Вараксин А.Н.1, Шалаумова Ю.В.2, Маслакова Т.А.1
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
28.03.2025
28.03.2025
28.03.2025
Аннотация
Негативное влияние факторов окружающей среды отражается на состоянии организма человека, что ведет к повышению показателей заболеваемости, зависимых от неблагоприятных факторов среды обитания. Оценка качества окружающей среды не теряет своей значимости и для каждого из мегаполисов характерны свои региональные особенности. Цель исследования: сравнение катионного и анионного состава и типов микрокристаллизации (МКС)слюны жителей промышленных регионов на примере г. Омска и Красноярска. Методы: Для эксперимента использовали образцы слюны жителей г. Омска (n=82) и г. Красноярска в возрасте 18-22 лет (n=86). Во всех пробах определяли содержание аммония, калия, натрия, магния, кальция, хлоридов, сульфатов, фторидов, фосфатов методом капиллярного электрофореза, а также проведено сравнение типов МКС слюны. Результаты: Показано, что межу регионами наблюдаются статистически достоверные различия по всем показателям, кроме содержания сульфатов в слюне. При этом следует отметить, что диапазоны варьирования для всех показателей перекрываются. Для жителей г. Красноярска концентрации ионов аммония, калия, кальция и всех анионов выше, чем соответствующее значение для г. Омска. Концентрация натрия и магния напротив выше у жителей г. Омска. Для всех показателей кроме кальция наблюдается повышение концентрации в подгруппе мужчин независимо от региона. Различий показателей МКС между регионами не выявлено. Выводы: Установлено, что концентрации элементов в составе слюны жителей крупных промышленных г. Омска и Красноярска различны, однако диапазоны варьирования для всех показателей перекрываются. Поэтому при планировании эксперимента необходимо учитывать региональные особенности, влияющие на состав слюны, обусловленные различными геохимическими и промышленными особенностями.
Ключевые слова:
слюна, капиллярный электрофорез, катионы, анионы, микрокристаллизация, мониторинг, минеральный состав.
Полный текст
Характерными особенностями развития современного общества является быстрый рост городов, повышение численности городских жителей, а также переход сельских земель в городские. Система урбанизации приводит к увеличению концентрации промышленных производств, дорожных сетей и транспорта, густонаселенных жилых кварталов, оказывая все большую нагрузку на окружающую среду, тем самым ухудшая санитарно-гигиенической обстановку и увеличение заболеваемости населения. Поэтому экологические проблемы крупных промышленных городов Российской Федерации не теряют своей актуальности [1]. В настоящее время необходимость своевременного контроля уровня экологической напряженности не вызывает никаких сомнений. Комплексная оценка окружающей среды напрямую связана с состоянием здоровья населения [2, 3]. Экологическую ситуацию в городах определяет целый ряд факторов: специализация производств, которые располагаются в городе, динамика производства, тепловые электростанции, которые используют уголь и т.д. Несмотря на то, что для промышленных городов накоплен значительный опыт мониторинга выбросов, проблема оценки качества окружающей среды сохраняет свою значимость, поскольку для каждого из мегаполисов характерны свои региональные особенности [4]. Омская область и Красноярский Край, как регионы России с напряженной экологической обстановкой, находятся в группе риска санитарно-эпидемиологического благополучия населения [5].
Негативное влияние факторов окружающей среды отражается на состоянии организма человека, что ведет к повышению показателей заболеваемости, зависимых от неблагоприятных факторов среды обитания. Биоэлементы (катионы и анионы) жизненно необходимы для нормального функционирования организма человека [6]. Дисбаланс микро- и макроэлементов может привести к возникновению и развитию патологических процессов [7]. Поэтому изучение микроэлементного состава биологических жидкостей (кровь, слюна, моча и др.), можно использовать в качестве маркеров биологического мониторинга. Использование в качестве биосубстрата слюны человека имеет ряд преимуществ, по сравнению с венозной или капиллярной кровью, а именно неинвазивностью сбора и отсутствием риска инфицирования при получении биоматериала[8, 9]. При этом слюна адекватно отражает биохимический статус и физиологическое состояние человека[10, 11]. Микроэлементный состав слюны отражает суммарное поступление загрязняющих веществ из атмосферного воздуха, воды, продуктов питания [12]. Кроме того, ряд важной информации о состоянии организма содержит кристаллическая структура его биологических жидкостей [13]. Кристаллографические методы исследования слюны позволяют получить сведения о метаболизме и гомеостазе организма, основанные на процессе кристаллообразования высушенного биологического материала с последующей интерпретацией результатов кристаллогенеза.
Цель работы – сравнение катионного и анионного состава слюны и типов МКС (микрокристаллизации) между крупными промышленными городами.
Материалы и методы
В исследование принимали участие 166 студентов в возрасте 20±2 лет, проживающих в г. Омске и г. Красноярске (82 и 86 человек соответственно). Пробы слюны собирали утром натощак без дополнительной стимуляции после чистки зубов в 9-10 часов утра в соответствии с полученными ранее данными о суточной динамике состава слюны, после чего центрифугировали при 7000 об/мин. в течение 10 минут [21].
Предварительно получено добровольное информированное согласие участников эксперимента. Наличие хронических, воспалительных и инфекционных заболеваний было исключено путем анкетирования. Осмотры стоматолога и терапевта проведены в рамках плановой диспансеризации.
Эксперимент проводили с использованием системы капиллярного электрофореза КАПЕЛЬ-105М (Люмэкс, Санкт–Петербург) [7, 14]. В качестве источника света используется дейтериевая лампа, а в качестве диспергирующего элемента — дифракционный монохроматор со спектральным диапазоном 190–380 нм и шириной спектрального интервала 20 нм, фотометрический детектор. Высоковольтный блок постоянного напряжения 1–25 кВ, с шагом 1 кВ, сменная полярность, ток 0–200 мкА. Капилляр кварцевый (общая длина капилляра 60 см, эффективная длина капилляра 50 см, внутренний диаметр 75 мкм) с жидкостным охлаждением с заданием и контролем температуры теплоносителя (диапазон от −10 до +30°С от температуры окружающей среды). Питание прибора 187–242 В, 50/60 Гц.
Метод измерений основан на фильтровании, разбавлении отобранной пробы, дальнейшем разделении и количественном определении компонентов с косвенным детектированием при определенной длине волны. Нами подобраны условия определения катионного и анионного состава слюны: объем аликвоты исследуемого образца 100 мкл, предварительное осаждение белков слюны 10% раствором трихлоруксусной кислоты, разбавление в 20 раз бидистиллированной водой[7, 14]. Проверка правильности определения содержания аналитов проведена методом введено-найдено, погрешность определения не превышает 10% во всем диапазоне концентраций.
Для определения типа микрокристаллизации слюны капля слюны объемом 10 мкл помещалась на предметное стекло и высушивалась при температуре 20–25 °С, относительной влажности 65–70% и минимальной подвижности окружающего воздуха. При полной дегидратации капли получали высушенную пленку – фацию, которую далее исследовали под микроскопом. Оценку созданных образцов кристаллов проводили с помощью светового микроскопа Микромед 2 (Санкт-Петербург, Россия) при увеличении в 40 раз. Для анализа типа МКС слюны использовался метод нативной кристаллизации, разработанный А. Б. Денисовым[15], и оценка 6 типов микрокристаллизации по шкале П.А Леуса [16].
Статистическая обработка результатов проведена с использованием программы Statistica 10.0 (StatSoft). Результаты представлены в виде медианы и интерквартильного размаха (25–75 %). Различия считали значимыми при р ˂ 0,05.
Результаты
На первом этапе исследования мы сравнили катионный и анионный состав слюны без учета пола. Показано, что межу регионами наблюдаются статистически достоверные различия по всем показателям, кроме содержания сульфатов в слюне (табл.1). При этом следует отметить, что диапазоны варьирования для всех показателей перекрываются.
Таблица 1. Минеральный состав слюны жителей г. Омска и Красноярска
Table 1. Mineral composition of saliva of residents of Omsk and Krasnoyarsk
Показатель |
Красноярск |
Омск |
p-value |
||
Me [Q1;Q3] |
Диапазон варьирования* |
Me [Q1;Q3] |
Диапазон варьирования |
||
Аммония, мг/л |
193,0 |
19,3 – 712,8 |
152,4 |
55,8 – 676,6 |
0,0105 |
Калий, ммоль/л |
15,70 |
4,80 – 26,92 |
11,46 |
2,73 – 28,23 |
<0,0001 |
Натрий, ммоль/л |
6,03 |
1,18 – 26,37 |
7,30 |
1,73 – 32,53 |
0,0241 |
Магний, ммоль/л |
0,131 |
0,031 – 0,488 |
0,251 |
0,078 – 0,713 |
<0,0001 |
Кальций, ммоль/л |
0,95 |
0,20 – 5,37 |
0,62 |
0,19 – 2,13 |
<0,0001 |
Хлориды, ммоль/л |
14,86 |
6,29 – 38,70 |
10,99 |
1,77 – 28,39 |
<0,0001 |
Сульфаты, мг/л |
32,54 |
3,75 – 119,00 |
28,42 |
4,72 – 164,70 |
0,0584 |
Фториды, мг/л |
4,74 |
1,16 – 28,70 |
1,97 |
0,38 – 6,75 |
<0,0001 |
Фосфаты, ммоль/л |
3,75 |
0,92 – 11,31 |
2,12 |
0,43 – 8,23 |
<0,0001 |
Примечание. * - минимальное и максимальное значение.
Поскольку исследуемые группы были однородны по возрасту, но не однородны по полу, мы дополнительно провели сравнение катионного и анионного состава слюны в зависимости от пола (табл. 2). Расчет критерия Краскела-Уоллиса показал, что различия между показателями сохраняются, при этом только для сульфатов не подтверждена статистическая значимость различий между регионами с учетом пола добровольцев. Для студентов г. Омска не показано достоверных различий по полу, тогда как для студентов г. Красноярска подгруппы мужчин и женщин достоверно различаются по содержанию калия (р=0.0469) и натрия (р=0.0146). Интересно, что для жителей г. Красноярска концентрации ионов аммония, калия, кальция и всех анионов выше, чем соответствующее значение для г. Омска. Для ионов натрия и магния наблюдается обратная тенденция: для подгрупп обоего пола концентрации выше у жителей г. Омска. Следует отметить, что для всех показателей кроме ионов кальция наблюдается повышение концентрации в подгруппе мужчин независимо от региона.
Таблица 2. Минеральный состав слюны жителей г. Омска и Красноярска в зависимости от пола
Table 2. Mineral composition of saliva of residents of Omsk and Krasnoyarsk depending on gender
Показатель |
Красноярск |
Омск |
Критерий Краскела-Уоллиса; p-value |
||
Ж, n=36 |
М, n=50 |
Ж, n=68 |
М, n=14 |
||
Аммония, мг/л |
170,7 |
217,1 |
144,5 |
191,6 |
12,92; 0,0048 |
Калий, ммоль/л |
14,84 |
16,83 |
11,45 |
12,66 |
24,56; <0,0001 |
Натрий, ммоль/л |
4,70 |
7,01 |
7,05 |
8,70 |
12,84; <0,0001 |
Магний, ммоль/л |
0,122 |
0,153 |
0,250 |
0,267 |
49,86; <0,0001 |
Кальций, ммоль/л |
1,04 |
0,89 |
0,67 |
0,52 |
24,93; <0,0001 |
Хлориды, ммоль/л |
13,95 |
15,25 |
10,13 |
12,13 |
24,27; <0,0001 |
Сульфаты, мг/л |
29,76 |
34,41 |
25,87 |
34,29 |
6,111; 0,1063 |
Фториды, мг/л |
4,63 |
4,80 |
1,97 |
2,05 |
57,78; <0,0001 |
Фосфаты, ммоль/л |
3,73 |
3,79 |
1,88 |
2,48 |
40,64; <0,0001 |
Изменение концентрации отдельных показателей относительно среднего значения для каждого региона представлено в виде графика (рис.1). Видно, что характер изменения показателей как для жителей г. Омска, так и г. Красноярска однонаправленный. Установлено, что значения всех определяемых показателей в группе мужчин выше средних значений для соответствующего региона, тогда как в группе женщин – ниже. Исключение составляет ионы кальция.
Рис. 1. Относительное изменение концентрации катионов и анионов в слюне в зависимости от пола для жителей г. Омска и Красноярска (%). Различия между параметрами у добровольцев одного пола между регионами статистически достоверны, р<0.05.
Fig. 1. Relative change in the concentration of cations and anions in saliva depending on gender for residents of Omsk and Krasnoyarsk (%). The differences between the parameters in volunteers of the same sex between regions are statistically significant, p<0.05.
Дополнительное сравнение всех четырех групп методом дискриминантного анализа (рис.2). Установлено, что главным фактором, определяющим разделение образцов на подгруппы, является регион проживания. Как показано на диаграмме рассеяния канонических значений, все точки, соответствующие образцам жителей г. Красноярска расположены левее вертикальной оси «0-0», тогда как правее сгруппированы точки, соответствующие образцам слюны студентов г. Омска (рис.2). Разделения подгрупп по полу на диаграмме не наблюдалось.
Рис.2. Диаграмма рассеяния канонических значений для содержания катионов и анионов в слюне в зависимости от региона проживания и пола
Fig.2. Scatterplot of canonical values for the content of cations and anions in saliva depending on the region of residence and gender
На заключительном этапе исследования проведено определение характера микрокристаллизации слюны у всех добровольцев (рис.3).
Рис.3. Примеры основных типов МКС жителей г. Омска и г. Красноярска (А- 2 балла, Б – 3 балла, В – 4 балла).
Fig.3. Examples of the main types of microcrystallization of residents of Omsk and Krasnoyarsk (A - 2 points, B - 3 points, C - 4 points).
Анализ типов МКС показал, что правильные кристаллические структуры (5 баллов, «норма» в рисунке кристаллов) не были найдены ни в одном из исследуемых городов. Под воздействием неблагоприятных факторов отмечается разрушение четкой структуры кристаллов (баллы от 4 до 1) или полное их отсутствие в поле зрения (0 баллов). В кристаллограммах жителей исследуемых регионов наблюдалась схожая картина по количеству кристаллических струткур. Чаще всего наблюдались кристаллические структуры, оцениваемые в 2 балла – 35 % и 40 % в г. Омске и г. Красноярске соответственно. В целом, распределение по всем типа МКС в рассматриваемых регионах можно оценивать, как схожее (табл. 3).
Таблица 3. Характеристика показателей МКС слюны в зависимости от региона проживания
Table 3. Characteristics of saliva microcrystallization indicators depending on the region of residence
Показатель типа МКС, балл |
Частота встречаемости типа МКС |
p-value |
|
Красноярск |
Омск |
||
0 |
9% |
9% |
0.9541 |
1 |
9% |
11% |
0.7542 |
2 |
40% |
35% |
0.6113 |
3 |
21% |
16% |
0.4258 |
4 |
21% |
17% |
0.5169 |
5 |
- |
- |
- |
Обсуждение результатов
Известно, что элементный статус организма человека, в том числе и слюны, во многом связан с регионом проживания и показывает общую нагрузку от деятельности предприятий, количества производственных отходов, а также иные последствия негативной деятельности производств[17].
Из представленных результатов видно, что концентрация ионов аммония, калия, натрия и кальция по регионам отличается (табл. 1). Показано, что в г. Красноярске концентрации ионов аммония, калия, кальция, выше, чем соответствующее значение для г. Омска. Напротив, содержание натрия и магния выше у жителей г. Омска. Вероятно, данные отличия связаны с составом питьевой воды в регионах. Среди геоэкологических факторов риска здоровью населения качество питьевой воды находится на втором месте после загрязнения атмосферного воздуха. Неблагоприятные природные факторы, характерные для различных регионов, способствуют формированию гидрохимического состава вод с неоптимальным содержанием микро- и макроэлементов [18]. При этом содержание калия и натрия косвенно отражает состояния симпатоадреналовой системы, обеспечивающей ответ на изменяющиеся условия внешней среды [19]. Ионы магния и кальция являются универсальными регуляторами биохимических и физиологических процессов в организме, ионы магния является донором энергии в процессах жизнедеятельности клеток в виде Mg 2+-АТФ [20]. Ионы магния участвует в синтезе белка и нуклеиновых кислот. Изменение концентраций ионов магния и кальция под воздействием экологических факторов увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний, а также известно, что ионы магния во внеклеточной жидкости ингибируют выброс нейромедиаторов (ацетилхолина и катехоламинов), являясь естественным антистрессовым фактором [21]. Однако, согласно докладам об экологической ситуации в регионах [22, 23] состояние воды в пределах нормы, как и ее жесткость на уровне 2 единиц. Отмечено, что в Омске статистически значимо повышена концентрация ионов магния в слюне, по сравнению с Красноярском. Предположительно, это связано с определенными геохимическими особенностями региона [24].
Анионы (хлориды, фосфаты и фториды) поступают в организм преимущественно с питьевой водой, состав которой оказывает значительное влияние на формирование здоровья населения, и напрямую зависит от уровня экологической напряженности в регионе. Хлорид ионы обладают выраженной биологической активностью, переходя в галогенсодержащие соединения, имеющие мутагенный эффект [25]. Фторид ионы оказывают влияние на организм при длительном воздействии, а избыточном содержании фторидов в организме возникает хроническая фтористая интоксикация[26, 27].
Так, при сравнении анионного состава статистически значимых отличий между регионами не отмечено только у сульфат-ионов. Содержание хлорид- фосфат- и фторид- ионов выше в г. Красноярске. Установлено резко отличающееся увеличение концентрации фторид-ионов в слюне жителей Красноярска. Анионы в слюну попадают преимущественно с питьевой водой, состав которой оказывает значительное влияние на формирование здоровья населения. Повышенное значение фторид-ионов в Красноярске, вероятно, связано с выделением фтористых соединений в процессе производства алюминия на заводе расположенном в данном регионе [28]. Следует отметить, что концентрация фтора не превышает установленных норм [23].
Интересно отметить, что значения всех определяемых показателей в группе мужчин выше средних значений для соответствующего региона, тогда как в группе женщин – ниже (табл. 2). Исключение составляют ионы кальция. Возможно, это связано с различным гормональным статусом. Расчет изменения концентрации отдельных показателей относительно среднего значения для каждого регион, представленный в виде графика (рис.1) показывает, что характер изменения показателей как для жителей г. Омска, так и г. Красноярска однонаправленный.
Результаты исследования МКС слюны показывают отклонение от нормы и отсутствие 5 баллов I типа кристаллизации в обоих регионах. Данные сведения говорят о снижении минерализующего потенциала слюны. Наблюдается преобладание разрушенных кристаллов (4-1 баллов) или их полное отсутствие в поле зрения (0 баллов), что вероятно связано с общим состоянием полости рта в частности, а также с наличием постоянного негативного влияния на состояние здоровья исследуемых в целом [29].
Установлено, что концентрации элементов в составе слюны жителей крупных промышленных городов Омска и Красноярска различны. Следует отметить, что диапазоны варьирования для всех показателей перекрываются. Поэтому в исследованиях при сравнении полученных данных о концентрации элементов в слюне с результатами работ других исследователей необходимо учитывать разброс результатов по литературным данным, вероятно, обусловленный различным «элементным» статусом регионов, в которых проживают исследуемые группы добровольцев, особенно связанным с геохимическими и промышленными особенностями[30]. Тем не менее, диапазоны содержаний удовлетворительно согласуются. Таким образом, мониторинг микроэлементов в организме по слюне человека позволяет оценить стабильность их химического состава, а также отражает степень влияния экологической обстановки [31]. Антропогенные факторы негативно воздействуют на организм, что приводит к дисбалансу важных элементов, нарушает структуру метаболизма электролитов, что приводит к изменениям в вегетативной нервной системе, а также энергетического и гормонального баланса организма [3, 32].
Заключение
Своевременный мониторинг состояния организма людей, проживающих в крупных промышленных регионах, совершено очевиден. Изучение катионно-анионного состава слюны человека позволяет определить существующий дисбаланс элементов, обусловленный состоянием окружающей среды. Поэтому установление взаимосвязей между состоянием экологической обстановки в регионе и здоровьем населения является традиционно задачей. При этом неоспоримым преимуществом при сборе образца для анализа обладает слюна человека. Показаны различия в концентрациях электролитного состава слюны между промышленными регионами г. Омск и г. Красноярск. Выявлено, что при проведении исследований необходимо учитывать региональные особенности, влияющие на состав слюны.
Об авторах
Омский государственный педагогический университет
Email: nemcha@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4918-6937
SPIN-код: 9161-0264
Россия, 644099, Омск, ул. Набережная Тухачевского, д. 14, каб. 126
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета
Email: slyudmila@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5503-4898
SPIN-код: 7940-6589
доцент кафедры биофизики
Красноярский государственный аграрный университет
Email: Kalina-chyikova@mail.ru
д.б.н., доцент, заведующая кафедрой ЭМПиВСЭ
Омский государственный педагогический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: ludab2005@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6147-4854
Научно-исследовательская лаборатория биохимии, заведующая
Россия
Список литературы
Дополнительные файлы