Использование микроэлементного состава волос в экологических и медицинских исследованиях Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Окина Ольга Ильинична, Ляпунов С. М., Горбунов А. В.
Несмотря на многолетнюю историю изучения микроэлементного состава волос , не существует научно обоснованного подхода к его использованию в экологических и медицинских исследованиях. Это связано с тем, что на содержание микроэлементов в волосах влияет множество факторов различной природы, и при слабовыраженном внешнем воздействии элементов на человека их вклад становится сопоставимым с экологической (медицинской) составляющей, а интерпретация полученных результатов неоднозначной. Систематического изучения поведения микроэлементов в волосах по их длине не проводилось. Нами исследовано распределение концентраций широкого спектра элементов по длине волос у детей при минимальном воздействии на них окружающей среды. Охарактеризованы основные факторы, влияющие на микроэлементный состав волос . Выявлено увеличение интенсивности сорбции сурьмы и серебра в темных волосах по сравнению со светлыми и зависимость сорбции элементов волосами от размера их ионов. В максимальной степени сорбируются ионы с размером в интервале 0,9-1,3 Å. Предложена схема использования микроэлементного состава волос в экологических и медицинских исследованиях.
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Окина Ольга Ильинична, Ляпунов С. М., Горбунов А. В.
USE OF MICROELEMENTS HAIR COMPOSITION IN ECOLOGICALAND MEDICAL INVESTIGATIONS
Despite of long-term history of studying of microelement composition of hair there is no scientifically valid approach of its use in ecological and medical researches till now. The content of microelements in hair depends from many factors of different nature. At exposure of low level on the person the contributions of these factors and ecological (medical) factors become comparative, and interpretation of microelement hair composition is ambiguous. There is not regular study of microelements ' behavior in hair up to present time. In the present work a distribution of wide elements spectrum along length of children hair is investigated at absence of their external influence. The major factors influencing microelement hair composition are characterized. The increase in sorption intensity for antimonies and silver in dark hair in comparison with blond hair is found out. The dependence of element sorption by hair from the size of their ions is revealed. There is maximum sorption for elements with an ion size in an interval 0,9-1,3 Å. The optimal scheme of microelement hair composition's use in ecological and medical researches is offered.
Текст научной работы на тему «Использование микроэлементного состава волос в экологических и медицинских исследованиях»
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ВОЛОС В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
© 2009 г. О. И. Окина, С. М. Ляпунов, А. В. Горбунов
Геологический институт РАН, г. Москва
В настоящее время большое внимание уделяется изучению роли микроэлементов в жизни человека. Значительное воздействие на микроэлементный баланс организма оказывают все возрастающие антропогенные нагрузки. Современные методы медико-биологических исследований позволяют с достаточной степенью достоверности оценить уровень их воздействия на здоровье человека [4, 8]. Большое значение в подобных исследованиях имеет информация о содержании элементов в диагностических биоматериалах человека: крови, моче, волосах, зубах.
Традиционным биоматериалом, используемым в медико-биологических и эколого-эпидемиологических исследованиях, являются волосы [5]. За последние тридцать лет опубликовано огромное число работ по изучению накопления микроэлементов в волосах. Часть их посвящена исследованию связи концентрации микроэлементов в волосах с уровнем и временем антропогенного воздействия этих элементов на человека, а также для оценки негативного влияния производства на здоровье рабочих [10, 13, 23]. В медицинских целях волосы пытались использовать в качестве инструмента диагностики [18, 19, 23, 28]. На основе микроэлементного состава волос оценивали микроэлемент-ный статус питания [25], а также элементный статус популяции в целом [2]. Практически во всех исследованиях использовались усредненные оценки содержаний элементов в волосах, причем выборки, по которым происходило усреднение, составляли сотни человек. Это обезличивает и огрубляет полученные результаты до такой высокой степени, что ограничивает ценность частных исследований проблемами глобального характера [29].
Вместе с тем существуют веские причины методического и аналитического характера, в силу которых результаты микроэлементного анализа волос невозможно использовать в качестве однозначного индикатора экологического воздействия на организм или медицинского диагностического критерия [3, 12, 23, 26, 27]. Многолетними исследованиями установлено, что содержание микроэлементов в волосах зависит от целого ряда факторов: возраста человека, массы его тела, цвета волос, пола, питания, географических и геохимических особенностей места проживания, наличия профессионального воздействия, особенностей состояния здоровья человека, применяемых средств по уходу за волосами и т. д. [12, 23, 27]. Кроме того, при интерпретации микроэлементного состава волос следует учитывать неравномерное распределение микроэлементов по длине волоса. Это связано с тем, что общее содержание микроэлементов в волосах складывается из элементов эндогенного и экзогенного происхождения [12]. Микроэлементный статус организма отражается в содержании элементов эндогенного происхождения, элементы экзоген-
Несмотря на многолетнюю историю изучения микроэлементного состава волос, не существует научно обоснованного подхода к его использованию в экологических и медицинских исследованиях. Это связано с тем, что на содержание микроэлементов в волосах влияет множество факторов различной природы, и при слабовыраженном внешнем воздействии элементов на человека их вклад становится сопоставимым с экологической (медицинской) составляющей, а интерпретация полученных результатов - неоднозначной. Систематического изучения поведения микроэлементов в волосах по их длине не проводилось. Нами исследовано распределение концентраций широкого спектра элементов по длине волос у детей при минимальном воздействии на них окружающей среды. Охарактеризованы основные факторы, влияющие на микроэлементный состав волос. Выявлено увеличение интенсивности сорбции сурьмы и серебра в темных волосах по сравнению со светлыми и зависимость сорбции элементов волосами от размера их ионов.
В максимальной степени сорбируются ионы с размером в интервале 0,9-1,3 А. Предложена схема использования микроэлементного состава волос в экологических и медицинских исследованиях. Ключевые слова: микроэлементы, волосы, распределение по длине.
ного происхождения «размывают» картину по мере увеличения их относительного содержания. Показано, что в ситуациях, близких к экологическому бедствию, распределение элемента по длине волоса соответствует времени и уровню его токсического воздействия на человека [13, 23]. При отсутствии яркой выраженности внешнего воздействия вклады элементов эндогенного и экзогенного происхождения становятся сопоставимыми и трудно различимыми. В этих условиях литературные данные по распределению элементов по длине волоса противоречивы [14, 16, 22], а мировые сводки по микроэлементному составу волос показывают, что интервалы концентраций для одного и того же элемента в волосах здоровых людей достигают нескольких порядков [3]. Между тем именно исследования низкоуровневых воздействий микроэлементов представляют особый интерес для медико-биологических и экологоэпидемиологических исследований, проводимых среди непрофессионального населения. Приходится признать, что, несмотря на многочисленные данные по микроэле-ментному анализу волос, до сих пор не существует научно обоснованного подхода к их использованию в подобных исследованиях.
Целью данной работы является изучение «фонового» распределения элементов по длине для определения возможности и способа использования микроэлементного состава волос в экологомедицинских исследованиях непрофессионального (детского) населения в условиях слабо выраженных внешних воздействий этих элементов. При этом решались следующие задачи:
1. Исследование распределения широкого спектра элементов по длине детских волос, в наименьшей степени подверженных различным воздействиям со стороны окружающей среды.
2. Изучение зависимости распределения микроэлементов по длине волоса от их химических свойств, а также свойств волоса.
3. Характеристика вклада основных факторов, влияющих на микроэлементный состав волос.
Отбор и подготовка проб к анализу
Пряди волос длиной 24 — 32 см отбирали с затылочной части головы (девочки, европейский тип, 6—11 лет) и помещали в чистый герметический пластиковый пакет с фиксатором-застежкой. Затем волосы разрезали на сегменты длиной 4 см и маркировали как отдельные образцы. Для отмывки волос от внешнего загрязнения (пыль, пот и т. д.) применяли методику, затрагивающую эндогенные и экзогенные элементы волос в минимальной степени [23]. Условия минимального поступления элементов в волосы из внешней среды обеспечены исследованием волос здоровых детей, живущих в «чистых» районах.
Определение концентраций Na, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As, Se, Br, Ag, Sb, Au, Hg проводили методом ИНАА [16]. Образцы волос (200—300 мг)
облучали тепловыми нейтронами в вертикальных экспериментальных каналах реактора ИРТ МИФИ в потоке 1 х 1013 н/см2 , сек. Для измерения наведенной активности использовали детектор из сверхчистого германия марки GEM HPGe (ORTEC, США) с энергетическим разрешением 1,9 кэв по линии 60Со 1 332 кэв.
Для измерения концентраций элементов Ag, Al, As, Au, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sn, Sr, Zn использовали масс-спектрометр PerkinElmer SCIEX ELAN 6000 (PerkinElmer, США). Для минерализации навеску образца 100—300 мг помещали в тефлоновый стакан, приливали 3 мл азотной кислоты (осч), выдерживали при комнатной температуре в течение 2—3 часов и затем 40 минут при 120 0С в микроволновой печи MDS-2000 (CEM, США). После охлаждения минерализат разбавляли до 100 мл деионизованной водой (Millipore Milli-Q 185, Bedford, США). Для приготовления исходного смешанного стандартного раствора использовали стандартные растворы отдельных элементов производства фирмы MERK.
Контроль правильности полученных результатов в каждой партии образцов осуществлялся путем анализа стандартных образцов состава волос: GBW 07601, GBW 09101 (Китай). Результаты анализа стандартных образцов приведены в табл. 1.
В процессе статистической обработки результатов анализа рассчитывали среднее арифметическое содержаний каждого элемента в отдельных сегментах волос. Поскольку для расчетов не принимались значения концентраций ниже предела определения, выборки, по которым проводили усреднение содержаний элемента в каждом сегменте, различаются. Доверительный интервал среднего значения рассчитывали с использованием статистики малых выборок (t-распределение, р = 0,05). Сравнение дисперсий средних содержаний элемента в разных сегментах проводили попарно с помощью F-критерия — F01(f1_f2) [6. С. 93]. Средние содержания элемента в разных сегментах сравнивали также попарно с использованием t-критерия — t01(f) [6. С. 159].
Нормирование проводили на содержание элемента в прикорневом (от 0 до 4 см) участке волоса. Полученные зависимости аппроксимировали по методу наименьших квадратов. Величину квадрата смешанной корреляции, отражающую близость значений линии тренда к фактическим данным, рассчитывали по формуле
где у — фактические данные; у — теоретическое значение, рассчитанное в линии тренда.
Расчеты и построения проводили с использованием программы Microsoft Excel.
Результаты анализа стандартных образцов состава волос
Эле- мент GBW09101 Атт. GBW 07601 Атт.
А1 12,9±2,0 13,3 3200+300 н.атт.
As 0,43+0,05 0,59 0,32+0,04 *0,25+0,04 0,28
Аи <0,07 н.атт. <0,07 (0,0025)
Ва 6,8+0,4 (5,41) 16,4+1,0 17
Bi <0,1 н.атт. 0,27+0,08 0,34
Вг н.опр. н.атт. *0,44+0,05 0,36
Са 960+100 1090 2600+300 *2600+410 2900
Cd 0,090+0,01 0,095 0,12+0,01 0,11
Со 0,15+0,02 0,135 0,063+0,01 *0,077+0,01 0,071
Сг 4,7+0,8 4,77 0,37+0,06 *0,38+0,05 0,37
Си 24,7+2,0 23,0 9,9+0,8 10,6
Ре 68+8 71,2 46+7 *51+6 54
И§ н.опр. н.атт. *0,32+0,06 0,36
Мё 92+9 105 340+30 360
Мп 2,9+0,2 2,94 6,2+0,4 6,3
№ 270+20 266 147+10 *162+15 152
БЬ н.опр. н.атт. *0,093+0,01 0,095
Бс н.опр. н.атт. *0,008+0,001 0,008
Бе <0,8 0,58 0,55+0,1 *0,55+0,1 0,60
Бп 0,32+0,3 н.атт. 0,14+0,02 н.атт.
Бг 4,6+0,3 4,19 24+1 24
2п 195+15 189 183+15 *173+19 190
Примечания: для элементов, помеченных звездочкой, приведены результаты ИНАА, для элементов без звездочки — ИСП-МС; условные обозначения: атт. — аттестованное значение, н.атт. — не аттестовано, н.опр. — не определялось.
В табл. 2 приведены средние концентрации элементов в образцах волос и выборка по каждому элементу. Видно, что содержание большинства элементов увеличивается от проксимальной к дистальной части волоса. Однако применение 1-критерия показывает статистически незначимое различие между средними содержаниями в разных сегментах волос для ряда элементов, в том числе для Sг, А1, Си — по всей длине волоса. Именно поэтому наиболее интересным представляется индивидуальное поведение элементов в отдельных образцах волос.
На рис. 1—3 приведено нормированное распределение по длине волоса элементов, наиболее интересных с точки зрения экологических проблем .
М^, Са, Ва, Sг, РЬ, Cd, Мп, В^ Sn, Аи характеризуются возрастающим распределением во всех проанализированных образцах (см. рис. 1).
16-20 20-24 24-28 2*-3:
Рис.1. Нормированное распределение Мё, Са, РЬ, Cd, Мп, Бг по длине волос
Ag, Бс, Fe, №, Сг, Со, БЬ, №, А1, Бе, 2п возрастают в одних образцах волос и распределены равномерно в других (см. рис. 2). Содержание Ag, Бс, Fe и N в основном увеличивается от проксимальной
Рис. 2. Нормированное распределение Ре, №, Со, Сг, 2п, Бе по длине волос
Усредненные содержания микроэлементов в образцах волос, мкг/г
Образец, см Ag Al As Au Ba Br Ca Cd Co Cr Cu Fe Hg Mg Mn Na Ni Pb Sb Sc Se Sr Zn
0,27 13,0 0,027 0,049 0,98 4,2 930 0,049 0,083 0,47 13,2 15,6 0,15 69 0,48 32 0,58 0,80 0,015 0,003 0,23 3,1 154
0-4 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
0,31 7,2 0,015 0,10 0,66 3,0 320 0,039 0,040 0,20 6,6 6,0 0,08 39 0,46 12 0,50 0,80 0,005 0,002 0,10 4,0 30
0,47 13,9 0,020 0,076 1,2 3,1 1400 0,066 0,12 0,50 14,5 19,2 0,21 83 0,63 36 0,76 0,93 0,020 0,004 0,26 4,0 157
4-8 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
0,53 7,8 0,012 0,16 0,69 2,8 410 0,040 0,11 0,16 8,5 4,2 0,08 37 0,52 11 0,67 0,54 0,008 0,002 0,14 5,0 31
1,4 14,6 0,027 0,13 1,7 2,3 1700 0,10 0,12 0,61 17,2 27 0,22 125 0,84 48 1,3 1,2 0,022 0,005 0,26 5,7 189
8-12 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
1,7 9,5 0,022 0,26 0,88 1,6 580 0,04 0,09 0,19 12,5 8 0,11 61 0,53 17 1,7 0,79 0,008 0,002 0,14 6,8 44
1,3 15,8 0,023 0,17 2,0 1,7 2100 0,12 0,14 0,72 16,6 34 0,20 142 0,94 47 1,4 1,7 0,025 0,006 0,30 6,2 215
12-16 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
1,4 7,6 0,013 0,30 1,1 0,9 610 0,09 0,07 0,18 11,5 9 0,15 54 0,59 17 1,7 1,4 0,010 0,003 0,14 7,1 53
1,3 16,9 0,021 0,24 2,5 1,6 2200 0,16 0,17 0,72 16,0 31 0,19 175 1,2 50 1,7 2,2 0,036 0,006 0,28 7,3 223
16-20 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
0,9 8,3 0,015 0,34 1,1 0,6 760 0,14 0,12 0,17 10,8 8 0,11 48 0,78 19 1,9 2,0 0,018 0,002 0,11 7,3 47
1,4 18,4 0,026 0,16 2,8 1,4 2500 0,19 0,17 0,66 15,7 32 0,13 196 1,3 53 1,6 2,9 0,032 0,010 0,25 8,1 227
20-24 і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і
1,0 8,4 0,012 0,23 1,4 0,5 830 0,17 0,09 0,09 9,1 10 0,06 38 0,68 23 1,6 3,0 0,023 0,006 0,14 8,1 44
Вы- борка 9 5 6 7 5 7 12 5 10 10 5 11 7 5 5 12 5 5 7 7 8 5 12
к дистальной части волос, а равномерное распределение этих элементов появляется только в одном из проанализированных образцов. Сг, Со и Sb характеризуются меньшей крутизной возрастающих распределений и большей частотой появления равномерного распределения. N8, А1, Se, и 2п в основном распределены равномерно. Их возрастающие распределения имеют минимальную крутизну по сравнению с остальными элементами этой группы.
Во всех образцах мышьяк и медь распределены практически равномерно, содержание брома уменьшается от проксимальной к дистальной части волос. Ртуть в разных образцах имеет равномерное, убывающее и отчетливо инверсионное распределение (см. рис. 3).
04 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28 28-3jjM 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28 28-3^
Рис. 3. Нормированное распределение As, Cu, Br, Hg по длине волос
Обнаружено, что серебро и сурьма сорбируются темными волосами более интенсивно, чем светлыми.
В результате исследования для разных элементов получены возрастающее, равномерное, убывающее и инверсионное распределения по длине различных образцов волос. Частота появления определенного типа распределения приведена на рис. 4. Видно, что преобладает возрастающее распределение, менее чем в половине случаев элементы распределены равномерно, распределение ртути и брома следует рассматривать отдельно.
Рис. 4. Частота появления определенного вида распределения элементов в волосах, (по всем образцам)
Очевидно, что увеличение содержания микроэлементов в волосах происходит за счет их сорбции из внешней среды (экзогенные элементы). Например, измельченные волосы из водного раствора способны сорбировать до 99 % кадмия в проточном режиме [9].
Содержание селена в волосах значительно увеличивается уже после однократного использования лечебного шампуня, содержащего его повышенные (до 140 мг/л) концентрации [17]. При этом более длинные участки волоса контактируют с внешней средой в течение более длительного времени и соответственно содержат повышенные концентрации элементов.
Сорбционные свойства волос обусловлены наличием комплексообразующих группировок аминокислот протеинов, из которых состоит волос. Внешний слой — кутикула — обогащен цистеином и цистином, которые содержат атомы серы, сульфгидрильные, карбоксильные и аминогруппы. Со временем кутикула постепенно разрушается, и становятся более доступными группы аминокислот основного компонента волоса — кортекса. Сгруппированные в волокна и направленные вдоль оси волоса протеины кортекса обогащены карбоксильными группами аспарагиновой и глутаминовой кислот и находятся в аморфном «матриксе», который характеризуется высоким содержанием серы в форме сульфгидрильной группы цистеина. В кортексе содержится также пигмент меланин, являющийся продуктом полимеризации дигидроксииндолкарбоновой кислоты и содержащий функциональные группы хинона, а также карбоксильные и гидроксильные группировки [20].
Интенсивность сорбции зависит от многих обстоятельств. Это степень загрязненности микроэлементами внешней среды, особенности физического состояния волос и их химического состава, особенности поведения и привычек конкретного человека и т. д. Например, на микроэлементный состав волос может влиять частота их мытья. Образующаяся вдоль волоса липидная пленка уменьшает проникновение микроэлементов из внешней среды, и в частности из пота, где они находятся в виде раствора. Шампуни со стандартным составом моющих средств удаляют липиды волос на 80 %, а восстановление липидов на волосах происходит на 3—7-й день после мытья, причем несколько медленнее на дистальной части волоса [20]. Поэтому чем чаще моются волосы, тем меньше липидная защита волос и тем большее количество элементов сорбируется из внешней среды (в том числе из моющих средств во время мытья). Об этом свидетельствует отрицательная корреляция между содержанием липидов и общим количеством катионов в волосах (г = —0,66) [11]. Изменение аминокислотного состава кератина волос происходит под действием ультрафиолетовых лучей [7]. Поэтому волосы людей, живущих на юге с большим количеством солнечных дней, имеют иные сорбционные свойства, чем волосы людей из северных районов. Химическая обработка волос — обесцвечивание и химическая завивка — увеличивает способность волос к сорбции элементов. При этом обесцвечивание волос приводит к уменьшению содержания эндогенных меди и цинка [14].
Такое многообразие факторов, влияющих на микроэлементный состав волос, объясняет противоречивость результатов различных исследований и обусловливает некорректность сопоставления данных разных авторов по распределению микроэлементов по длине волоса и по микроэлементному составу волос в целом [14, 15, 22, 24, 25]. Из перечисленных работ только авторы [22] и настоящей статьи исследовали детские волосы, не подвергавшиеся различным воздействиям (завивки, косметические средства по уходу и т. д.). Сравнение результатов приведено в табл. 3. Выделены элементы, для которых полученные распределения совпадают. Различие можно объяснить недостаточным размером выборок, разной длиной анализируемых образцов, а также применением различных способов отмывания волос от внешнего загрязнения и оценки распределений.
Сравнение распределений элементов по длине волос, полученных разными авторами
(Выделены элементы, для которых распределение совпадает)
Авто- Равно- Убы- Разное
ры мерное ваю- в разных
таю- щее щее образцах
[21] 3 Ca, Сг, ^, №а, Cd, Hg,
N1, Pb, Sc, Sr Fe, Mg, Se, 2п Br Мп, Sb
От 5 до Ba, Ле, Л1,
стоя- (для С4 As, ^ Br Hg, Fe,
щая разных М& №а, N1,
статья элемен- тов) Мп, Pb, Sr Sb, Sc, Se, 2п
Для количественного описания интенсивности сорбции элемента волосами мы приняли тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей его нормированное распределение по длине волоса. Исходя из его среднего значения, вычисленного для каждого элемента по всем образцам, сорбция элементов волосами убывает в ряду Cd >Ли >Ле > Sc > РЬ > Mg > Ва > Мп > Sr > Са > Sb > № > Fe > Сг > Со > №а > Zn > А1 > Se > Си > Лй.
Мы предположили, что лимитирующим в образовании комплекса элемента с аминокислотами протеинов волос должен быть пространственный фактор, т. е. размер ионов элемента, с которыми контактируют волосы в повседневности. Для оценки его влияния на сорбцию элементов волосами отдельного человека были построены зависимости интенсивности сорбции элемента (тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей нормированное распределение элемента) от его размера (рис. 5).
В качестве размера элемента (ось Х) принят радиус его иона с максимально распространенным координационным числом [1]. Полученные зависимости вполне удовлетворительно аппроксимируются параболой. На основании этого рисунка можно предположить, что с большей интенсивностью сорбируются ионы с размерами примерно от 1,0 до 1,3 А.
А1-Ва-Са-С(1-Со-Сг-Си-Ре- М§-Мп-№-РЬ- Бп-Зг-гп-А^
Рис. 5. Зависимость тангенса угла наклона нормированного распределения элементов в образцах волос от радиуса ионов элементов с максимально распространенным координационным числом
Полученное убывающее распределение брома в волосах свидетельствует о его десорбции (улетучивании) с течением времени. Это вполне согласуется с тем фактом, что в условиях контакта с природной водой и водой хозяйственно-бытового назначения (рН 6—8) волосы заряжены отрицательно, поскольку изоэлектрическая точка волос находится при рН 3,5 [27]. Основная часть брома теряется примерно через полгода. Со временем интенсивность десорбции снижается. Через два года содержание брома в волосах составляет примерно 30—50 % от его содержания в начальных участках волоса.
Распределение ртути, скорее всего, отражает разные условия роста различных образцов волос. Очевидно, что убывающее распределение свидетельствует об отсутствии внешнего воздействия ртути на организм: уменьшение ее содержания происходит вследствие десорбции из матрицы волоса. Равномерное распределение может говорить о наличии слабого внешнего воздействия, при котором процесс десорбции ртути уравновешивается процессом ее сорбции извне. И наконец, инверсионное распределение ртути является признаком ее сильного кратковременного воздействия на организм.
Более интенсивная сорбция серебра и сурьмы темными волосами по сравнению со светлыми может говорить о химической связи этих элементов с меланином волос, содержание которого выше в темных волосах и который становится более доступным вследствие ухудшения состояния кутикулы на удаленных участках волоса. Однако строго определить
существование связи сорбции серебра и сурьмы с меланином волос мы не можем, поскольку в нашей работе не определялось содержание меланина в исследованных волосах.
Многообразие факторов, влияющих на микроэле-ментный состав волос, делает очень трудным оценку вклада отдельного фактора в содержание микроэлемента в волосах. Оценить экологическую составляющую возможно при определенной степени внешнего воздействия, что подтверждено литературными данными в случаях, близких к экологическому бедствию [13, 23]. Очевидно, существует пограничная ситуация, определяющая возможность использования микроэлементного состава волос в качестве информативного индикатора внешнего воздействия. По каждому элементу в отдельности в каждом виде исследования — экологическом, медицинском, токсикологическом — эта ситуация должна характеризоваться как уровнем его внешнего воздействия, так и его соответствующим содержанием в волосах. Описание этих ситуаций на количественном уровне — как предельные или ориентировочные допустимые концентрации элементов в волосах — является предметом дальнейших исследований.
В экологических исследованиях оценивается общая нагрузка токсичных элементов на организм. Эту нагрузку отражает содержание элементов в волосах независимо от их происхождения — эндогенного или экзогенного, поэтому вполне допустимо анализировать целую прядь волос. Для возможности последующего корректного сопоставления результатов между собой длина прядей разных образцов должна быть одинаковой. При этом результаты анализа будут характеризовать период воздействия, продолжительность которого зависит от длины волоса. Участок длиной в 1 см является интегральной характеристикой примерно двухмесячного промежутка времени: скорость роста волос — около 1 см в месяц плюс примерно 3 недели до его появления на поверхности кожи [7]. Каждый дополнительный сантиметр увеличивает продолжительность характеризуемого периода на месяц, т. е. сегмент длиной 3 см (наиболее часто анализируемая длина волос) характеризует прошедшие 4 месяца. Чем больше продолжительность характеризуемого периода, тем больше неопределенности в интерпретации результатов. В частности, увеличивается вероятность случайного события, влияющего на состояние волос пациента, которое не связано с воздействием внешней среды (например, заболевание, требующее приема лекарств, содержащих микроэлементы витаминов, и др.).
Учитывая сорбцию элементов волосами из внешней среды, для оценки состояния здоровья человека необходимо исследовать распределение микроэлементов по длине волоса и экстраполировать полученную зависимость в нулевую точку. В первую очередь это относится к элементам, для которых получено возрастающее распределение — РЬ, Sr, Са, Ва, Аи и др. Найденное таким способом содержание элемента
наилучшим образом отражает микроэлементный статус организма за минимальный предшествующий период времени.
1. Бингам Ф. Т. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / Ф. Т. Бингам, М. Коста, Э. Эйхенбергер ; ред.: Зигель Х., Зигель А. — М. : Мир, 1993. — 368 с.
2. Демидов В. А. Оценка элементного статуса детей Московской области при помощи многоэлементного анализа детей / В. А. Демидов, А. В. Скальный // Микроэлементы в медицине. — 2001. — Т. 2, № 1. — С. 46—55.
3. Зайчик В. Е. Некоторые методологические вопросы медицинской элементологии / В. Е. Зайчик, Н. А. Агаджанян // Вестник восстановительной медицины. — 2004. — Т. 9, № 3. - С. 19-23.
4. Ильченко И. Н. От разработки и внедрения методик биохимического и нервно-психического тестирования к созданию системы ранней диагностики и профилактики эколого-зависимых изменений здоровья детей, обусловленных воздействием тяжелых металлов / И. Н. Ильченко, А. И. Вялков, Л. Е. Сырцова и др. // Гигиена и санитария.
- 2007. - № 6. - С. 70-74.
5. Любченко П. Н. Скрининговые методы для выявления групп повышенного риска среди рабочих, контактирующих с токсичными химическими элементами : методические рекомендации МР 7-2/23-3129 / П. Н. Любченко, Б. А. Ревич, Н. И. Левченко. - МЗ СССР, 1989. - 22 с.
6. Налимов В. В. Применение математической статистики при анализе вещества / В. В. Налимов. - М. : Физматгиз, 1960. - 430 с.
7. Павлова А. З. Волосы человека : учебное пособие / А. З. Павлова. - Чебоксары, 1998. - 32 с.
8. Ревич Б. А. Экологическая эпидемиология / Б. А. Ре-вич, С. Л. Авалиани, Г. И. Тихонова. - М. : Изд. центр «Академия», 2004. - 384 с.
9. Al-Hashimi A., Krishnan S. S., Jervis R. E. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Articles. - 1992.
- Vol. 161, N 1. - P. 171-180.
10. Bencko V. // Toxicology. - 1995. -Vol. 101. -P. 29-39.
11. Brochart M. // The hair as an indication of macro-and trace element supply : Satellite symposium. International Conference on Feed Additives Proceeding, Budapest 9 July, 1981. - Vol. 3. - P. 23-30.
12. Chatt A. Hair Analysis. Applications in the Biomedical and Environmental Sciences / A. Chatt, S. A. Katz. - N. Y., 1988. - 129 p.
13. Chatt A., Secord C. A., Tiefenbach B. and Jervis R. E. // Hair, Trace Elements, and Human Illness / Eds.: Brown A. C., Grounse R. G. - N. Y., 1980. - P. 46-73.
14. Clarkson T. W. Biological Monitoring of Toxic Metals / T. W Clarkson, L. Friberg, G. F. Nordberg, P. R. Sager (eds.). - N. Y., 1988. - 686 с.
15. Dybczynski R., Boboli K. // Journal of Radioanalytical Chemistry. - 1976. - Vol. 31, N 1. - P. 267-289.
16. Gorbunov A. V., Gundorina S. F., Onischenko T. L., Frontasyeva M. V. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 1989. - Vol. 129, N 2. -P 443-451.
17. LeBlanc A., Dumas P., Lefebvre L. // The Science of the Total Environment. - 1999. - Vol. 229. - P. 121-124.
18. Linsheng Y., Wuyi W., Shaofan H., et al. // Environmental Geochemistry and Health. - 2002. - Vol. 24.
19. MacPhersona A. U, Bacso J. // The Science of the Total Environment. - 2000. - Vol. 255. - P. 11-19.
20. Orfanos C. E. Hair and Hair Diseases / C. E. Orfanos, R. Happle (eds.). - N. Y., 1989. - 1057 p.
21. Ren Y., Zhang Z., Ren Yu., et al. // Talanta. - 1997.
- Vol. 44. - P. 1823-1831.
22. Rodushkin I., Axelsson M. D. // The Science of the Total Environment. - 2000. - Vol. 250. - P. 83-100.
23. Ryabukhin Y. S. // Hair, Trace Elements, and Human Illness / eds.: Brown A. C., Grounse R. G. - N. Y., 1980.
24. Sera K., Futatsugawa S., Murao S. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Research B. - 2002. - Vol. 189. -P. 174-179.
25. Takagi Y., Matsuda S., Imai S., et al. // Bull. Environ. Contam. Toxicol. - 1986. - Vol. 36, N 6. - P. 793-800.
26.Toro E. C., Goeij J. J. M., Bacso J., et al. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Articles. - 1993.
- Vol. 167, N 2. - P. 413-421.
27. Wortmann F.-J., Gotsche M., Schmidt-Lewerkuhne H. // International Journal of Cosmetic Science. - 2004. - Vol. 26. - P. 61-69.
28. Yulin R., Zhuoyong Zh., Yuqiu R., et al. // Talanta.
- 1997. - Vol. 44. - P. 1823-1831.
29. Zhuk L. I., Kist A. A. // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Articles. - 1993. - Vol. 174, N 1.
USE OF MICROELEMENTS HAIR COMPOSITION IN ECOLOGICALAND MEDICAL INVESTIGATIONS
O. I. Okina, S. M. Lyapunov, A. V. Gorbunov
Geological Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow
Despite of long-term history of studying of microelement composition of hair there is no scientifically valid approach of its use in ecological and medical researches till now. The content of microelements in hair depends from many factors of different nature. At exposure of low level on the person the contributions of these factors and ecological (medical) factors become comparative, and interpretation of microelement hair composition is ambiguous. There is not regular study of microelements’ behavior in hair up to present time. In the present work a distribution of wide elements spectrum along length of children hair is investigated at absence of their external influence. The major factors influencing microelement hair composition are characterized. The increase in sorption intensity for antimonies and silver in dark hair in comparison with blond hair is found out. The dependence of element sorption by hair from the size of their ions is revealed. There is maximum sorption for elements with an ion size in an interval 0,9-1,3 A. The optimal scheme of microelement hair composition’s use in ecological and medical researches is offere .
Key words: microelements, hair, distribution along hair length.
Окина Ольга Ильинична - старший научный сотрудник Геологического института РАН