	106.8±18.0	0	0	0.307
ЛДГ, Е/дм3	225-410	385.6±20.5	27.7	0	339.5±30.9	17.6	0	0.012
Мочевая кислота, мкмоль/дм3	200-420	334.2±16.8	31.9	0	290.1±32.5	29.4	0	0.014
Мочевина, ммоль/дм3	1.7-8.3	6.33±0.397	11.5	0	5.42±0.676	0	0	0.020
Скорость клубочковой фильтрации, мл/мин	90-130	92.0±4.49	0.9	39.3	101.5±6.378	0	17.6	0.014
Фосфор, ммоль/дм3	0.8-1.62	1.154±0.043	5.4	5.4	1.168±0.053	0	0	0.671
Холестерин общий, ммоль/дм3	0-5.16	5.781±0.277	65.5	0	5.41±0.59	64.7	0	0.254
Щелочная фосфатаза, Е/дм3	64-306	107.8±8.55	0.9	11.5	73.0±8.96	0	17.6	0.000
Глутаминовая кислота, мкмоль/дм3	83-131	107.7±7.05	10.3	6.9	98.1±7.74	0	23.5	0.064
С-пептид, нг/см3	0.5-3.2	1.892±0.348	17.6	2.9	1.502±0.322	0	0	0.105
IgG к мышьяку, усл. ед.	0-0.1	0.17±0.024	70.7	0	0.158±0.051	0	0	0.645
Кортизол, нмоль/см3	140-600	270.7±23.5	0.0	1.4	184.1±33.2	0	5.9	0.000
Т4 свободный, пмоль/дм3	10-25	12.9±1.247	1.4	11.4	12.7±0.882	0	0	0.870
ТТГ, мкМЕ/см3	0.3-4	3.503±0.886	24.3	1.4	1.58±0.551	5.9	5.9	0.001

Также у 75% детей и 70% взрослых соответствующих групп наблюдения обнаружено повышенное содержание специфического иммуноглобулина G к мышьяку (табл. 1, 2), что достаточно необычно, потому что он же был обнаружен в повышенных концентрациях и у 50% детей группы сравнения; при этом у всех взрослых группы сравнения он находился в допустимых нормативных пределах. В результате найдено статистически значимое повышение этого параметра при сопоставлении показателей группы наблюдения с показателями группы сравнения только взрослых пациентов. Возможно, низкие дозы (концентрации) мышьяка у детей группы сравнения вызывают ги- персенситивность, так как процесс гиперчувствительности не является дозозависимым, в то время как с возрастом формируется аллергенспецифиче-ская гипосенсибилизация, когда клетки памяти то-лерантны к гаптену, избыточные же дозы (концентрации) гаптена поддерживают гиперчувствительность, и с возрастом формирование толерантности не происходит. В любом случае, эти факты, на наш взгляд, требуют дальнейшего изучения.

С целью подтверждения наличия причинноследственных связей между употреблением воды с повышенным содержанием мышьяка и выявленными изменениями со стороны метаболических и биохимических маркеров крови, а также парамет- ров эндокринного контура регуляции, построены модели логистической регрессии между содержанием мышьяка в крови и изменением указанных параметров. В результате установлено, что с высокой степенью вероятности повышение γ-ГТ может быть связано с повышением содержания в крови мышьяка (параметры эффекта неблагоприятного воздействия – R2 (коэффициент детерминации) – 0.83, p – менее 0.0001), также найденное в настоящей работе у ряда пациентов снижение содержания альбуминов в плазме крови может быть обусловлено воздействием мышьяка (R2 – 0.17; p – менее 0.0001). Обнаружена прямая связь между повышением АСАТ (R2 – 0.87; p – менее 0.0001), билирубина общего (R2 – 0.18; p – менее 0.0001) и прямого (R2 – 0.68; p – менее 0.0001) и содержанием мышьяка в крови. Все это свидетельствует, что обнаруженные нами изменения, хотя часто и не приводят к значимому сдвигу метаболических параметров по сравнению с нормой, но, учитывая сдвиги при сравнении параметров у пациентов группы, в которой в качестве питьевой используется вода с концентрацией мышьяка, не превышающей ПДК, требуют дальнейшего изучения. Возможно, эти эффекты могут быть «ранними маркерами» сдвигов, которые в дальнейшем приведут к более серьезным, возможно, патологическим изменениям.

Стоит отметить, что у 9 детей и 42 взрослых пациентов группы наблюдения, был установлен диагноз арсеникоз, который проявлялся преимущественно дерматологическими поражениями в виде гипер- или депигментации (последний симптом преобладал в детской группе). Также среди симптомов отмечалась полинейропатия. В группе сравнения ни одного подобного симптома ни у одного из обследованных пациентов не выявилось.

Заключение

Избыточная экспозиция мышьяком формирует у детей нарушения метаболического и биохимического контуров, ассоциированных преимущественно с изменением печеночных и почечных маркеров. Для взрослого контингента «мышьяковой» провинции спектр биомаркеров эффекта сформирован за счет показателей биохимического профиля (снижение альбумина, повышение билирубина, креатинина, мочевой кислоты), а также гормональных маркеров (ТТГ, кортизол). Зависимые от возраста, а значит, от времени контакта с гаптеном, изменения в биохимических показателях и гормональной регуляции в условиях постоянного употребления питьевой воды с повышенным содержанием мышьяка верифицированы адекватными моделями логистической регрессии. Полученные результаты требуют продолжения изучения особенностей эндокринного и биохимического ста- туса населения геохимической провинции с повышенным содержанием мышьяка в питьевой воде, а также влияния мышьяка на регуляторные органы с расширением спектра детектируемых маркеров эффекта.

Выражаем особую благодарность заместителю директора по клинической работе ФНЦ МПТ УРЗН, заведующей кафедрой экологии человека и БЖД ПГНИУ О.Ю. Устиновой за предоставленные клинические материалы.