Зависимость дефицита йода в окружающей среде от содержания тяжелых металлов в почвах и биомассе культурных растений Самарской области

 

В работе рассмотрена зависимость степени йододефицита (ЙД) от содержания микроэлементов, тяжелых металлов (ТМ) в почвах Самарской области и в биомассе культурных растений. Показано, что существует зависимость ЙД от содержания некоторых ТМ в биомассе культурных растений.

Ключевые слова: йодный дефицит, тяжелые металлы, Самарская область.

 

Введение

Самарская область представляет собой регион со сложной природной и социально-экономической структурой, включающий в себя районы с различной степенью дефицита йода — одного из наиболее важных микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности здорового организма. Уровень йододефицита (ЙД) в разных районах Самарской области отмечается от легкого до тяжелого. Недостаток йода в организме наблюдается, по данным ВОЗ, у каждого пятого жителя Земли. В их числе примерно у 740 млн. человек развивается эндемический зоб; из них у 40 млн. тяжелая форма ЙД сопровождается умственной отсталостью. Ежегодно по причине тяжелой йодной недостаточности рождается около 100 тысяч детей, страдающих кретинизмом [6, 16]. По данным литературы две трети пациентов, страдающих всевозможными нарушениями в функции щитовидной железы, страдают также различными нарушениями психики [17]. Даже небольшое отклонение от нормы тиреоидных гормонов ведут к нарушению психических и когнитивных функций [14, 15]. ЙД может вызывать весьма широкий спектр нарушений, который зависит от геохимических, социально-экономических условий проживания, особенностей питания и других факторов [2, 4].

Проявление последствий ЙД зависит от возраста. В периоде внутриутробного развития и новорожденности наблюдается высокая смертность, врожденные пороки развития, врожденный гипотиреоз; при тяжелом дефиците йода — кретинизм, глухонемота, косоглазие. Для детей характерна задержка физического и умственного развития, для подростков — юношеский гипотиреоз, ухудшение интеллектуального развития, частая заболеваемость, у девочек-подростков бывают нарушения в формировании репродуктивной функции. Для взрослого населения ЙД опасен развитием гипотиреоза или тиреотоксикоза, атеросклероза, повышенной физической и интеллектуальной утомляемостью. Женщины репродуктивного возраста, проживающие в регионе с ЙД, чаще страдают бесплодием, тяжелым течением или невынашиванием беременности, анемией. Дефицит йода является причиной снижения интеллектуального потенциала населения [5]. Одним из критериев ЙД территорий является так называемая неонатальная гипертиреотропинемия (НГТ), по уровню которой судят о степени ЙД. Таким образом, ЙД является одной из наиболее серьезных медико-социальных и экологических проблем современного общества.

Микроэлементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности живых организмов, имеют тенденцию накапливаться в среде под воздействием техногенных факторов. Избыточное их накопление негативно сказывается на растениях, животных, а также на здоровье человека [13]. Среди микроэлементов наибольший интерес представляют Cu, Zn, Mo, Co, Ni, Fe. К ним добавляются и другие элементы, поступающие в окружающую среду естественным или техногенным путем: Cd, Pb, Cr, Sr, Rb, Se и другие. Большинство перечисленных микроэлементов относятся к тяжелым металлам (ТМ) и являются наиболее опасными для живых организмов в случае накопления в окружающей среде в высоких концентрациях, но в определенных дозах большинство из перечисленных микроэлементов необходимы для нормального функционирования организмов [7, 8, 12]. Во всем мире проводятся работы по определению концентраций ТМ в воде, почве, в тканях растений и животных, в организме человека с тем, чтобы выявлять степень негативного воздействия ТМ на живые организмы [1, 3, 7, 9, 10, 11]. По данным ряда авторов [3] и по результатам исследований НИИ гигиены и экологии человека СамГМУ существует связь ЙД с избытком или недостатком некоторых ТМ и других эссенциальных элементов во внешней среде. Так дефицит меди снижает активность иодиназы, недостаток кобальта замедляет процессы гормонообразования в щитовидной железе, дефицит железа снижает активность йодпероксидазы, что уменьшает количества гормона иодтиронина. В развитии вторичной йодной недостаточности определенный удельный вес имеет дефицит селена и цинка. При увеличении концентрации свинца, никеля, хрома и марганца в окружающей среде и, соответственно, в крови человека — степень йодурии, по данным НИИ гигиены и экологии человека СамГМУ, снижается, т. е. усугубляется проблема йодной недостаточности.

В связи с изложенным выше цель настоящего исследования состояла в выявлении зависимости степени ЙД от уровня содержания в почве и биомассе культурных растений на территории Самарской области некоторых микроэлементов, в том числе — ТМ.

Зависимость йододефицита от содержания тяжелых металлов в почве

В своей работе мы сравнивали уровень ТМ (в мг/кг воздушно-сухой почвы) в почвенном покрове и средний уровень ЙД в соответствующих муниципальных районах Самарской области за период с 1999 по 2007 годы. Проанализированы данные по одиннадцати ТМ: Cu, Zn, Mn, Co, Ni, Fe, Pb, Cr, Sr, Rb, Se, — уровень которых был определен на территории 24 муниципальных районов области. В таблице 1 представлены результаты регрессионного анализа зависимости ЙД от уровня ТМ в почве. Из данных таблицы следует, что зависимость между уровнем содержания ТМ в почвенном покрове и уровнем НГТ, как критерием ЙД территорий, отсутствует.

 

Таблица 1

Коэффициенты корреляции уровня йододефицита и содержания тяжелых металлов в почвах Самарской области

Элемент, ТМ	Коэффициент детерминации, R2	Коэффициент корреляции, R
Хром	0,0093	0,096
Никель	0,0037	0,061
Свинец	0,0689	0,262
Марганец	0,0017	0,041
Железо	0,0261	0,162
Медь	0,0001	0,010
Селен	0,0052	0,072
Кобальт	0,0089	0,094
Цинк	0,0001	0,010
Рубидий	0,0308	0,175
Стронций	0,0375	0,194

 

Зависимость йододефицита от содержания тяжелых металлов в биомассе культурных растений

В своей работе мы сравнивали уровень содержания ТМ (в мг/кг воздушно-сухой массы) в культурных растениях, выращиваемых в районах Самарской области (по данным Прохоровой Н. В.) и средний уровень ЙД в соответствующих районах области за период с 1999 по 2007 годы. Проанализированы данные по восемнадцати ТМ: Cu, Zn, Mn, Co, Ni, Fe, Pb, Cr, Sr, Rb, Se, Ca, Hg, Br, As, Ti, Cd, V — уровень которых был определен на территории 21 муниципального района области в биомассе культурных растений. Проанализированы данные по 12 видам культурных растений: по овсу — в 18 районах Самарской области; по свекле обыкновенной — в 2 районах области; по гречихе — в 17 районах; по подсолнечнику — в 6 районах; по ячменю — в 20 районах; по просу — в 11 районах; по гороху — в 3 районах; по ржи — в 10 районах; по кукурузе — в 7 районах; по суданской траве — в 10 районах; по пшенице озимой — в 16 районах; по пшенице яровой — в 6 районах Самарской области. В таблице 2 представлены результаты корреляционно-регрессионного анализа зависимости ЙД от уровня содержания ТМ в биомассе культурных растений. Из расчетов исключены свекла обыкновенная и горох, т. к. измерения по ним были проведены в недостаточном количестве районов области (2 и 3 соответственно).

 

Таблица 2

Коэффициенты корреляции степени йододефицита c содержанием тяжелых металлов в биомассе культурных растений

	Zn	Mn		Fe		Ca		Cu		Hg		Br		Se		Co
Овес	0,238	0,057		0,085		0,066		0,020		0,119		0,149		0,122		0,215
Гречиха	0,277	0,547		0,114		0,309		0,135		0,349		0,020		0,100		0,020
Подсол-нечник	0,108	0,026		0,329		0.126		0,235		0,109		0,073		0,116		0,442
Ячмень	0,084	0,045		0,056		0,030		0,145		0,020		0,081		0,020		0,341
Просо	0,437	0,148		0,503		0,144		0,148		0,562		0,418		0,191		0,221
Рожь	0,326	0,292		0,297		0,707		0,112		0,033		0,042		0,489		0,223
Кукуруза	0,151	0,300		0,092		0,627		0,081		0,189		0,313		0,433		0,582
Суданск. трава	0,017	0,443		0,427		0,233		0,357		0,232		0,469		0,057		0,061
Пшеница озимая	0,487	0,035		0,156		0,479		0,441		0,032		0,196		0,309		0,051
Пшеница яровая	0,239	0,931		0,913		0,390		0,812		0,381		0,623		0,724		0,698
Овес	0,020		0,265		0,120		0,026		0,044		0,032		0,250		0,377		0,328
Гречиха	0,120		0,122		0,056		0,143		0,232		0,245		0,497		0,335		0,282
Подсол-нечник	0,579		0,401		-0,777		0,839		0,601		0,126		0,486		0,121		0,727
Ячмень	0,229		0,240		0,145		0,017		0,055		0,010		0,050		0,196		0,393
Просо	0,414		0,158		0,429		0,627		0,400		0,274		0,498		0,156		0,656
Рожь	0,072		0,395		0,641		0,305		0,487		0,062		0,118		0,397		0,148
Кукуруза	0,093		0,179		0,075		0,020		405		0,194		0,171		0,020		0,442
Суданск. трава	0,028		0,342		0,513		0,245		0,341		0,169		0,551		0,655		0,362
Пшеница озимая	0,287		0,118		0,265		0,195		0,192		0,070		0,133		0,216		0,186
Пшеница яровая	0,682		0,198		0,305		0,984		0,960		0,406		0,175		0,122		0,515

 

По результатам корреляционно-регрессионного анализа установлено, что существует определенная зависимость между уровнем НГТ, как критерием ЙД территории и ниженазванными ТМ в биомассе перечисленных культурных растений:

                    уровнем марганца в пшенице яровой;

                    уровнем железа в пшенице яровой;

                    уровнем свинца в подсолнечнике;

                    уровнем мышьяка в подсолнечнике;

                    уровнем кальция во ржи;

                    уровнем меди в пшенице яровой;

                    уровнем селена в пшенице яровой;

                    уровнем мышьяка в пшенице яровой;

                    уровнем титана в пшенице яровой;

                    уровнем ванадия в подсолнечнике.

На рис. 1–2 представлены диаграммы, иллюстрирующие результаты, представленные в таблице 2 (выборочно).

Рис. 1. Зависимость уровня йододефицита от содержания марганца в биомассе пшеницы яровой

 

Рис. 2. Зависимость уровня йододефицита от содержания железа в биомассе пшеницы яровой

 

Т.о. присутствие некоторых ТМ в ряде культурных растений влияет на величину НГТ и, следовательно, — на уровень ЙД изучаемых территорий.

В своей работе мы получили корреляции ЙД с марганцем, медью, кальцием, железом, кобальтом и селеном.

 

Литература:

 

1.                Алексеенко В. А. геохимия ландшафта и окружающая среда / В. А. Алексеенко. — М.: Наука, 1990. — 142 с.
2.                Гайтан Е. Зобогенные факторы окружающей среды // Болезни цитовидной железы. М.: Медицина, 2000. С. 359–377.
3.                Государственный доклад о состоянии окружающей среды Самарской области в 2004 году. Вып. 15 / Под ред. В. Н. Довбыша и В. К. Емельянова. — Самара, 2005. — 244 с.
4.                Дикевич Е. А., Моллаева Н. Р. Способы коррекции прсихических нарушений у детей в йододефицитном регионе. URL: http://www.rmj.ru/articles_5734.htm
5.                Зелинская Н. Б., Масенко М. Е. Йододефицитные заболевания в Украине: современное состояние проблемы и возможные пути ее решения. URL: http://www.health-ua.com/articles/2275.html
6.                Зельцер М. Е., Чувакова Т. К., Мезинова Н. Н. И др. Особенности адаптации новорожденных, родившихся у матерей с эндемическим зобом. Пробл. Эндокрин. 1994. 40 (5): 18–20.
7.                Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В. Б. Ильин. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1991. — 151 с.
8.                Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. — М.: Мир, 1989. — 439 с.
9.                Матвеев Н. М. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье / Н. М. Матвеев, В. А. Павловский, Н. В. Прохорова. — Самара: Самарский университет. 1997. — 220 с.
10.            Прохорова Н. В. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье / Н. В. Прохорова, Н.М, Матвеев, В. А. Павловский. — Самара: Самарский университет, 1998. — 131 с.
11.            Прохорова Н. В., Матвеев Н. М. Распределение тяжелых металлов в посевах важнейших сельскохозяйственных культур в Самарской области. — Самара: Самарский университет, 2006. — 141 с.
12.            Соколов О. А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды / О. А. Соколов, В. А. Черников. — Пущино: ОНТИ ПНЦ, 1999. — 164 с.
13.            Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение / под ред. М. М. Овчаренко. — М., 1997. — 287 с.
14.            Davidoff F., Gill J., Myxedema madness: psychosis as an eariy manifestation of hypothyroidism. Conn Med 1977; 41: 618–621.
15.            Hendrick V., Altshuler L., Whybrow P. Psychoendocrinologi of mood disorders: the hypothalamic-pituitarythyroid axis (1998) Psychiatr Clin North Am 21: 277–292.
16.            Hetzel B. S. Iodine and neuropsychological development. // J.Nutr. — 2000. — Vol. 130. — № 28. — P. 493–495.
17.            Sala-Roca J., Marti-Carbonell M. A., Garau A., Darbra S., Balada F. (2002) Effects of dysthyroidism in plus maze and social interaction tests. Pharmacol. Biochem. Behavior 72: 643–650.