Мультиелементний аналіз волосся – метод оцінки «забруднення» ксенобіотиками організму хворих на інфаркт міокарда молодого і середнього віку

У 28 хворих на ІМ (перша група) професії були пов’язані з дією ксенобіотиків (водії автотранспорту, токарі, слюсарі, зварювальники, шевці, малярі тощо). Інші одинадцять (друга група) – не мали професійно шкідливої праці (інженери, керівники, педагоги, бухгалтери, домогосподарки тощо). Визначали концентрацію 28 елементів: ессенціальних (кальцій, калій, йод, селен, бром, сірка, цинк, срібло, залізо, марганець, мідь, молібден, кобальт, хром, ванадій, нікель) і токсичних (барій, хлор, свинець, миш’як, ртуть, кадмій, сурма, рубідій, стронцій, цирконій, титан, олово). Встановлено, що найвища ступінь «хімічного забруднення» організму відмічається у хворих на ІМ, чиї професії пов’язані з дією ксенобіотиків (перша група). У їх волоссі виявлено достовірно вищий, ніж в контрольній і другій групі, рівень важких металів (заліза, міді, марганцю, хрому, кадмію, свинцю), токсичних легких металів (стронцію і рубідію), калію, брому і хлору. Майже у 2/3 з них середній вміст калію і стронцію в 1,5-1,9 разу перевищив максимально припустимі значення. У хворих на ІМ, які не мали професійно шкідливої праці, також виявлені достовірно вищі ніж в контрольній рівні трьох токсичних елементів – хлору (в 2,3 разу), свинцю (в 1,6 разу) і ртуті, що є свідченням потрапляння в їх організм ксенобіотиків з невиробничих джерел (екологічний вплив, куріння). Незалежно від професії, у пацієнтів з ІМ спостерігається низький вміст протекторного елементу селену, середній рівень якого у волоссі не досяг мінімально припустимого значення. Наявність у хворих на ІМ достовірно вищого ніж у здорових осіб рівня окремих ессенціальних і токсичних елементів можна розглядати в якості доказу існування безпосереднього причинно-наслідкового зв’язку між впливом ксенобіотиків та розвитком коронарної патології в осіб до 50 років, особливо при відсутності або слабкій вираженості у них традиційних факторів ризику.

Важкі метали (свинець, кадмій, залізо, марганець, мідь, ртуть, хром, молібден) належать до групи біоцидних ксенобіотиків з потужною біологічною активністю та кумулятивними властивостями. Легші за густиною метали (стронцій, рубідій) – не менш токсичні. В живому організмі вони швидко вступають в хімічні реакції, маючи виражену каталітичну спроможність, потенційовану їх радіоактивною природою. «Королями» токсичності зі здатністю до біоакумуляції вважаються діоксини – органічні сполуки техногенного походження, до складу яких входять хлор та бром. Особливо згубно діють аерозольні форми цих та інших промислових ксенобіотиків. За умови систематичного надходження в організм через дихальні шляхи протягом тривалого часу (професійна діяльність, екологічний вплив, куріння), вони навіть у відносно невеликих концентраціях здатні запускати небезпечні патологічні зміни в органах і системах, які на початку перебігають без будь-якої очевидної симптоматики токсикозу.

Розташування ендотеліоцитів на межі між тканинами і циркулюючою кров’ю, куди безпосередньо з дихальних шляхів потрапляють ксенобіотики, зумовлює їх підвищену вибіркову вразливість щодо пошкоджуючої дії сполук важких металів, інших кардіо- і вазотоксичних хімічних речовин. Останні активують вільнорадикальні реакції, запускають і постійно підтримують (внаслідок акумуляції) процеси перекисного окиснення ліпідів, результатом яких є генералізоване ураження ендотелію судин. Пошкоджуються всі структури ендотеліоцитів: ядро, мітохондрії, клітинна оболонка. Відбувається низка біохімічних перетворень, які завершуються фрагментацією ядерного хроматину, дезінтеграцією метаболізму і структури ядра, ендотеліальною дисфункцією та, в одних випадках – загибеллю клітини (апоптозом), в інших – мутагенними проліферативними ефектами із залученням в процес сусідніх шарів артеріальної стінки.

Ксенобіотики і, в тому числі, токсичні метали здатні викликати розлади судинного тонусу, брати пряму чи опосередковану участь в процесах патологічного тромбоутворення, виникненні коагулопатій, реакціях запалення, стимулювати фактори росту, запускати потужні проліферативно-дегенеративні процеси в інтимі артерій у відповідь на її пошкодження. Враховуючи результати досліджень і дані літератури, науковці прийшли до висновку, що саме генералізоване ураження ендотелію та м’язового шару артерій лежить в основі розвитку коронарної патології, яка виникає в результаті безпосереднього контакту людини з ксенобіотиками внаслідок професійно шкідливої праці, екологічного впливу і/або куріння. Патологічні зміни при цьому розпочинаються з явищ локальної або дифузної неспецифічної імунозапальної реакції по типу васкулопатії або васкуліту, захоплюють переважно артерії м’язово-еластичного типу середнього і дрібного калібру, і характеризуються розвитком поширеного ендартеріїту, артеріїту, а в пізніших стадіях – артеріосклерозу.

В ушкоджених ксенобіотиками ділянках виникають вогнища ендотеліальної та гладкомускульної проліферації без попереднього накопичення ліпідів. На їх основі формуються м’язово-фіброзні бляшки, м’язово-еластична гіперплазія інтими, які згодом можуть піддаватись вторинному жировому переродженню. Поєднуючись з лабільністю судинного тонусу і розладами гемокоагуляції, вони спричиняють порушення локального вінцевого кровоплину та розвиток клінічної картини стенокардії чи інфаркту міокарда.

Тому при обстеженні хворих на ішемічну хворобу серця (ІХС) з метою встановлення ймовірної причини її розвитку (особливо в осіб молодших вікових категорій, у яких часто відсутні традиційні фактори серцево-судинного ризику), поряд зі стандартними клінічними методами дослідження необхідно обов’язково з’ясовувати професійний маршрут, можливість побутового чи екологічного контакту з ксенобіотиками, а також проводити контроль за вмістом в біосубстратах людини ессенціальних і токсичних хімічних елементів.

Мультиелементний аналіз волосся – сучасний неінвазивний метод оцінки балансу основних макро- і мікроелементів в людському організмі. Волосся – високоінформативний діагностичний біосубстрат, в якому містяться практично всі хімічні елементи, які тривалий час надходять в органи і тканини з їжею, водою чи повітрям. В програмах Міжнародного агентства з атомної енергетики волосся мешканців різних регіонів вивчається в якості «індикатора забруднення населення токсичними мікроелементами». В даний час цей метод вважається одним з найбільш інформативним при оцінці ступеня перевантаження ксенобіотиками організму людей, які працюють в контакті з важкими металами чи іншими токсичними елементами.

Для вивчення елементного складу волосся науковці провели порівняльний аналіз балансу основних хімічних елементів в організмі хворих на ІМ у віці до 50 років, залежно від їх професійної приналежності.

Проведено мультиелементний аналіз волосся 39 хворих на ІМ віком до 50 років (середній вік – 42,7±6,7) і 23 практично здорових осіб відповідного віку (середній вік – 40,3±6,9). Досліджували зразки волосся вагою 45-60 мг, одержані з потиличної ділянки голови обстежуваних осіб. Методом рентген-флуоресцентної спектрометрії визначали концентрацію найважливіших 28 елементів: ессенціальних (кальцій, калій, йод, селен, бром, сірка, цинк, срібло, залізо, марганець, мідь, молібден, кобальт, хром, ванадій, нікель) і токсичних (барій, хлор, свинець, миш’як, ртуть, кадмій, сурма, рубідій, стронцій, цирконій, титан, олово). Дослідження проводили в науково-технічному центрі «Віріа - LTD» на аналізаторі «Elva X-med» виробництва фірми «Елватех» (м. Київ).

Аналіз отриманих даних здійснювали шляхом порівняння середнього вмісту хімічних елементів (M±m) у волоссі хворих двох різних груп (І і ІІ), сформованих за їх професійною приналежністю, а також – практично здорових осіб групи контролю з такими ж показниками в кожній з професійних груп. Додатково проаналізовані середньогрупові та індивідуальні рівні вмісту окремих елементів у волоссі обстежуваних осіб двох професійних груп і контролю у порівнянні з їх нормальними (припустимими) значеннями за даними літератури.

• Першу професійну (І) групу склали 28 хворих на інфаркт міокарду, чиї професії були пов’язані з дією ксенобіотиків (водії автотранспорту, токарі, слюсарі, зварювальники, шевці, малярі тощо).
• Другу (ІІ) групу – 11 осіб, які не працювали в умовах контакту з ксенобіотиками (інженери, керівники, педагоги, бухгалтери, домогосподарки тощо).
• В групу контролю увійшли 23 практично здорових осіб, які не мали професійно шкідливої праці.

Статистичний аналіз проводили на персональному комп’ютері з використанням прикладних програм статистичного аналізу Microsoft Excel. Достовірність результатів визначали за допомогою t–критерію Стьюдента.

Отримані результати

У волоссі хворих на ІМ, професії яких пов’язані з дією ксенобіотиків (І група), середній вміст половини з визначених 28 елементів (ессенціальних і токсичних) достовірно перевищує в осіб групи контролю і більш ніж третини – у хворих на ІМ, які не мали професійно шкідливої праці (ІІ група) (табл. 1).

Таблиця 1

Вміст основних ессенціальних і токсичних елементів (M±m) у волоссі осіб групи контролю та хворих на інфаркт міокарда у віці до 50 років двох професійних груп (І група – професії, пов’язані з дією ксенобіотиків; ІІ група – професії, непов’язані з дією ксенобіотиків)

Примітка:

* достовірність між показниками І групи та групи контролю P< 0,05
** достовірність між показниками І та ІІ групи – P< 0,05
*** достовірність між показниками ІІ групи та групи контролю P< 0,05

Так, середня концентрація калію у волоссі хворих І групи (249,19 ± 148,84 мкг/г) виявилась втричі більшою ніж в ІІ групі (83,96 ± 42,61 мкг/г) та контрольній (83,44 ± 46,63 мкг/г), P< 0,001, а також в 1,5 разу вищою за максимальне припустиме значення цього елементу у волоссі за даними літератури. Сполуки калію віднесені до шкідливих хімічних речовин, які володіють прямим «органо-тканинним тропізмом до серцево-судинної системи». Їх токсичний вплив значно посилюється при надходженні в організм у надлишковій кількості, що й спостерігається у хворих І професійної групи.

Виявлено також збільшення у волоссі хворих І групи рівня брому – елементу, який у складі 1,2-диброметану в даний час застосовують як антидетонаторний додаток до моторного пального замість тетраетилсвинцю. При цьому значна частка серед хворих І групи належить саме водіям автотранспорту. Середній вміст брому в І групі (3,92 ± 2,24 мкг/г) в 1,5 рази достовірно перевищив такий же показник в ІІ групі (2,56 ± 1,31 мкг/г) та в 1,4 разу – у контрольній (2,75 ± 1,93 мкг/г), P< 0,05.

Щодо рівня кальцію, то у пацієнтів ІІ групи він був найнижчим (250,92 ± 131,82 мкг/г). Його середня концентрація у волоссі хворих цієї групи не досягла нижньої границі припустимих значень (9) і вона виявилась вірогідно меншою, ніж в осіб групи контролю (413,35 ± 160,67 мкг/г) та хворих І професійної групи. В останніх констатовано найвищий рівень цього ессенціального елементу (498,65± 276,83 мкг/г), P< 0,01. У них (І група) спостерігався і найбільший вміст у волоссі сірки (24786,42 ±4311,95 мкг/г), який перевищив такий же показник в групі контролю (21440,85 ± 4906,76 мкг/г, Р< 0,05) і в ІІ групі (22535,91± 4757,28 мкг/г, Р>0,05). Збільшений рівень сірки у волоссі хворих І групи, порівняно з групою контролю, може бути наслідком посиленого синтезу металопротеїнів – низькомолекулярних білків з високим вмістом SH-груп. Останні необхідні для зв’язування іонів токсичних металів в міцні комплексні сполуки, призначені для подальшого виведення з метою детоксикації.

Вміст у волоссі селену – ессенціального мікроелементу, який володіє антиоксидантними властивостями, мав майже однаково низькі значення серед хворих на ІМ у двох професійних групах (0,33 ± 0,20 (І) і 0,35 ± 0,21 (ІІ)). На відміну від практично здорових осіб групи контролю (1,15 ± 1,71 мкг/г), у пацієнтів з ІМ його рівень виявився нижчим за мінімально припустиме значення (11) приблизно в 1,4-1,5 разу.

Селен, який визнаний кардіо- і вазопротектором, здатний захищати міокард і судини від прямого ушкоджуючого впливу ряду ксенобіотиків, наслідків активації ними вільнорадикальних перетворень та перекисного окиснення ліпідів. Вважається, що низький рівень цього елементу є фактором ризику розвитку ІМ та інших серцево-судинних захворювань. Доведено наявність підвищеного ризику коронарної патології за умови поєднання гіпоселенозу з курінням або іншими видами токсичного впливу ксенобіотиків.

Вірогідно вищим в І групі, порівняно з показником в контрольній та ІІ групі, виявився і середній вміст у волоссі чотирьох металів, що належать до класу ессенціальних, а саме: міді, відповідно, – на 12 і 17%, заліза – в 1,4 і 1,5 разу, хрому – в 1,4 і 1,9 разу, марганцю – в 1,7 і 2,3 разу. Так, якщо середня концентрація міді у волоссі хворих І групи досягла 9,38 ± 1,60 мкг/г, то в контрольній і ІІ групі, відповідно – 8,33 ± 1,71 мкг/г (контроль) та 8,01 ± 1,30 (ІІ), P< 0,05; заліза, відповідно, – 12,01 ± 4,99 (І), 8,74 ± 3,99 (контроль) та 7,75 ± 2,55 (ІІ), P< 0,05; хрому – 0,63 ± 0,44 (І), 0,43 ± 0,20 (контроль) і 0,34 ± 0,26 (ІІ), P< 0,05; марганцю – 0,70 ± 0,51 (І), 0,42 ± 0,25 (контроль) і 0,30 ± 0,28 (ІІ), P< 0,01 (табл. 1).

Незважаючи на те, що середній рівень жодного з перелічених елементів не виходив за межі допустимих значень, їх достовірне переважання у волоссі хворих І групи порівняно з особами, які не мали професійно шкідливої праці (контроль, ІІ група), може свідчити про надмірне їх надходження в результаті професійно зумовленого контакту з ксенобіотиками. Надлишок металів (навіть – ессенціальних) спричиняє активацію вільно радикальних процесів і низку інших реакцій, що призводять до ураження серця і судин.

Окремо здійснено порівняльний аналіз вмісту токсичних елементів у волоссі хворих на ІМ двох різних професійних груп та практично здорових осіб групи контролю.

Порівняно з контрольними показниками, у хворих на інфаркт міокарда, які працювали в контакті з ксенобіотиками (І група), спостерігається достовірне перевищення середнього вмісту у волоссі хлору (втричі, P< 0,001) та біохімічно високоактивних токсичних металів, серед яких стронцій (у 3,8 разу, P< 0,001), рубідій (в 1,7 разу, P< 0,05), важкі метали – свинець (в 2,9 разу, P< 0,001), цирконій (в 1,8 разу, P< 0,05), кадмій (P< 0,05) і ртуть (табл. 1).

Так, середній вміст хлору у волоссі хворих І групи становить 207,05 ± 118,34 мкг/г, в ІІ групі 155,87 ± 87,86 мкг/г і 68,0 ± 50,13 мкг/г в контрольній; цирконію, відповідно, – 0,48 ± 0,44 (І), 0,33 ± 0,23 (ІІ) і 0,27 ± 0,19 (контроль); кадмію – 0,09 ± 0,06 (І), 0,07 ± 0,05 (ІІ) і 0,06 ± 0,04 (контроль); ртуті – 0,25 ± 0,18 (І), 0,39 ± 0,35 (ІІ) та 0 (контроль). Водночас, середня концентрація стронцію, рубідію і свинцю серед хворих, які працювали в контакті з ксенобіотиками (І група), значно перевищує таку у пацієнтів, які не мали професійно шкідливої праці (ІІ група). У волоссі хворих І групи середня концентрація свинцю досягає 1,65 ± 0,90 мкг/г, тоді, як в ІІ групі – 0,89 ± 0,47 мкг/г і в контрольній – 0,57 ± 0,20 мкг/г, P< 0,01; рубідію, відповідно, – 0,36 ± 0,27 (І) при 0,18 ± 0,10 (ІІ), P< 0,05, і 0,21 ± 0,19 мкг/г (контроль).

Особливої уваги заслуговує вміст стронцію – металу, токсичність якого часто потенціюється його радіоактивністю. У волоссі хворих І групи середня концентрація цього елементу досягає 9,66 ± 7,26 мкг/г, що в 2,7 разу достовірно перевищує аналогічний показник в ІІ групі (3,52 ± 2,67 мкг/г), в 3,8 разу – в контрольній (2,51 ± 1,16 мкг/г), P< 0,01, і є майже вдвічі більшою за максимально припустимі значення згідно даних літератури.

Слід підкреслити той факт, що у волоссі хворих на ІМ ІІ групи, порівняно з контролем, також зареєстроване вірогідне збільшення вмісту трьох токсичних елементів: хлору (в 2,3 разу) та важких металів – свинцю (в 1,6 разу) і ртуті, що є свідченням потрапляння в їх організм ксенобіотиків з невиробничих джерел (екологічний чи побутовий вплив, куріння).

Проведено аналіз середньогрупових та індивідуальних рівнів концентрації окремих елементів у волоссі осіб групи контролю та хворих двох різних професійних груп у порівнянні з їх припустимими значеннями згідно даних літератури (табл. 2).

Таблиця 2

Частка осіб у двох професійних групах та групі контролю, у волоссі яких вміст деяких ессенціальних і токсичних елементів перебуває поза межами норми

Примітка:

І група – професії, пов’язані з дією ксенобіотиків;
ІІ група – професії, непов’язані з дією ксенобіотиків.

* достовірність між показниками І групи та групи контролю P< 0,05
** достовірність між показниками І та ІІ групи – P< 0,05
*** достовірність між показниками ІІ групи та групи контролю P< 0,05

Встановлено, що на відміну від обстежуваних ІІ групи та контролю, у хворих зі «шкідливими» професіями (І група) середній вміст стронцію і калію значно перевищує їх максимально припустимі значення (відповідно, в 1,9 та 1,5 разу). При цьому, рівень хімічно високоактивного та високотоксичного елементу стронцію виявився вищим за верхню межу припустимої норми у понад половини хворих, професії яких пов’язані з дією ксенобіотиків (І група) – 16 осіб (57,1%), калію – у 60,7% з них (17 осіб), що достовірно частіше, ніж в ІІ професійній групі і в контрольній. В ІІ групі таких хворих зареєстровано, відповідно, двоє (18,2%) та один (9,1%), а в контрольній – по одному для кожного з цих елементів (4,3%), P< 0,05.

Водночас, знижений вміст кальцію у волоссі обстежуваних осіб, що не досяг мінімально нормального значення, достовірно частіше відмічається у хворих ІІ групи, а саме – у 2/3 з них (63,6%, 7 осіб). Серед осіб І групи і контролю низький вміст кальцію у волоссі зареєстрований лише у третині випадків, відповідно, – у 28,6% (І) і 26,1% (контроль), P< 0,05. Щодо нижчого за мінімально припустимі значення рівні селену, то серед хворих на ІМ двох професійних груп він зустрічався достовірно частіше (відповідно, у 82,1% (І) та 72,7% (ІІ) випадків), ніж серед практично здорових осіб групи контролю (43,5%), P< 0,05.

Відмічено тенденцію до вищого, ніж в групі контролі, середнього рівня миш’яку і ртуті у волоссі хворих на інфаркт міокарда (ІМ) двох професійних груп. При цьому середній вміст цих важких металів у волоссі хворих на ІМ перевищував і їх максимально припустимі значення згідно даних літератури. Так, підвищений рівень миш’яку спостерігався у більш ніж третини хворих І і ІІ груп [відповідно, у 12 осіб, 42,9% (І) і 4 осіб, 36,9% (ІІ)], що достовірно частіше ніж в групі контролю (3 осіб, 13,0%), P< 0,05; ртуті – у чверті осіб І групи (27 осіб, 5,0%) та більш ніж половини хворих ІІ групи (6 осіб, 54,5%), і при цьому – у жодного з осіб групи контролю, P< 0,05.

У волоссі всіх обстежених осіб не було виявлено таких ессенціальних металів, як срібло і ванадій, а також деяких токсичних елементів – барію, сурми, олова і титану. Різниця середніх рівнів інших хімічних елементів, знайдених у волоссі хворих на ІМ двох груп і здорових осіб, достовірності не досягла.

Відповідно отриманим результатам дослідження можна констатувати, що:

• найвищий ступінь «хімічного забруднення» організму відмічається у хворих на ІМ, чиї професії пов’язані з дією ксенобіотиків. У їх волоссі виявлено достовірно вищий, ніж в групі контролю і групі пацієнтів без шкідливих професій, рівень важких металів (заліза, міді, марганцю, хрому, кадмію, свинцю), токсичних легких металів (стронцію і рубідію), калію, брому і хлору. Майже у 2/3 з них середній вміст калію і стронцію в 1,5-1,9 разу перевищив максимально припустимі значення.
• у хворих на ІМ, які не мали професійно шкідливої праці, також виявлені достовірно вищі ніж в контрольній групі рівні трьох токсичних елементів – хлору (в 2,3 разу), свинцю (в 1,6 разу) і ртуті, що є свідченням потрапляння в їх організм ксенобіотиків з невиробничих джерел (екологічний вплив, куріння).
• незалежно від професійної приналежності, у пацієнтів з ІМ спостерігається низький вміст протекторного елементу селену, середній рівень якого у волоссі не досяг мінімально припустимого значення.
• наявність у хворих на ІМ достовірно вищого ніж у здорових осіб рівня окремих ессенціальних і токсичних елементів можна розглядати в якості доказу існування безпосереднього причинно-наслідкового зв’язку між впливом ксенобіотиків та розвитком коронарної патології в осіб до 50 років, особливо при відсутності або слабкій вираженості у них традиційних факторів ризику.

Список літератури знаходиться в редакції.