VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Целью данной работы является исследование естественных геохимических аномалий как фактора опасности для человека.

Необходимость постановки данной цели продиктована широким распространением в Уральском регионе ультраосновных горных пород, в значительной степени обогащенных никелем, кобальтом, хромом и другими тяжелыми металлами, что обусловливает возникновение естественных геохимических аномалий и представляет токсическую угрозу для населения.

Известно, что районы с аномальным содержанием химических элементов в объектах окружающей среды относят к геохимическим аномалиям. Для Уральского региона проблема воздействия геохимических условий на здоровье населения приобретает особую актуальность ввиду широкого распространения ультраосновных горных пород, определяющих избыточные почвенные концентрации никеля, хрома, кобальта и других металлов [5, 7, 8]. Однако до сих пор не проводились исследования, касающиеся воздействия на организм человека природного избытка тяжелых металлов, в районах, для которых не характерны эндемические заболевания, но существует вероятность неспецифических адаптивных реакций организма. На данных территориях при отсутствии признаков эндемий, вероятно, следует ожидать снижения устойчивости организмов к действию различных факторов среды, повышения заболеваемости, сокращения продолжительности жизни.

В настоящее время высокие концентрации тяжелых металлов в объектах среды на Урале зачастую ошибочно связывают только с техногенным загрязнением, в то время как даже в «экологически благополучных» районах естественный избыток химических элементов может представлять определенную угрозу для населения.

Цель: изучить воздействие естественных никель-кобальт-хромовых геохимических аномалий, не вызывающих эндемических заболеваний, на животных и человека.

Исследования проводились в два этапа:

1. оценка влияния естественных геохимических аномалий на животных (на примере рыжей полевкиClethrionomysglareolus): оценка демографических характеристик популяций, анализ морфофизиологических индикаторов по методу С.С. Шварца [11], гистологические исследования надпочечников и яичников животных;

2. ретроспективное исследование причин смертности людей (нозологии по МКБ-X) за пятилетний период.

С целью оценки интенсивности метаболизма животных, обитающих в условиях естественных геохимических аномалий, проведен анализ морфофизиологических индикаторов по методу С.С. Шварца. Метод морфофизиологических индикаторов [9, 11, 12] дает возможность оценить физиологические особенности животных, в том числе и напряженность энергетического баланса, по комплексу косвенных признаков, к которым относятся масса тела и относительная масса внутренних органов животных. В данной работе исследовались: масса тела животных, отношение массы к длине тела (индекс упитанности), индексы (отношение массы органа к массе тела) печени, надпочечника, семенника, гепатосупраренальный коэффициент (отношение массы печени к массе надпочечника). Установлено, что в районах естественных геохимических аномалий у рыжей полевки возрастает относительная масса почки (табл.), что свидетельствует об интенсификации метаболизма. Также обнаружено увеличение индекса надпочечника, снижение индекса упитанности и гепатосупраренального коэффициента, что демонстрирует напряженность энергетического баланса организмов животных при избытке тяжелых металлов в окружающей среде (табл.). В экстремальных геохимических условиях у рыжей полевки также происходит увеличение индекса семенника (табл.), свидетельствующее о повышении генеративных потенций взрослых самцов и ускорении созревания молодых [4, 10].

При изучении воздействия геохимических условий на морфофункциональное состояние надпочечника рыжей полевки на территории природной геохимической аномалии выявлена статистически значимая гипертрофия пучковой зоны коры, ее клеток и ядер (табл.). Данные изменения, вероятно, связаны с увеличением объема продуктов ядерного синтеза и свидетельствуют об интенсификации выработки глюкокортикоидов, которые участвуют в адаптивных реакциях и обеспечивают повышение неспецифической резистентности животных в экстремальных геохимических условиях. Активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, с одной стороны, обеспечивает приспособление организма к условиям геохимической аномалии, с другой, возможно, сокращает энергетические резервы в качестве платы за адаптацию [1].

Установлено, что в районах естественных геохимических аномалий у самок рыжей полевки увеличивается потенциальная плодовитость (количество желтых тел в яичниках). Обнаружены статистически значимые различия по данному показателю между аномальным участком 2 и контрольным участком (6.9 ± 0.30 и 5.4 ± 0.22 желтых тел беременности в яичнике, участок 2 и контроль соответственно, тест Манна-Уитни). Фактическая плодовитость (количество плодов в матке) также выше у полевок, населяющих аномальные районы (5.7 ± 0.22; 6.1 ± 0.52; 4.8 ± 0.23 жизнеспособных эмбрионов на самку, участки 1; 2; и контроль соответственно, тест Манна-Уитни). Доимплантационная смертность у самок в районах геохимических аномалий (участки 1 и 2) в 1.8 и 2.4 раза ниже по сравнению с контрольной территорией. Вместе с тем, следует отметить, что численность рыжей полевки выше на контрольной территории по сравнению с аномальными участками. Низкие численности при более высоких показателях плодовитости связаны с повышенным уровнем постнатальной смертности животных на территориях естественных геохимических аномалий [3].

Кроме того, на территориях естественных геохимических аномалий обнаружено увеличение количества и размеров фолликулов в яичниках неполовозрелых самок рыжей полевки, что свидетельствует об интенсификации процесса фолликулогенеза и, следовательно, ускорении полового созревания животных.

Анализ статистически значимых взаимодействий факторов изменчивости исследуемых показателей (дисперсионный анализ) позволил заключить, что экстремальные геохимические условия усиливают действие других факторов. Установлено, что на аномальной территории половой диморфизм в отношении морфофизиологических индикаторов и гистологических особенностей надпочечника выражен в большей степени, чем на контрольной. В районах аномалий наблюдается усиление влияния плотности популяции животных на изучаемые показатели [10]. Эффекты взаимодействия факторов продемонстрированы на примере морфофизиологических характеристик коры надпочечника животных (рис).

Для оценки влияния условий естественных геохимических аномалий на организм человека исследовали причины смертности ретроспективным методом за пятилетний период. В результате анализа смертности людей установлено, что ее структура в районе естественной геохимической аномалии отличается от показателей г. Екатеринбурга, Свердловской области и фонового района. Первое место в списке причин смерти (ранг 1) на всех исследуемых территориях занимают болезни системы кровообращения, что соответствует общемировой ситуации, так как данные заболевания обусловливают значительную часть в структуре человеческой смертности [2, 6]. Второе место в списке причин смерти (ранг 2) на территории естественной геохимической аномалии занимают новообразования, в то время как в г. Екатеринбурге, Свердловской области и в Шалинском районе смертности от онкологических заболеваний принадлежит третье место. Показатель относительной смертности от новообразований на геохимически аномальной территории (330.1 случаев на 100 тысяч населения) самый высокий среди всех анализируемых выборок. Необходимо отметить, что определенный вклад в повышение относительной смертности от онкологических заболеваний вносит увеличение доли населения старших возрастных классов, так как аномальная территория является поселком с характерной для небольших населенных пунктов возрастной структурой. Однако перечисленными особенностями невозможно объяснить увеличение онкосмертности на аномальной территории по сравнению с геохимически фоновым районом (262.6 случаев на 100 тысяч населения). Для этого фонового участка (Шалинский район) по данным Территориального органа федеральной службы государственной статистики по Свердловской области установлена аналогичная аномальному участку возрастная структура населения. Отличительными особенностями выборки геохимического фона по сравнению с геохимической аномалией также является отсутствие смертей от врожденных аномалий и болезней мочеполовой системы. Относительные показатели смертности от врожденных аномалий (12.5 случаев на 100 тысяч населения) и болезней мочеполовой системы (12.5) на аномальной территории превышают значения, характерные для г. Екатеринбурга (3.1 и 7.9) и Свердловской области (4.1 и 8.6 врожденные аномалии и болезни мочеполовой системы соответственно). Стоит заметить, что на основании данных пятилетнего периода наблюдений не представляется возможным сформулировать окончательные выводы относительно таких редких причин смерти.

Вероятно, относительно высокие показатели смертности от новообразований, врожденных аномалий и болезней мочеполовой системы в районе геохимической аномалии объясняются природным избыточным содержанием тяжелых металлов, обусловленным химическим составом подстилающих горных пород территории.

Таблица

Результаты дисперсионного анализа изменчивости исследуемых показателей рыжей полевки. Частные эффекты «геохимического фактора»*