Значення мікроелементозів і змін умісту окремих мікроелементів для клінічної практики

У передмові до книги «Химическая безопасность в Украине» Ю.І. Кундієв та І.М. Трахтенберг запитують:
«Чи передбачали вчені сучасні хвороби цивілізації, екологічну патологію, виробничо зумовлені захворювання?» І далі продовжують: «Видатний геохімік і перший президент Української академії наук В.І. Вернадський попереджав, що виробнича діяльність сучасної людини буде суттєво впливати на її хімічне оточення». Сьогодні можна стверджувати, що порушення хімічної рівноваги у біосфері ускладнює перебіг і навіть зумовлює велику кількість захворювань.

Останнім часом у літературі все частіше робиться акцент на погіршанні стану здоров’я дитячого населення. Звертають на себе увагу зменшення кількості дітей І та ІІ груп здоров’я, збільшення кількості дітей, які часто хворіють, поширення несприятливих фонових станів та деяких захворювань. Зазначена тенденція особливо характерна для дитячого населення великих промислових центрів. В основному вона зумовлена переважанням техногенних змін над адаптаційними можливостями організму дитини, надлишковим надходженням важких металів і недостатнім – есенціальних хімічних сполук. Існують місцевості, які характеризуються певними змінами вмісту хімічних елементів у навколишньому середовищі, воді, продуктах харчування тощо. Усе це сприяє порушенню обміну окремих хімічних елементів в організмі людини, виникає надлишок, недостатність, або дисбаланс хімічних сполук, що тягне за собою низку патологічних змін, більш виражених у дітей (А.П. Авцын и соавт., 1991; Ю.И. Кундиев, И.М. Трахтенберг, 1991, 2007; Ю.Е. Сает, 1991; Г.А. Бабенко, 2001; А.В. Скальный, 2004, 2005; Д.А. Вологжанин и соавт., 2005; О.М. Лук’янова та співавт., 2008; Ю.В. Марушко та співавт., 2008; H.Y. Sanstcad, 1991; J.L. Beard., 2001; N.C. Andrews, 2003; K.H. Ibs, L. Rink, 2003).
За класифікацією, що ґрунтується на кількісній ознаці, хімічні елементи, які надходять до організму людини, розподіляються на три групи відповідно до величини їх умісту в організмі (А.В. Скальный, 2004, 2005):
• макроелементи: Са, Р, К, Na, S, C1, Mg;
• мікроелементи: Fe, Zn, F, Mo, Cu, Br, Si, J, Mn, Al, Pb, Cd, B, Rb;
• ультрамікроелементи: Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh.
Отже, в організмі людини хімічні елементи знаходяться у різній кількості. Крім того, вміст сполуки може певним чином варіювати залежно від стану навколишнього середовища, раціону харчування, умов праці конкретної людини. Тому була запропонована інша класифікація, яка ґрунтується на біологічній ролі елемента та широко використовується у фізіології, біохімії та нутриціології. Згідно з нею мінеральні елементи розподіляються на:
– життєво необхідні (біогенні, есенціальні елементи);
– вірогідно (умовно) необхідні (умовно есенціальні елементи);
– елементи з мало вивченою або невідомою роллю.
Наведена класифікація умовна – кожний елемент може мати токсичну дію, яка залежить від його надходження і концентрації у тканинах організму.
Сьогодні все частіше звертають на себе увагу такі стани, як мікроелементози. За визначенням академіка РАМН А.П. Авцина та співавт. (1983), мікроелементози – це патологічні процеси, викликані дефіцитом, надлишком або дисбалансом макро- та мікроелементів.
Відомі такі історичні дані щодо мікроелементозів. Так, ще у стародавньому Китаї вперше описаний йододефіцитний зоб, який лікували витяжками з морських водоростей та щитоподібних залоз домашньої худоби. Надалі опис впливу окремих сполук на стан здоров’я людей та тварин носив епізодичний та несистематизований характер. Поштовхом для вивчення значення хімічних елементів стало відкриття вітамінів та амінокислот. У другій половині XIX століття доказано вплив елементів, що містяться в організмі людини в надмалій кількості, на перебіг фізіологічних процесів: йоду (A. Chatin, 1852; E.J. Bauman; 1896) та цинку (К.А. Тимірязєв, 1871; J. Raulin, 1869). Згідно з G.N. Schrauzer до 1957 р. усі відкриття мікроелементозів носили випадковий характер або були наслідком локальних спалахів незрозумілих хвороб сільськогосподарських тварин, а з другої половини XX століття дослідження стали експериментальними та систематизованими. Великий внесок у вивчення ролі хімічних елементів зробили В.І. Вернадський, А.П. Виноградов, В.В. Ковальський, E. Underwood та інші. Першим експериментальним методом вивчення мікроелементозів стали високоочищені дієти для піддослідних тварин, а з 20-х років XX століття став доступним метод емісійної спектрографії, що дозволив порівняти склад ґрунтів та тваринних тканин з різних геохімічних зон. Зараз для визначення елементного складу використовують атомно-абсорбційну спектрометрію, атомно-емісійну спектрометрію з індуктивно-зв’язаною плазмою та фотометричні методи в інфрачервоному спектрі або видимому й ультрафіолетовому спектрі. Про масштаби досліджень, пов’язаних з вивченням впливу обміну мікроелементів на стан здоров’я людини, свідчить факт видання спеціалізованих журналів, присвячених цій тематиці: з 1984 р. видається щоквартальний міжнародний журнал Trace Elements in Medicine, з 1987 р. – J. Trace Elements and Electrolytes in Health and Disease, з 1988 р. – J. Of Trace Elements in Experimental Medicine, а з 2000 р. – російський журнал «Микроэлементы в медицине».
Серед захворювань, етіологія яких пов’язана з дисбалансом хімічних елементів, одними з першими були виділені:
• Уровська хвороба (хвороба Кашина-Бека), пов’язана з надлишком стронцію. Виявлена в мешканців Забайкалля, вона проявлялася підвищеною ламкістю та болем в кістках.
• Зареєстрована у мешканців Японії хвороба «ітай-ітай», що виникає за умов високого вмісту кадмію в питній воді.
• Хвороба «вигнутої спини» в ягнят Англії, пов’язана з підвищеним умістом цинку і свинцю в ґрунті та рослинах.
• Марганцевий паркінсонізм у мешканців Нової Зеландії та Австралії, викликаний хронічною марганцевою інтоксикацією. Серед аборигенів Нової Зеландії також дуже поширеною була злоякісна перніціозна анемія, викликана низьким умістом у воді та продуктах харчування кобальту – кофактора вітаміну В12.
До мікроелементозів відносяться також хвороба Кешана (серцева недостатність та «бичаче серце» у разі дефіциту селену), хвороба Мінамати (інтоксикація ртуттю після вживання забруднених морепродуктів) і навіть «хвороба любителів пива» (збільшення щитоподібної залози внаслідок надходження з деякими сортами пива надлишку кобальту).
Серед промислових та професійних мікроелементозів відомі йоккаїцька астма (викликана забрудненням повітря оксидами сірки), хімічна чернівецька хвороба (вірогідно, внаслідок дії талію), талієва алопеція, литейна лихоманка (берилій), алергія куховарок (нікель), бромізм, меркуріалізм, металоконіози – хвороби легень, зумовлені вдиханням пилу сполук деяких металів – берилію (бериліоз), заліза (сидероз), алюмінію (алюміноз), барію (баритоз) та багато інших (А.В. Скальный, 2004; Ю.И. Кундиев, И.М. Трахтенберг, 2007).
Роль деяких мікроелементів (МЕ) у формуванні таких поширених хвороб та станів, як атеросклероз та ішемічна хвороба серця (ІХС), алергічні захворювання, гастродуоденіт, певні злоякісні новоутворювання, наголошувалася та розкривалася в дослідженнях уже давно. Кількість інформації про вплив мікроелементів на навколишнє середовище продовжує збільшуватися: доведена наявність біогеохімічних провінцій з дефіцитом селену на території Китаю, що є ендемічним ареалом для ІХС. У Йорданії виявлено територію з низьким умістом хрому в воді та хронічною гіперглікемією у населення. Під час вивчення патогенезу атеросклерозу виявлено, що у всіх хворих з цією патологією наявний дефіцит цинку та ванадію, і клінічно доведено ефективність застосування біотичних доз цинку в нормалізації обміну ліпопротеїдів (Н.А. Ноздрюхіна та співавт., 1985; Г.А. Бабенко, 2001; А.В. Скальный, 2004).
Мікроелементи беруть участь у формуванні ендемічних і неендемічних захворювань ендокринної системи: виявлені специфічні порушення обміну цинку та хрому при цукровому діабеті (цинк входить до складу та регулює активність молекули інсуліну, хром бере участь у зв’язуванні гормону з рецепторами клітинних мембран). Експериментально доведена участь марганцю в дозріванні яйцеклітин і цинку в сперматогенезі та функціонуванні клітин Лейдига.
Існують генетично зумовлені захворювання, пов’язані з порушенням обміну мікроелементів. До них належать:
• хвороба Вільсона-Коновалова (мідний токсикоз, гепатолентикулярна дегенерація) – захворювання з аутосомно-рецесивним типом наслідування, зумовлене синтезом білка з підвищеною спорідненістю до Cu;
• хвороба Менкеса (хвороба кучерявого волосся) – порушення всмоктування і транспорту міді, яке супроводжується дефіцитом церулоплазміну. Розвивається внаслідок дефекту гена, що має рецесивний зчеплений з Х-хромосомою тип наслідування;
• ентеропатичний акродерматит (синдром Данбольта-Клосса, синдром Брандта) – аутосомно-рецесивне захворювання, зумовлене порушенням процесів всмоктування в кишечнику за рахунок дефіциту цинку та відсутності ферменту олігопептидази;
• гемохроматоз (пігментний цироз печінки, бронзовий діабет, синдром Труазьє-Ано-Шоффара) – аутосомно-домінантна ферментопатія, за якої в тонкому кишечнику всмоктується надлишкова кількість заліза, що депонується в тканинах у вигляді гранул гемосидерину.
Наводимо сучасну класифікацію мікроелементозів ( А.П. Авцын и соавт., 1991).
I. Природні.
1. Природні ендогенні (зумовлені порушенням обміну речовин):
а) вроджені (основна причина – мікроелементози у матері, рідше – генна патологія);
б) спадкові.
2. Природні екзогенні – притаманні людям, які проживають у певній геохімічній зоні, де хімічний склад їжі значною мірою відображає особливості мікроелементного складу ґрунту, повітря, питної води (наприклад, в Україні близько 27% населення проживає в районах з ендемічною йодною недостатністю), і викликані:
а) дефіцитом МЕ;
б) надлишком МЕ;
в) дисбалансом МЕ.
II. Техногенні – пов’язані з виробничою діяльністю людини хвороби та синдроми, викликані надлишком певних МЕ та їх сполук.
1. Промислові та професійні (безпосередньо в зоні виробництва).
2. «Сусідні» ( поруч з виробництвом).
3. Трансгресивні (значно віддалені від виробництва, зумовлені повітряним або водним перенесенням МЕ).
III. Ятрогенні.
1. Викликані дефіцитом МЕ.
2. Викликані надлишком МЕ.
3. Викликані дисбалансом МЕ.
Остання група захворювань пов’язана з деякими лікувальними маніпуляціями (діаліз), лікуванням або підтримуючою терапією (наприклад, повним парентеральним харчуванням) препаратами, незбалансованими за мікроелементним складом. Так, у літературі описано хронічну гіперглікемію, що розвивається внаслідок зниження забезпеченості хромом у хворих, які довгий час знаходяться на парентеральному харчуванні; діалізну енцефалопатію у хворих з хронічною нирковою недостатністю внаслідок надходження алюмінію з діалізатної рідини; порушення обміну міді на фоні прийому саліцилатів і препаратів-комплексоноутворювачів, що лежить в основі формування медикаментозних колагенозів унаслідок інактивації мідьзалежної лізилоксидази (Г.А. Бабенко, 2001).
На території України за рівнем техногенного забруднення спостерігають окремі заклади й організації. В останні десятиріччя особливе занепокоєння викликає забруднення атмосфери у промислових зонах. У повітря в ході технологічного процесу можуть потрапляти деякі елементи:
– нікель, ванадій, ртуть (Ni,V, Hg) – переважають у викидах з енергетичних установок;
– хром, марганець, свинець (Cr, Mn, Pb) – присутні у викидах багатьох машинобудівних підприємств;
– свинець і бром (Pb,Br) – характерні для складу повітря, яке забруднене вихлопними газами автомобілів;
– цинк та мідь (Zn, Cu) – наявні у повітрі усіх промислово розвинутих міст.
Великий вплив на формування мікроелементозів чинить якість продуктів харчування. Тому об’єднана комісія продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (Food and Agriculture Organization) та ВООЗ зарахувала до харчового кодексу вісім елементів, уміст яких контролюється при міжнародній торгівлі харчовими продуктами. Це ртуть, кадмій, свинець, миш’як, стронцій, цинк, залізо (Hg, Cd, Pb, As, Sr, Zn, Fe).
Дослідженнями науковців встановлено деякі зміни вмісту певних хімічних елементів у грунті, сільськогосподарських культурах («Гігієна населених місць», 2000).
На розвиток мікроелементозів на території України вплинула Чорнобильська катастрофа – продукти розпаду урану, наприклад стронцій та цезій, які зберігають радіаційну активність, здатні витісняти інші МЕ та накопичуватися в біологічних середовищах людського організму.
З позицій медичної екології важливим є розуміння закономірностей комбінованої дії різних екзогенних факторів. З’ясувалося підсилення поєднаної дії на організм хімічних речовин та іонізуючої радіації. Це націлює дослідників на розробку відповідних заходів профілактики (Ю.И. Кундиев, И.М. Трахтенберг, 2007).
У наш час дуже важко ізольовано визначити техногенні та природні причини розвитку мікроелементозів – промислова розробка родовищ таких елементів, як марганець, ртуть та ін., додає до природного підвищення вмісту МЕ у ґрунті забруднення ними води та повітря. В Україні визначають декілька геохімічних зон та осередків мікроелементозів незалежно від їх етіології. Територія України ендемічна відносно недостатності йоду та розвитку асоційованих з ним захворювань щитоподібної залози, атеросклерозу. Природно-ендемічною зоною флюорозу є лівобережна Україна, особливо Полтавська область. У Львівській області до природно підвищеного вмісту фтору додається техногенний компонент, внаслідок чого виникають локальні осередки флюорозу. Підвищення вмісту цього елемента в питній воді реєструють також у таких населених пунктах, як Арциз і Татарбунари в Одеській області, що пов’язано з тектонічними розломами, та деяких районах Київської області, де техногенне навантаження території призводить до збільшення концентрації фтору в питній воді.
Внаслідок спостереження виявлено «ртутний» регіон Донбасу (м. Горлівка). Під час дослідження стану здоров’я дітей, які проживають у селітебній зоні м. Горлівки, де розташований Микитівський ртутний комбінат, виявлено наявність мікромеркуріалізму, який проявлявся підвищеним умістом ртуті у волоссі, сечі дітей, вищим рівнем захворюваності на ГРЗ, хворобами травного тракту та гепато-біліарної системи, зниженням показників фізичного розвитку порівняно з дітьми контрольної групи. Поряд з цим у Донецькій області реєструють надлишок міді, що призводить до анемії та зменшення маси тіла.
Описане накопичення молібдену на Поліссі та викликана ним молібденова подагра. Крім того, у 80-х роках минулого століття на цій території було виявлено геопатогенну зону зі значною поширеністю розсіяного склерозу, етіологія якого досі залишається нез’ясованою. Під час аналізу причин було встановлено зв’язок цього захворювання з низьким умістом кобальту, марганцю та бору, причому в степових регіонах України, де вміст названих мікроелементів був нормальним, рівень захворюваності на розсіяний склероз був нижчим (Ю.И. Кундиев, И.М. Трахтенберг, 2007). Такий перелік можна продовжувати.
Зазначені вище зміни переважно пов’язані з накопиченням хімічних елементів, але не менше значення має їх недостатність. Для цього існує багато соціально-економічних, медико-біологічних, екологічних причин; також важливу роль відіграють особливості харчування, наявність хвороб травної системи тощо. Це сприяє розвитку патологічних станів. Так, зниження вмісту цинку, за даними досліджень, здатне викликати пригнічення вироблення
IL-2, зниження активності g-інтерферону; зменшення маси лімфоїдної тканини (тимусу, лімфовузлів, селезінки, мигдаликів) і загальної кількості лейкоцитів, відносної й абсолютної кількості Т-лімфоцитів (особливо Т-клітин хелперів), їх функціональну недостатність; провокувати розвиток атопічних захворювань. Різке зниження вмісту цинку виявлено у дітей, які часто хворіють (Д.А. Вологжанин и соавт., 2005; H.Y. Sanstcad, 1991; K.-H. Ibs, L. Rink, 2003). Нестача міді в організмі (гіпокупремія) новонароджених та грудних дітей проявляється м’язовою гіпотонією, гепатоспленомегалією, порушенням кровообігу, змінами кісткової тканини; у дітей старшого віку негативно впливає на кровотворення і сприяє розвитку залізодефіцитної анемії, підсилює схильність до бронхіальної астми, алергодерматозів, вітиліго, кардіопатій. У разі дефіциту хрому спостерігають периферичні нейропатії, зменшення маси тіла, зниження толерантності до глюкози, підвищення рівня ліпідів у крові, затримку росту, слабкість. За дефіциту кобальту – гіперпігментацію шкіри, дегенеративні зміни в спинному мозку, перніціозну анемію (А.В. Скальный, 2004; І.Г. Таххан, 2007).
Особливо важливим для стану здоров’я є обмін заліза (В.А. Кувшинников и соавт., 2002; А.В. Скальный, 2004; Ю.В. Марушко, О.А. Лісоченко, 2007, 2008, J.L. Beard., 2001; N.C. Andrews, 2002). Існує зворотний зв’язок між значеннями гемоглобіну та рівнем умісту техногенних забруднювачів, зокрема свинцю, у крові дітей (В.А. Кувшинников и соавт., 2002).
Дефіцит заліза призводить до затримки фізичного, нервово-психічного, психомоторного, статевого розвитку, сприяє розвитку синдрому хронічної втоми, впливає на імунний статус, порушує роботу ендокринних залоз, нервової системи, спричиняє збіднення емоційної сфери з переважанням поганого настрою, погіршує роботу травної та серцево-судинної системи, зумовлює збільшення абсорбції важких металів. У результаті наростання гемічної гіпоксемії на тлі пригнічення активності ферментів тканинного дихання прогресують дистрофічні процеси в органах та тканинах.
Останнім часом на території України зростає актуальність проблеми сидеропенічних станів. За даними МОЗ України, поширеність залізодефіцитної анемії (ЗДА) у 1997 р. становила 36,05, у 2000 р. – 35,98, у 2004 р. – 50,2, у 2006 р. – 42,5 на 1 тис. дитячого населення. Захворюваність станом на 2000 р. становила 14,8, в 2006 р. – 16,3 на 1 тис. населення (ЦМС МОЗ України, 2005, 2006, 2007). Причому лише 35-55% анемій у дітей зумовлені виключно дефіцитом заліза, інші мають характер полідефіцитних: з обміном заліза пов’язані близько 10 мікроелементів, серед яких кобальт, цинк, мідь, марганець, нікель найважливіші.
Окрім заліза, для життєдіяльності дитячого організму дуже важливими є йод, мідь, марганець, цинк, кобальт, молібден, селен, хром та інші (А.В. Скальный, 2004). Так, йод, який входить до складу тиреоїдних гормонів, має велике фізіологічне значення та бере участь у регуляції теплоутворення, білкового, жирового та водно-електролітного обміну, диференціюванні клітин і тканин, рості та розвитку дитини, у тому числі й нервово-психічному.
Мідь – мікроелемент антиоксидантного захисту, що входить до складу церулоплазміну, цитохромоксидази, тирозинази, аскорбінази та інших ферментів. Вона бере участь у гемопоезі та метаболізмі заліза, обміні й окисленні аскорбінової кислоти, адреналіну, серотоніну, у регуляції рівноваги біогенних амінів у крові, процесах мієлінізації в нервовій системі. Цей елемент має значення у підтримці нормальної будови сполучнотканинних волокон, впливає на вуглеводний обмін, тканинне дихання. Також мідь має виражені протизапальні властивості, знижує ступінь активності аутоімунних захворювань.
Цинк посідає друге місце після заліза за поширенням в організмі людини та входить до складу більш ніж 300 ферментів, у тому числі алкогольдегідрогенази, ДНК- та РНК-полімераз, фосфатази, дегідрогеназ, карбоксипептидази, ферментів синтезу триптофану та інших. Таким чином, його біологічна роль реалізується шляхом участі в синтезі РНК та білка, гальмуванні вільнорадикального окислення, посиленні процесів поділу і диференціювання клітин і репарації тканин. Крім того, цинк бере участь у формуванні багатьох ланок імунної відповіді та здійснює імуномодулюючий вплив (знижує інтенсивність алергічних проявів). Цинк входить до складу інсуліну, цинкзалежними є адренокортикотропний, соматотропний і гонадотропний гормони. Також цей елемент бере участь у гемопоезі – описані цинкзалежні анемії (Б.М. Венцковський та співавт., 1994; H.Y. Sanstcad,1991).
Марганець входить до складу Mn-залежних супероксиддисмутази та піруваткарбоксилази, бере участь у регуляції вуглеводного (активація гліколізу, посилення гіпоглікемічного ефекту інсуліну) і жирового обмінів, метаболізмі вітамінів групи В, Е, С, холіну, міді. Марганець пов’язаний з синтезом та обміном нейромедіаторів, разом з міддю та цинком забезпечує антиоксидантний захист і стабільність клітинних мембран.
Кобальт входить до складу вітаміну В₁₂, який забезпечує синтез метіоніну, пуринових та піримідинових кислот, бере участь у метаболізмі фолієвої кислоти, регулює обмін білків та нуклеїнових кислот. Крім того, кобальт задіяний у синтезі фосфоліпідів мієлінової оболонки нейронів, лабільних метильних груп й утворенні холіну. Цей елемент сприяє накопиченню в дозріваючих еритроцитах сполук, що багаті на сульфгідрильні групи, тому його недостатність порушує процес поділу та дозрівання клітин еритроїдного ростка. Крім того, сполуки кобальту покращують засвоєння заліза, ретинолу, токоферолу, аскорбінової кислоти (А. Фавье, 2000).
Хром бере участь у вуглеводному обміні шляхом потенціювання дії інсуліну на периферичні клітини та входить до складу низькомолекулярного органічного комплексу – фактору толерантності до глюкози. Також він сприяє збереженню структурної цілісності молекул нуклеїнових кислот, стимулює ліполіз, знижує рівень кортикостероїдів, холестерину та ліпопротеїнів низької щільності, сприяє включенню гліцину, серину, метіоніну та g-аміноізомасляної кислоти до кардіоміоцитів, чим покращує функціонування серцево-судинної системи.
Нікель має ті самі шляхи всмоктування та обміну, що й залізо, мідь і цинк, пролонгує дію інсуліну, посилює виведення кортикостероїдів з сечею, виявляє антагонізм по відношенню до адреналіну, зменшуючи його пресорний ефект. Цей елемент впливає на окислення аскорбінової кислоти, прискорює перехід сульфгідрильних груп у дисульфідні (А.В. Скальный, 2004).
Сьогодні відбувається подальше погіршання екологічної ситуації у містах та селах. Навколишнє середовище чинить негативний вплив на населення, зокрема на дітей. Необхідне подальше вивчення стану здоров’я дітей в умовах екологічного неблагополуччя, у тому числі й за наявності дисмікроелементозів. З цього приводу потрібні періодичні широкомасштабні дослідження багатьох науковців. Певну роботу з цього питання проводить кафедра педіатрії № 3 Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця.
Питаннями профілактики дисмікроелементозів мають займатися не тільки лікарі. Вони носять загальнодержавний характер і полягають у певних змінах принципів виробництва, посиленні контролю за впливом підприємств важкої промисловості на навколишнє середовище, можливо, у перегляді певних санітарно-гігієнічних норм для важких металів та токсичних речовин. Значну увагу необхідно зосередити на харчуванні. Це стосується вибору якісної продукції, підбору оптимального співвідношення макро- та мікронутрієнтів, раціонального застосування медикаментозних вітамінних і мікроелементних препаратів та обмеження немотивованого застосування харчових домішок.

Список літератури знаходиться в редакції.