ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей экологии человека является изучение влияния окружающей среды на здоровье и качество жизни человека. Это положение особенно актуально в условиях Севера, где человек испытывает неблагоприятное воздействие комплекса природно-климатических факторов, что является экологической основой для развития структурно-функциональных нарушений (Казначеев, 1980; Деряпа, Трофимов, 1988; Шорин и др., 1989; Деденко и др., 1990; Теддер, Гудков, 1995; Барбараш, 1996; Бойко, 1999; Агаджанян, Ермакова, 1994; Неверова, 1998; Хаснулин, 1998; Гудков, Лабутин, 2000; Ткачев, 2000; Сидоров, Гудков, 2004; Агаджанян и • др., 2005). При воздействии длительных Холодовых нагрузок, гипоксии,
нарушенного фотопериодизма, факторов электромагнитной природы адаптация человека достигается путем напряжения и сложной перестройкой регуляторных систем.
••*" Негативное влияние на организм человека климатических факторов
Севера усиливается геохимическим окружением, которое характеризуется низким содержанием биогенных химических элементов (Панин, 1980; Теддер, 1990, 1992; Тутельян, 1996; Алексеева и др., 1996; Петренко и др., 1998; Ермаков, 1999; Скальный и др., 2004). Дефицит в окружающей среде биогенных микроэлементов может приводить к развитию микроэлементозов - эндемических заболеваний биогеохимической природы (Авцын и др., 1983, 1991; Бабенко, 2000). По мнению А.П. Авцына и ряда других исследователей, микроэлементозы человека, за исключением довольно редких наследственных форм, имеют экзогенную природу и связаны с режимом питания, с факторами окружающей среды, с образом жизни и трудовой деятельностью. Следует подчеркнуть, что в отличие от других веществ, '-. синтезируемых организмами, химические элементы поступают из
<.'L геохимической среды: почвообразующих пород, почв, природных вод,
атмосферного воздуха (Ковальский, 1982; Смоляр, 1989).
Биогенные химические элементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Реализуя их действие, принимают участие в выполнении важнейших физиологических функций организма и его адаптации к окружающей среде (Коломийцева, Габович, 1970; Ноздрюхина, 1977; Венчиков, 1978; Ноздрюхина, Гринкевич, 1980; Авцын и др., 1991; Скальный и др., 1999; Тутельян, 1996; Тутельян и др., 2002;. Сусликов, 2000, 2002; Скальный, Рудаков, 2004).
Острота проблемы микроэлементозов значительно усиливается за счет загрязнения окружающей среды, усиления миграции техногенных веществ и нарушения биогеохимических циклов (Вернадский, 1934; Венчиков, 1978; Ковальский, 1983; Мудрый, 1997; Сусликов, 2002; Фролова и др., 2003; Курбатов, Башкин, 2004).
С целью профилактики микроэлементозов интенсивно развивается биоэлементология, задачи которой заключаются в исследовании региональных вариаций биогеохимического фона, расширении знаний о физиологической роли определенных макро- и микроэлементов (МЭ), а также разработке научно-практических рекомендаций по коррекции элементного статуса человека (Сает и др., 1990; Кудрин и др., 2000; Решетник, 2000; Агаджанян, Скальный,,2001; Горбачев и др., 2002; Боев и др.,2003; Скальный, Горбачев, Велданова, 2004; Скальная, Нотова, 2004; Скальный, Рудаков, 2004; Скальная и др., 2004; Баранова и др., 2005; Максимова, Протасова, 2005).
Основателями микроэлементологии в России были такие известные в науке ученые как академик Владимир Ильич Вернадский (основоположник геохимии и биогеохимии), академик Александр Павлович Виноградов (основатель учения о биогеохимических провинциях), академик Александр Павлович Авцын (осноположник учения о географической патологии), член-корреспондент РАН Алексей Александрович Жаворонков, член-корреспондент ВАСХНИЛ Виктор Владиславович Ковальский
(основоположник геохимической экологии), профессор Григорий ф Александрович Бабенко.
Продолжили и продолжают геохимическую и медицинскую микроэлементологию академик РАМН Николай Александрович Агаджанян, профессор Ревич Борис Александрович, профессор Викентий Леонидович Сусликов - автор термина «Атомовиты», профессор Анатолий Викторович Скальный.
Территория Северо-Востока России, включая Магаданскую область, по природно-климатическим и биогеохимическим параметрам неоднородна. Магаданская область, по отношению к Охотскому морю, делится на приморскую и континентальную территорию. Ранее проведенные медико-• экологические исследования, главным образом на приморской территории
Магаданской области, заложили основу для дальнейшего изучения региональных особенностей микроэлементного статуса жителей (Петропавловский, Старовойтова, 1996; Шаповалов и др., 1998; Ефимова, -.*' 2000; Луговая, 2002; Горбачев и др., 1998-2004). При этом континентальные
горнопромышленные районы с техногенной нагрузкой на биосферу (Сусекова., Оганесян 2000; Глотов, Глотова, 2002; Пугачев, 2003) в биогеохимическом отношении остались практически не исследованными.
Учитывая сказанное и, принимая во внимание остроту проблемы эндемических микроэлементозов, представилось актуальным провести сравнительное исследование микроэлементного статуса населения, проживающего на разных эколого-географических территориях Магаданской области.
Полученные результаты по содержанию МЭ у жителей, при сегодняшнем экологическом благополучии области, могут служить точкой отсчета для проведения экологического мониторинга окружающей среды и здоровья человека на Северо-Востоке России.
Цель работы; исследовать особенности микроэлементного статуса жителей приморской и континентальной территорий Магаданской области и определить риск развития микроэлементозов.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
1. Изучить содержание макро- и микроэлементов в волосах детей и взрослых жителей приморской и континентальной территорий Магаданской области.
2. Установить межтерриториальные различия микроэлементного статуса населения.
3. Оценить влияние химического состава питьевой воды на микроэлементный статус жителей области.
4. Определить йодную обеспеченность населения континентальной территории.
5. Выявить риск развития микроэлементозов у жителей исследуемых территорий.
Глава 1. Обзор литературы 1.1. Эколого-географическая характеристика Магаданской области
Магаданская область расположена на Северо-Востоке Азиатской части России. На западе, по бассейнам p.p. Яна, Челомджа, область граничит с Хабаровским краем. На северо-западе, по бассейну верхнего течения р. Кулу а также р. Индигирка и до среднего течения р. Колыма в месте слияния с р. Омолон, — с Саха-Якутией. На севере-востоке, по бассейну р. Омолон, - с Чукотским автономным округом и на востоке, по бассейнам pp. Омолон и Пянжена, - с Камчатской областью. На севере территория области простирается до 66° с.ш., на юге - до 59° с.ш., на западе - до 145° в.д. и на востоке - до 163° в.д. С севера на юг Магаданскую область разрезают многочисленные хребты: Черского, Полярный, Омсукчанский, Коркодонский, Молькаты, Конгинский и Кедонский. На юго-востоке территории располагается обширное Колымское нагорье. На юге Магаданская область омывается Охотским морем.
По отношению к Охотскому морю область делят на приморские и континентальные территории. К приморским территориям относятся город Магадан и близлежащие населенные пункты (поселки Дукча, Солнечный, Снежный), а также ОльскиЙ и Северо-Эвенский районы. К континентальным территориям относятся Хасынский, Омсукчанский, Среднеканский, Тенькинский, Ягоднинский и Сусуманский районы.
Город Магадан является административным центром области и расположен вблизи 60° северной широты на побережье Тауйской губы Охотского моря на перешейке, соединяющем полуостров Старицкого с материком. Город омывается водами бухт Нагаева с запада и Гертнера с востока. Центр селитебной зоны приурочен к водоразделу между бухтой Нагаево и речкой Магаданкой; разрастание города шло в диагональном
9
направлении вдоль долины р. Магаданки и на северо-восток, вдоль начального отрезка Колымской трассы.
Населенные пункты континентальной территории, такие как поселок Ягодное и город Сусуман, являются центрами двух золотодобывающих районов Центральной Колымы, - Ягоднинского и Сусуманского. В этих двух центрах размещается основной жилищный фонд районов и, обслуживающие горнодобывающую отрасль, промышленно-хозяйственные объекты.
Человек на Севере подвержен негативному комплексному воздействию экологических факторов. К их числу относят экстремальный температурный и световой режим: сезонные контрасты климата (длинная и суровая зима, короткое и холодное лето), резкое нарушение фотопериодичности, с чем связано явление «светового голодания» во время полярной ночи и «светового излишества» во время полярного дня; аномалии геомагнитных полей: сильные ветры, магнитные возмущения, связанные с близостью этой зоны к магнитному полюсу, гипоксию, резкие перепады атмосферного давления, космические и солнечные излучения (Данишевский, 1968; Завьялова, Деряпа, Трофимов, 1988; Деденко и др., 1990; Агаджанян, Торшин, 1994; Барбараш, 1996; Буганов, 1997; Неверова, 1998; Хаснулин, 1998; Гудков, Лабутин, 2000; Ткачев, 2000). Причем, действие североспецифических факторов практически не компенсируется социальными или другими мерами защиты (Гудков, Лабутин, 2000).
Б.Б. Прохоров (1989) на основании анализа 30 параметров среды обитания человека предлагает оценивать степень комфортности среды по пятибальной системе. Согласно этой системе, все регионы России делятся на комфортные, прекомфортные, гипокомфортные, дискомфортные и экстремальные. Экстремальные районы представляют собой территории, в пределах которых практически круглогодично природные условия резко осложняют труд, быт и отдых людей, а параметры отдельных факторов среды достигают критических для здоровья и жизни значений. Адаптация
10
пришлого населения протекает здесь с очень сильным напряжением адаптивных систем с тенденцией к декомпенсации.
Экстремальность северных условий усиливается геохимическими факторами окружающей среды, где недостаток или избыток определенных химических элементов приводят к развитию географической патологии (Авцын и др., 1985). Известно, что в биогеохимическом отношении для Севера, характерна недостаточность многих макро- и микроэлементов (Петропавловский и др., 1994, 1996; Алексеева и др., 1996; Тутельян, 1996; Петренко и др., 1998), что является риском развития скрытых и выраженных микроэлементозов (Бабенко, 1989, 2000; Авцын А.П. и др., 1991; Скальный, 1999,2000).
В настоящее время учеными доказано, что районирование северных территории по дискомфортности условий проживания для человека следует проводить с учетом не только природно-климатических, и медико-биологических (смертность, продолжительность жизни, адаптационный потенциал, экологически обусловленный стресс) показателей (Максимов, 2004; Хаснулин и др., 2004).
На основании данного подхода территорию Магаданской области делят на две зоны: экстремальной (сильной) дискомфортности и умеренной (выраженной) дискомфортности. Зона умеренной дискомфортности характеризуется определенным риском развития патологических состояний у человека даже при кратковременном пребывании. Основной упор при промышленном освоении делается на вахтовый труд. К зоне выраженной дискомфортности относится населенные пункты приморской территории, включая г. Магадан. Зона экстремальной дискомфортности отличается сильным риском утраты здоровья, формирование пришлого населения нецелесообразно. Здесь промышленное осовение должно вестись в основном краткосрочной вахтой с использованием специальных условий для жизнедеятельности В зону сильной дискомфорности входят населнные пункты Сусманского и Ягоднинского районов (Максимов, 2004).
11
Характерной чертой климата Магаданской области являются неблагоприятные условия термического режима: низкие температуры и длительный морозный период зимой, короткий безморозный период летом с невысокими температурами. Безморозный период не превышает 90-120 дней в году, среднегодовая температура имеет отрицательные значения (-3,6 °С), а среднемесячная скорость ветра составляет 4,7 м/с. Период устойчивых морозов длится с начала октября до первой половины мая. Средняя продолжительность периода с отрицательной суточной температурой воздуха составляет в среднем 7 месяцев (с 11 октября по 9 мая). Сочетание основных климатических факторов (рельефа местности, определяющего особенности распределения температуры, осадков, ветра, жесткости климата, метелей, снежного покрова) имеет отрицательный знак и приводит к формированию климата с очень холодной, продолжительной, многоснежной зимой и коротким вегетационным периодом [Север Дальнего Востока, 1970].
В Магаданской области практически повсеместно распространена вечная мерзлота, значительную часть территории занимают тундра и лесотундра. В рельефе преобладают нагорья и плоскогорья, перемежающиеся обширными низменностями (Чернуха, 1989).
По климатическим и биогеохимическим параметрам территория Магаданской области неоднородна. К характерным климатическим особенностям приморских территорий относятся частые туманы в летний период, а также высокая влажность с небольшим количеством ясных дней, усугубляемые частыми сменами направления ветра, резкими перепадами барометрического давления и низкой солнечной инсоляцией. Зима на приморских территориях более мягкая, чем в континентальных районах, без резких перепадов температур. По числу дней с метелями (от 30 до 90 и более) Охотское побережье стоит на одном из первых мест в России (Чернуха, 1989).
В континентальной части Магаданской области летом отмечается значительная освещенность солнечными лучами, в июне большая
12
продолжительность дня с преобладанием малооблачной погоды. Однако при этом низкое положение солнца на Севере и огромные затраты тепла на прогрев вечной мерзлоты и периодические поступления холодных арктических масс воздуха препятствуют созданию комфортных условий, характерных для южных широт. Зимой для континентальных территорий характерен наиболее суровый вариант климата. В течение всей зимы здесь господствуют крайне жесткие и сильные морозные погоды без ветра с морозными туманами (Чернуха, 1989).
Экологическая ситуация, обусловленная производственной деятельностью человека, на территории Магаданской области, по сведениям литературы, относительно благоприятна (Хмельницкий, Киселев, 1998). По данным, приведенным в атласе "Окружающая среда и здоровье населения России" (1995), радиационное загрязнение, а также загрязнение сточных вод и влияние черной металлургии в области минимальны. Единственным негативным антропогенным фактором, который может значительно повлиять на здоровье человека, оказалось загрязнение воздуха [Государственный, 2002].
К территориям с уровнем загрязнения атмосферного воздуха, превышающий средний по Российской Федерации в 3 раза и более, относятся Республика Бурятия, Тюменская область, Ханты - Мансийский автономный округ, Новосибирская область, Республика Дагестан, Красноярский край и Магаданская область [Государственный, 2002]. Причем, показатель загрязнения атмосферы (ПЗА) выше в поселках Центральной Колымы и составляет в среднем пять условных единиц, по сравнению приморскими населенными пунктами, ПЗА которых равен трем условным единицам (Пилясов, 1990). В то же время доля автомобильного транспорта на душу населения в г. Магадане и близлежащих окрестностей значительно выше относительно населенных пунктов континентальных районов области. Отмеченное отличие обусловлено очищающим воздействием на приморской территории морских ветров, что определяет преимущество приморской
13
территории над континентальной. Морской ветер не дает застаиваться воздушным массам и, тем самым, накапливать в себе взвешенные токсические вещества.
Одним из важнейших компонентов природных экосистем Магаданской области, являются почвы, оказывающие существенное влияние на процессы жизнедеятельности. Условия почвообразования характеризуются большим разнообразием геоэкологических и биоклиматических условий, общими из которых являются: малая сумма положительных температур, наличие вечной мерзлоты, избыточное увлажнение. Многовековое влияние криогенных процессов приводит к существенным изменениям в строении и физикохимических свойствах почв, являясь активным фактором в их эволюции (Пугачев, 2005). Под влиянием сурового климата почвообразовательные процессы отличаются замедленным и малоемким биологическим круговоротом.
Горные тундры занимают около 14% площади региона (Реутт, 1970) и характеризуются интенсивными физическими разрушениями и заметным химическим выветриванием почвообразующих пород, приводящих к накоплению преимущественно обломочных фракций. Сущность почвообразования здесь заключается в специфическом своеобразии кислого выщелачивания, формировании торфянисто-грубогумусовых горизонтов, перераспределения AL и Fe, замедленности оподзоливания (Пугачев, 1996). Зональные тундры, занимающие 24% площади региона (Реутт, 1970) характеризуются близким залеганием льдистой многолетней мерзлоты, медленным оттаиванием, переувлажнением, что обуславливает низкую энергетику почвообразования. Кедрово-стланиковые заросли составляют приблизительно 6% от всей площади региона. Особенность химического состава зарослей стланика заключается в низкой зольности и высоком содержании воско смол, что создает предпосылки к образованию слабоконденсированных гумусовых веществ, преимущественно фульвокислотной группы. В болотах Северо-Востока (7% площади
14
территории) степень продуцирования органического вещества во много раз превышает темпы их разложения, что приводит к образованию промежуточных продуктов минерализации в виде низкомолекулярных кислот. В конечном итоге в составе гумуса накапливаются наиболее активные и подвижные фракции специфической и неспецифической природы (Пугачев, 2005). Ландшафты лиственничных лесов и редколесий характеризуются разнообразием биоклиматических, литологических, гидрологических и криологических условий. Результатом их взаимодействия является различная направленность почвообразовательного процесса, значительное варьирование запасов, структуры и продуктивности растительного покрова. Сочетание сравнительно высокой величины общего опада (до 9,5 т/га) и низкой его зольности (менее 1%) обуславливает здесь очень широкое соотношение между ежегодно отмирающей массой растений и содержащимися в ней зольными элементами (Пугачев, 1996; 2005).
На пониженных элементах рельефа происходит интенсивное оглеение минеральной части почв, относительное обогащение их кремнекислотой, образование подвижных форм марганца, обеднение железом и, в меньшей степени, алюминием. Создаются благоприятные условия для образования различных органо-минеральных соединений, имеющих большое значение в миграции указанных элементов из оглеенных горизонтов.
В почвах Магаданской области, характеризующихся близким залеганием многолетней мерзлоты, основная часть элементов (сера, фосфор, кальций, магний, калий, марганец), мобилизованных при выветривании минералов и разложении растительного опада, вновь вовлекается в биологический круговорот. Однако последний характеризуется малыми емкостями и интенсивностью, всвязи с чем его влияние на минеральную часть почвенного профиля ограничено. Ограниченная геохимическая подвижность железа и алюминия способствует ожелезнению и алюминированию почвенной толщи (Пугачев, 2005). Почвы области намного
15
беднее (по сравнению с южными) микроорганизмами, причем наиболее низкую численность имеют сапрофитные формы.
Гидрохимический режим Магаданской области обусловлен сравнительно повышенным годовым количеством атмосферных осадков (в среднем 350-500 мм и более) снегодождевым и подземным питанием рек, а также с широким распространением многомерзлотных пород и малой мощностью (обычно 0,3-0,6 м) сезонно-талого слоя (Зуев, Сережников, 1998). Речной сток Магаданской области формируется реками, впадающими в окраинные моря Северного Ледовитого (Восточно-Сибирское море) и Тихого (Охотское море) океана. Водоснабжение большинства населенных пунктов территории осуществляется надмерзлотными водами подрусловых таликов, а также поверхностными водами искусственных водохранилищ (г. Магадан). Эти воды в большинстве своем относятся к гидрокарбонатно-кальциевому типу со слабой степенью минерализации (менее 100 мг/л, часто 25-40 мг/л), общей жесткостью воды менее 1,0 мг-экв/л и низким содержанием меди, марганца, кобальта и других микроэлементов (Чернуха, 1989, Глотов, Глотова, 2005). Минерализация природных вод на различных площадях территории мало изменяется, повышаясь на локальных аномальных участках до 0,08-0,13 г/л (Оганесян, Сусекова, 2003).
По сведениям литературы содержание биогенных элементов в водах рек бассейна Тауйской губы, невысокие. Средние концентрации (мкг/л) растворенных форм металлов в водах рек варьируют в пределах: медь - 1,0— 8,1; железо - 10-420; марганец - 5-155; цинк - 5,0-18,2; хром - 0,1-0,8; никель-<0,5-1,6; свинец - 0,9-8,2; кадмий -<0,01-0,10; мышьяк -0,05-1,5. Отмеченные концентрации (в том числе превышающие ПДК) обусловлены преимущественно естественными причинами (геохимический фон), за исключением р. Магаданка (Оганесян, Сусекова, 2003).
История развития Магаданской области напрямую связана с открытием и последующей разработкой месторождений золота. На ее территории сосредоточено более 11% россыпного золота, около 50% серебра от общих
16
объемов разведанных запасов этих металлов в России. Кроме того, недра области богаты железом, оловом, вольфрамом, молибденом, медью, бурым и каменным углем. Примагаданский шельф Охотского моря имеет перспективы по разработке и добыче нефти (Бердников, 2004).
Материнские породы Магаданской области содержат золото, серебро, олово, ртуть, молибден, платину, кобальт, медь, сурьму, мышьяк, серу, никель, железо, марганец. Обширной является и группа редких и рассеянных металлов. Эти ископаемые часто в виде мощных пластов выходят на поверхность, создавая, таким образом, специфику Северо-Востока России путем образования природных геохимических аномалий. На таких участках отмечается интенсивная биогенная миграция рассеянных элементов и тяжелых металлов, воздействующая на функционирование многих звеньев экосистемы биосферы и организма человека [Геологическая..., 1979].
17 1.2. Биогеохимический аспект жизнедеятельности организмов
Согласно современным научным представлениям, жизнь возникла из неживой материи. В процессе эволюционного развития живые существа постоянно усложнялись и совершенствовались, создавая тем самым кардинальные различия между живым и неживым, между организмом и окружающей его средой. Однако, любой живой организм содержит в себе определенные количества минеральных веществ, и химический состав живых существ обусловлен геохимическим окружением. Известно, что организмы избирательно усваивают химические элементы из внешней среды, концентрируя их в своем организме, что приводит к перераспределению элементов в природе. Это свидетельствует о тесной связи жизни с состоянием земной коры. «Автономного организма вне связи с окружающей средой в природе не существует», - писал в своих работах В.И. Вернадский.
Многие химические элементы оказывают большое влияние на жизнь организмов, вступая во взаимодействие с органическими веществами (ферменты, гормоны, витамины и пр.), синтезируемыми в живых клетках. Химические элементы влияют на развитие, рост, оплодотворение и жизнеспособность организма, на его иммунно-биологические свойства и другие функции (Войнар, 1960; Коломийцева, Габович, 1970; Ковальский, 1982; Бабенко, 1989; Авцын и др., 1991). В отличие от всех веществ, синтезируемых организмами, минеральные соединения поступают в организм исключительно из окружающей среды через воду, воздух, пищу. Между живым веществом и неживой материей постоянно происходит постоянное взаимодействие, результатом которого является биогенный круговорот атомов химических элементов в биосфере, образование осадочных пород, изменение ландшафта и климата. Глобальные масштабы круговорота элементов в природе являются причиной того, что весь растительный и животный мир неразрывно связан с геохимической средой его обитания, получает из нее все доступные элементы, и химический состав |
