В последние годы актуальность исследования обмена биогенных химических элементов существенно возрастает, что связано с тем, что накапливается все больше научных данных об их участии в патогенезе развития соматической патологии. Результаты научных исследований, кроме всего прочего, позволяют рассматривать нарушения биоэлементного статуса организма или микроэлементозы как один из факторов риска снижения адаптационно-приспособительных механизмов. Необходимость сохранения оптимального биоэлементного гомеостаза существенно возрастает у лиц, профессиональная деятельность которых сопряжена с повышенными требованиями к адаптационным резервным возможностям организма. К данной профессиональной группе с полным основанием можно отнести сотрудников МЧС России – спасателей и пожарных, труд которых характеризуется длительными нервно-эмоциональными нагрузками в условиях оперативного ожидания, необходимостью принятия решений при дефиците информации и времени, наличием стресс-факторов при проведении боевых действий, комплексным воздействием спектра вредных физических, химических факторов. У пожарных, в условиях высокой вероятности химической интоксикации, в том числе солями тяжелых металлов, необходимость поддержания биоэлементного гомеостаза является аксиомой.
Для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, введено понятие микроэлементозов.
Данные различных исследователей указывают на то, что дефицит жизненно необходимых элементов (селена, цинка, железа, йода, марганца) и избыток токсичных (ртути, свинца, мышьяка, никеля) способствуют росту злокачественных новообразований, увеличению лимфопролиферативных заболеваний, хронических инфекций, аутоиммунных и дегенеративными заболеваний.
Современные методы аналитической химии позволяют количественно определять содержание в пробах биологического материала большинства элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева с высокой точностью и чувствительностью.
Химические элементы содержатся в биологических субстратах в весьма малых концентрациях, поэтому для определения малых доз элементов необходимо использование высокочувствительных инструментальных методов анализа. Основные требования, предъявляемые к методу – сочетание низких пределов обнаружения, высокая чувствительность и селективность. В настоящее время для определения элементов в биомедицинских образцах все большее распространение получает метод масс-спектроскопии с индуктивносвязанной плазмой (ИСП-МС).
При работе любого ИСП-МС прибора обычно используют обзорный режим, который позволяет определять элементы во всем диапазоне масс. Это очень важно, поскольку все элементы в организме взаимодействуют в соответствии с физико-химическими законами, антагонистично или синергично, следовательно, полную информацию о биоэлементном статусе можно получить только при многоэлементном анализе.
Важным является выбор биосубстрата для анализа. Химические вещества накапливаются в различных биологических средах. Одним из биохимических маркёров, который не реагирует на кратковременные изменения в питании и способен отражать картину обеспеченности химическим элементами организма на протяжении нескольких месяцев, является спектральный анализ волос. Точность оценки определяется скоростью роста волос, влиянием факторов окружающей среды, пробоподготовкой и качеством анализа.
В сравнении с анализом крови или мочи элементный анализ волос имеет много преимуществ, среди которых высокая концентрация элементов в волосах, неинвазивность забора проб, удобство при хранении и транспортировке.
Очевидны преимущества использования элементного анализа волос в гигиенических исследованиях, в диагностике донозологических состояний и раннем выявлении патологических изменений в организме.
Во ВЦЭРМ было проведено исследование, в которое были включены 320 сотрудников ФПС МЧС России, возраст которых варьировал в диапазоне от 20 до 40 лет. Для выявления возможного влияния территории проживания и особенностей работы пожарных проведено сопоставление результатов исследования в зависимости от региона.
В качестве критериев оценки обеспеченности организма эссенциальными химическими элементами и отягощенности токсичными использовали референтные интервалы для взрослого населения, полученные на основе международных норм и собственных данных.
У всех лиц, включенных в исследование, определяли содержание 30 биоэлементов в пробах волос методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). В частности, исследовали концентрацию серебра (Ag), алюминия (Al), мышьяка (As), бора (B), бария (Ba), бериллия (Be), кальция (Ca), кадмия (Cd), кобальта (Co), хрома(Cr), цезия (Cs), меди (Cu), железа (Fe), ртути (Hg), йода (I), калия (K), лития (Li), магния (Mg), марганца (Mn), молибдена (Mo), натрия (Na), никеля (Ni), фосфора (P), свинца (Pb), рубидия (Rb), селена (Se), стронция (Sr), талия (Tl), ванадия (V), цинка (Zn).
Дополнительно с целью оценки поступления токсичных элементов в организм сотрудников ФПС в процессе непосредственного пожаротушения, у пожарных Северо-Западного региона проводили количественное определение содержания Cd в сыворотке крови и результаты анализировали в сопоставлении с датой последнего выезда.
При оценке биоэлементного статуса независимо от региона проживания, медианы содержания йода, селена и кобальта в волосах пожарных были ниже границ референтных интервалов – дефицит йода выявлен у 67% пожарных, кобальта – 70,5%, селена – у 49 %.
Помимо дефицита селена, йода и кобальта, наблюдаемого во всех регионах, у пожарных Центрального региона выявлено снижение в волосах цинка (у 29% обследованных), магния (27%) и кальция (21%). В Северо-Западном регионе – цинка (у 38%), магния (35%) и кальция (31%). Других региональных особенностей дефицита биоэлементов выявлено не было.
Следует отметить, что у обследованных в Южном регионе отмечалось превышения уровня жизненно необходимых элементов, таких как медь (23%), натрий (27%) и калий (29%). Высокий уровень меди, возможно, связан с геохимическими особенностями данного региона. Повышенный уровень биоэлементов – натрия и калия, по-видимому, вызван особенностями водно-солевого обмена в жарком климате.
Для интегральной оценки значимости дефицита отдельных элементов в зависимости от региона проживания и работы был использован ранговый показатель. В целом, по результатам рангового анализа перечень дефицита жизненно необходимых биоэлементов у пожарных вне зависимости от места проживания был следующим (по мере убывания дефицита): йод, кобальт, селен, магний, цинк, кальций. По степени обеспеченности эссенциальним элементами у пожарных, регионы можно расположить в следующем порядке (по мере убывания): Южный, Уральский, Северо-Западный, Центральный, Приволжский.
В соответствии с полученными данными, в пробах волос всех обследованных пожарных выявлено избыточное содержание таких токсичных элементов, как никель (22%), кадмий (18%), серебро (17%), мышьяк (13%), алюминий (10%), свинец (10%) и стронций (9%).