Состояние опорно-двигательного аппарата у детей с различным уровнем содержания металлов в крови

В Российской Федерации за последние пять лет частота заболеваний опорно-двигательного аппарата у детей возросла более чем на 20%. В то же время, на территориях активного промышленного производства частота регистрации и темпы прироста у детей патологии опорно-двигательного аппарата в 1.3– 1.5 раза превышают среднероссийский уровень [Рахманин, 2007; Верихов, 2007; Онищенко, Зайцева, Землянова, 2011]. Сохраняющаяся тенденция роста этого класса болезней предопределяет прогностические неблагоприятные социально-экономические потери общества за счет старших возрастных групп населения.

Среди целого ряда причин развития нарушений опорно-двигательного аппарата наибольшее значение имеют генетические факторы, нарушения минерального и витаминного обменов, неполноценное питание, различные патологические процессы, сопровождающиеся нарушением продукции кальций-регулирующих и системных гормонов, усилением свободнорадикальных процессов и др. Особую роль в развитии нарушений опорно-двигательного аппарата играет поступление в организм ребенка токсических веществ промышленного происхождения, среди которых наибольшее значение придается металлам [Верихов, 2007]. Спектр воздействий металлов на молекулярном, тканевом, клеточном и системном уровне во многом определяется экспозицией, комбинациями с другими факторами риска, предшествующим состоянием здоровья ребенка, его иммунологической реактивно- стью, наличием генетически обусловленной чувствительности к влиянию промышленных токсикантов [Масюк, 2003; Зайцева, Устинова, Аминова, 2011].

Вместе с тем, до настоящего времени факторы риска развития патологии опорно-двигательного аппарата у детей, проживающих на территориях активного промышленного производства, остаются малоизученными, не установлена связь морфологических нарушений опорно-двигательного аппарата с повышенным содержанием металлов в биосредах детей.

Объект и методы исследования

Объектом исследования являлись 278 детей в возрасте 6–7 лет (группа наблюдения), проживающих в зоне воздействия предприятия металлургического профиля с полным технологическим циклом выпуска металла, формирующего загрязнение объектов среды обитания комплексом металлов (марганец, ванадий, свинец, хром, никель). Группу сравнения составили 102 ребенка, проживающих в относительно благоприятных санитарно-гигиенических условиях среды обитания. Исследуемые группы не имели различий по возрасту и гендерному признаку.

Исследования содержания металлов в крови проводились методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на спектрофотометре (Aanalist фирмы PERKIN-ELMER, США) с атомизацией в пламени и масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой ISP-MS фирмы Agilent 7500сх (США).

Оценка состояния костной ткани проводилась на остеоденситометре «DTX-100» методом количественной рентгеновской абсорбциометрии в периферических отделах лучевой и локтевой кости и представлялась в виде величин, выраженных в процентах относительно нормы определенного возраста (Z-шкала). Показатели выше 90% определены как нормальная минерализация костной ткани, от 80% до 90% – остеопения I степени, от 70% до 80% – остеопения II степени, 70% и ниже – остеопения III степени. Для морфологической характеристики подошвенной поверхности стоп использовался компьютеризированный комплекс «ПОДОСКАН-МБН» (Москва, Россия). Для выявления у детей деформаций позвоночника использован компьютерный оптический бесконтактный топограф «ТОДП» (Новосибирск, Россия). Статистическая обработка результатов исследований осуществлялась методами параметрической статистики.

Результаты и их обсуждение

Согласно данным мониторинговых исследований и производственного контроля, проведенным на территории проживания детей группы наблюдения, загрязнение атмосферного воздуха марганцем, ванадием, свинцом, никелем в 1.1–5.0 раз превышает допустимые гигиенические нормы; в воде открытых водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения, присутствуют металлы, среднегодовые концентрации которых достигают 2–8 ПДК; суммарный показатель химического загрязнения почвы комплексом металлов в 1.4–2.4

раза превышает допустимый гигиенический норматив. Хроническая аэрогенная экспозиция ванадия пятиокиси формирует коэффициент опасности (HQ) для здоровья населения, проживающего в зоне влияния предприятий металлургического профиля, превышающий допустимый уровень в 7 раз, а марганца и его соединений – в 10 раз. Качество атмосферного воздуха и питьевой воды на территории проживания детей группы сравнения соответствует гигиеническим нормативам, что по санитарно-гигиеническим критериям соответствует благоприятной среде обитания.

В ходе проведенных химико-аналитических исследований было установлено, что содержание ванадия (0.0042 ± 0.0008 мг/дм3), марганца (0.025 ± 0.001 мг/дм3) и хрома (0.041 ± 0.003 мг/дм3) в крови детей, проживающих в зоне влияния металлургического комбината, было существенно выше референтного уровня (0.0009 мг/дм3, 0.0109 мг/дм3, 0.028 мг/дм3 соответственно, р < 0.01), в то время как у детей группы сравнения их содержание составляло только 0.0011 ± 0.0001 мг/дм3, 0.009 ± 0.001 мг/дм3, 0.024 ± 0.002 мг/дм3 соответственно, и не имело отличий от референса (р = 0.2–0.9). Содержание никеля (0.43 ± 0.16 мг/дм3) и свинца (0.145 ± 0.001 мг/дм3) в крови детей группы наблюдения существенно превышало референтный уровень (0.12 мг/дм3 и 0.1 мг/дм3 соответственно, р = 0.009–0.01), в то время как в группе сравнения не имело отличий от референтного предела (никель – 0.16 ± 0.06 мг/дм3, р = 0.06) или было ниже (свинец – 0.069 ± 0.002 мг/дм3, р < 0.01) (табл. 1).

Таблица 1

Содержание металлов техногенного происхождения в крови детей исследуемых групп, мг/дм3

Показатель Группа наблюдения (М±m) Группа сравнения (М±m) Референтный уровень [Клиническое…, 2003] р1 р2 р3 Ванадий 4.2∙10-3± 0.8∙10-4 1.1∙10-4± 1.0∙10-5 6.0∙10-5–9.0∙10-4 <0.01 0.4 <0.01 Марганец 2.5∙10-2± 1.0∙10-3 9.0∙10-3± 1.0∙10-3 1.09∙10-2–6.0∙10-4 <0.01 0.2 <0.01 Никель 0.43 ± 0.16 0.16 ± 0.06 0.08–0.12 <0.01 0.06 <0.05 Свинец 0.145 ± 0.001 0.069 ± 0.002 0.1 <0.01 <0.01 <0.02 Хром 0.041 ± 0.003 0.024 ± 0.002 0.007–0.028 <0.01 0.9 <0.01 р1 – достоверность различий группы наблюдения и референтного предела; р2 – достоверность различий группы сравнения и референтного предела; р3 – достоверность различий группы наблюдения и группы сравнения.

В целом содержание металлов в крови детей группы наблюдения в 1.7–2.8 раза превышало аналогичные показатели группы сравнения (р < 0.001) и в 1.5–5.9 раза – референтный уровень (р < 0.01).

При проведении остеоденситометрии установлено, что в группе наблюдения у каждого третьего ребенка (29.9%) уровень минеральной плотности костной ткани не соответствовал хронологическому возрасту; в группе сравнения таких детей было значительно меньше (13.7%) (табл. 2). В целом, в группе наблюдения остеопенический синдром выявлялся в 2.2 раза чаще группы сравнения (p =

0.001). У 2.6% детей группы наблюдения установлено значимое снижение минеральной плотности костной ткани (Z score ≥ -2.5 SD), в то время как в группе сравнения такая глубина процесса не выявлена ни у одного ребенка. Установлена достоверная связь вероятности снижения минеральной плотности костной ткани с повышенным содержанием в крови свинца (вклад – 54%) и марганца (вклад – 39%) (р ≤ 0.003–0.0001).

Изучение среднегрупповых результатов морфологической оценки состояния стоп не выявило у детей сравниваемых групп достоверных различий

Ширина левой и правой стопы у детей группы наблюдения составила в среднем 7.53 ± 0.27 см и 7.95 ± 0.48 см соответственно, что не отличалось от средних показателей группы сравнения – 7.32 ± 0.16 см (р = 0.92) и 7.58 ± 0.21 см (р = 0.87). Длина левой и правой стопы у детей группы наблюдения равнялась 18.35 ± 0.43 см и 18.42 ± 0.42 см соответственно и также не отличалась от показателей группы сравнения – 18.32 ± 0.49 см (р = 0.99) и 18.42 ± 0.48 см (р = 1.0). Площадь левой и правой стопы у детей группы наблюдения в среднем составляла 95.54 ± 4.17 см2 и 98.06 ± 4.88 см2 соответственно и также не отличалась от показателей группы сравнения – 93.02 ± 4.20 см2 (р = 0.24) и 94.66 ± 4.23 см2 (р = 0.12). В то же время обследование детей по методике С.Ф. Годунова выявило существенные различия в частоте регистрации плоскостопия в сравниваемых группах: если плоскостопие правой или левой стопы в группе наблюдения встречалось у 90.3–98.3% детей, то в группе сравнения эти показатели были достоверно ниже – у 82.2 (р = 0.02) – 86.3% (р ≤ 0.001). Детей без деформации левой и правой стопы в группе сравнения было в 8.1 и 1.8 раза больше, чем в группе наблюдения (р ≤ 0.001). В ходе исследования у детей сравниваемых групп не было выявлено существенных различий в частоте регистрации плоскостопия первой и второй степени (р = 0.11–0.62), однако третья степень плоскостопия была диагностирована у 2.2% детей группы наблюдения и не встречалась в группе сравнения (р = 0.15). Установлена достоверная связь вероятности развития плоскостопия у детей с повышенным содержанием в крови марганца (вклад марганца 28%) (р = 0.002).

Таблица 2

Результаты остеоденситометрических исследований у детей с различным уровнем содержания металлов в крови, %

Состояние костной ткани Группа наблюдения Группа сравнения р Физиологическая норма 70.1 86.3 0.001 Низкая минеральная костная плотность для хронологического возраста (Z score от -1SD до -2.5 SD) 27.3 13.7 0.006 Низкая минеральная костная плотность для хронологического возраста (Z score ≥- 2.5 SD) 2.6 0 0.11 р – достоверность различий показателей сравниваемых групп

Помимо исследования антропометрических показателей стопы был проведен анализ расчетных данных – показателя Шритера и угла вальгуса. Результаты сопоставительного анализа среднегрупповых расчетных показателей свода стопы у детей исследуемых групп не выявили статистически достоверных различий (р = 0.35–0.98). В то же время изучение индивидуальных показателей по Шрите-ру позволило установить некоторые различия встречаемости вариантов продольного плоскостопия у исследуемых детей. Число детей с физиологической формой правой и левой стопы (показатель Шритера = 50%) в обеих группах было практически одинаковым (51.1% – в группе наблюдения и 50% – в группе сравнения, р = 0.85); умеренная степень продольного плоскостопия правой стопы (показатель Шритера = 50–60%) также с близкой частотой встречалась в обеих группах (41.4% – группа наблюдения и 41.2% – группа сравнения, р = 0.97); умеренная степень продольного плоскостопия левой стопы несколько чаще регистрировалась у детей группы сравнения (37.4% – в группе наблюдения и 45.1% – в группе контроля, р = 0.17). Выраженное продольное плоскостопие левой стопы (показатель Шритера ≥ 60%) у детей группы наблюдения фиксировалось в 2.4 раза чаще, чем в группе сравнения (11.9% – в группе наблюдения и 4.9% – в группе сравнения, р = 0.04); со стороны правой стопы эта патология встреча- лась с равной частотой (7.9% – группа наблюдения и 8.8% – группа сравнения (р = 0.78). Исследование вальгусного угла стоп показало, что у 2/3 детей 6–7-летнего возраста, независимо от условий проживания, имеются признаки легкого поперечного плоскостопия (угол вальгуса 9–18°). В то же время, если физиологическая форма правой стопы по углу вальгуса в обеих группах встречалась с равной частотой (35.3% – группа наблюдения и 31.4% – группа сравнения, р = 0.45), то физиологическая форма левой стопы в группе наблюдения регистрировалась в 1.5 раза реже (18% – группа наблюдения и 27.5% – группа сравнения, р = 0.04).

Для диагностики деформаций грудной клетки и позвоночника у исследуемых детей была использована автоматизированная топографическая система «Компьютерный оптический топограф». Оценка состояния грудной клетки показала, что у детей группы сравнения физиологическая норма регистрируется в 1.4 раза чаще, чем у детей группы наблюдения (88.3 против 62.7%, р ≤ 0.001–0.03). Наиболее частым вариантом патологии грудной клетки у детей группы наблюдения являлась воронкообразная деформация, которая встречалась у каждого третьего ребенка (28.7%) и регистрировалась в 3.8 раза чаще, чем у детей группы сравнения (р ≤ 0.001). Другие виды деформаций грудной клетки встречались у обследованных детей обеих групп значительно реже (8.6% – группа наблюдения, 3.9% – группа сравнения, р = 0.12).

Следующий этап обследования детей включал оценку состояния позвоночника во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостях. Результаты исследования показали, что вариант физиологической нормы позвоночника во фронтальной плоскости был зарегистрирован у 53% детей группы сравнения и только у 12.2% детей группы наблюдения (р ≤ 0.001) (табл. 3). Одновременно у 37.1% детей группы наблюдения была выявлена сколиотическая осанка (в группе сравнения – 17.6%, р ≤ 0.001), а у 30.9% – сколиоз разной степени выраженности (в группе сравнения – 16.6%, р = 0.04–0.11). Исследование позвоночника в горизонтальной плоскости показало, что вариант физиологической нормы регистрировался с одинаковой частотой у детей обеих групп (36.3% – группа наблюдения и 38.2% – группа сравнения, р = 0.73), однако вариант субнормы встречался у детей группы контроля в 2.2 раза чаще (18.4% – группа наблюдения и 41.2% – группа сравнения, р ≤ 0.001).

Таблица 3

Частота выявления патологии позвоночника во фронтальной плоскости у детей с различным уровнем содержания металлов в крови, % (по данным оптической топографии)

Состояние позвоночника Группа наблюдения Группа сравнения р Здоровые – норма 3.6 25.5 ≤0.001 Здоровые – субнорма 8.6 27.5 ≤0.001 Деформация позвоночника – сколиоз 1-й степени 18.7 11.7 0.11 Деформация позвоночника – сколиоз 2-й степени 12.2 4.9 0.04 Нарушения осанки – сколиoтическая осанка 37.1 17.6 ≤0.001 Нарушения осанки – другие нарушения 19.8 12.8 0.12 р – достоверность различий показателей сравниваемых групп

Нарушения осанки в виде ротации достоверно в 2.5 раза чаще встречались у детей, проживающих в неблагоприятных условиях среды обитания (р ≤ 0.001), деформации позвоночника по типу «ротация» также несколько чаще регистрировалась в группе наблюдения (4.3% – группа наблюдения и 3.0% – группа сравнения, р = 0.56). Исследование позвоночника в сагиттальной плоскости позволило установить, что вариант абсолютной физиологической нормы у детей группы наблюдения регистрировался в 2.5 раза реже, чем в группе сравнения (11.6% – группа наблюдения и 29.5% – группа сравнения, р ≤ 0.001). В целом, различные виды нарушений осанки встречались в обеих группах с близкой частотой (58% – группа наблюдения и 56.8% – группа сравнения, р = 0.83), однако вариант нарушения осанки по типу «круглая спина» чаще регистрировался у детей группы сравнения (4.7% – группа наблюдения и 11.8% – группа контроля, р = 0.01). Деформации позвоночника в сагиттальной плоскости по типу «гиперлордоз» или кругло-вогнутого позвоночника диагностированы только у детей группы наблюдения (7.6% – группа наблюдения и 0% – группа сравнения, р = 0.004). Установлена связь вероятности развития сколиоза с повышенным содержанием в крови свинца и марганца (вклад свинца составил 37%, р ≤ 0.0001; вклад марганца – 42%, р ≤ 0.0001); выявлена достоверная связь вероятности развития деформаций позвоночника в горизонтальной и в сагиттальной плоскостях с повышением содержания в крови марганца (вклад марганца 36 и 29% соответственно; р = 0.001–0.003).

Заключение

Таким образом, результаты проведенных исследований позволили установить, что у детей, проживающих в зоне влияния предприятия металлургического профиля содержание металлов (ванадия, марганца, никеля, хрома, свинца) в крови в 1.7–2.8 раза превышает показатели детей, проживающих в условиях санитарно-гигиенического благополучия среды обитания, и в 1.5–5.3 раза выше референсных уровней. У детей с повышенным содержанием металлов в крови в 2.2 раза чаще показатель минеральной плотности костной ткани не соответствует хронологическому возрасту, в 1.5–3.8 раза чаще развиваются морфологические нарушения опорно-двигательного аппарата. Установлена достоверная связь вероятности снижения минеральной плотности костной ткани и морфологических нарушений опорно-двигательного аппарата с повышенным содержанием в крови металлов.