VARIATIONS IN BIOCHEMICAL COMPOSITION OF HUMAN SALIVA DEPENDING ON THE REGION OF ACCOMMODATION

Full Text

Воздействие загрязненной окружающей среды на состояние здоровья населения и уровень адаптации к этим условиям, а также к условиям, меняющимся в связи с переездом на новое место жительства, необходимо оценивать с учетом территориальных признаков. К признакам территориальной принадлежности относятся: климатическая зона, рельеф местности, наличие либо отсутствие водных ресурсов, степень антропогенных нагрузок, плотность населения и многие другие. Отсюда следует, что заболеваемость человека напрямую зависит от состояния окружающей среды, уровня и характера ее загрязнения. Рядом авторов сделан вывод о прямой связи между структурой патологических процессов среди населения и эколого-географической характеристикой региона проживания (Карпин и др. 2003; Гудков и др. 2012; Агаджанян и др. 2013). Территория Российской Федерации объединяет девять федеральных округов, протяженность и площадь которых значительно отличаются. Публикации экологической и медико-экологической направленности посвящены в основном Центральному и быстроразвивающемуся в последние 3-5 лет Дальневосточному федеральным округам (Нифонтова 2006). Однако экология Южного Урала, Западной Сибири и прилегающего к ним Северного Казахстана, входящих в число наиболее промышленно развитых, а потому проблемных в экологическом смысле территорий проживания населения, в научной литературе рассматривается ограниченно. На этих территориях сформирована крупнейшая база отечественной металлургии, электроэнергетики и машиностроения. Нарушение экологического благополучия региона отражается на состоянии здоровья, особенно на показателях минерального обмена, состоянии иммунной системы (Скальный 2004; Кожин, Владимирский 2013; Луговая и др. 2015). В качестве показателей, характеризующих физиологическое состояние организма и связанных с ним адаптационных показателей, можно использовать клинико-биохимические параметры организма, которые обычно определяются по крови, однако более перспективным является использование слюны (Носков 2008; Бельская 2015). Исследование слюны по многим клинико-биохимическим показателям имеет преимущества по сравнению с рутинными методами лабораторной диагностики с использованием крови, полученной из пальца или из вены. Этот биоматериал широко используется не только в клинической практике, но и при гигиенических и токсикологических исследованиях, а также для изучения фармакодинамики лекарственных средств и в специальных научных целях (Кочурова, Козлов 2014). При использовании слюны в качестве биоматериала в клинической лабораторной диагностике необходимо учитывать тот факт, что нормальные значения большинства показателей биохимического состава слюны существенно зависят от половозрастных особенностей (Nagler, Hershkovich 2005; Бельская и др. 2014) и динамики суточных колебаний (Бельская 2014). Однако зависимость биохимического состава слюны от региона проживания до настоящего времени широко не обсуждалась (Ушницкий и др. 2014). Цель настоящего исследования - изучить влияние региональных особенностей на биохимический состав слюны. Материалы и методы В исследовании принимали участие 50 здоровых добровольцев - студентов 1-го курса Омского государственного медицинского университета (25 мужчин, 25 женщин, возраст 18,71±0,62 лет), проживавших в течение последних 5 лет на территории г. Омска, г. Кургана, Республики Казахстан и ХМАО (Ханты-Мансийск, Нижневартовск, Сургут, Лангепас). Количество образцов, принадлежащих каждой региональной группе, составило 17,9; 39,3; 10,7 и 32,1% соответственно. Пробы слюны собирали в утренние часы (время максимальной секреции) в течение 10 минут, после чего центрифугировали при 7000 об/мин. Во всех образцах определяли рН, концентрацию ионов кальция, фосфора, хлоридов, содержание альбумина, имидазольных соединений и активность щелочной фосфатазы (Камышников 2009; Бельская и др. 2015). Статистическая обработка проводилась с использованием пакета программ Statistica 6.0 (StatSoft). Рассчитывали среднюю арифметическую величину (М), стандартную ошибку от средней арифметической (m). В зависимости от формы распределения применяли два вида статистических критериев: параметрические (t - критерий Стьюдента) и непараметрические (U - критерий Вилкоксона). Различия считали статистически значимыми при p˂0,05. Результаты На первом этапе исследования проводили определение показателей минерального обмена, а именно: концентрации ионов кальция, неорганического фосфора и хлоридов (табл. 1). Таблица 1 Показатели минерального обмена в зависимости от региона проживания Параметр Р. Казахстан г. Курган г. Омск ХМАО рН 6,56±0,14 6,73±0,33* 6,10±0,07** 6,63±0,16 Кальций, ммоль/л 0,92±0,06** 1,41±0,14 1,54±0,36* 0,95±0,23 Фосфор, ммоль/л 4,73±0,42 4,76±0,86 6,85±1,01* 3,86±0,71** Хлориды, ммоль/л 18,60±1,91** 24,47±3,31 25,68±1,94* 24,32±2,36 Ca/P 0,195±0,014** 0,296±0,016* 0,224±0,036 0,246±0,032 Примечание. * - максимальное значение, ** - минимальное значение. Как видно из приведенных данных (табл. 1), минеральный состав слюны существенно варьирует в зависимости от региона проживания добровольцев. Наблюдаются локальные минимумы и максимумы значений изучаемых показателей, причем они неравномерно распределены по исследуемым группам. Так, максимальное значение кислотности среды отмечено для жителей Кургана, минимальное - для жителей Омска. Показатели минерального состава выше в г. Омске по содержанию кальция, фосфора и хлоридов, тогда как минимальные значения не сгруппированы по региональному признаку: минимальный уровень кальция и хлоридов характерен для жителей Республики Казахстан, фосфора - для ХМАО. Для диагностики различных патологических состояний большое значение имеет установление количественного соотношения между содержанием кальция и неорганического фосфора. Показано (табл. 1), что данное соотношение также существенно отличается в региональных пределах, причем отличия между группами с минимальным и максимальным значением данного показателя составляют 51,8% (p˂0.05). Дальнейший эксперимент включал определение содержания альбумина, имидазольных соединений и активности щелочной фосфатазы (табл. 2). Таблица 2 Биохимические показатели слюны в зависимости от региона проживания Параметр Респ. Казахстан г. Курган г. Омск ХМАО Альбумин, ммоль/л 0,294±0,126 0,144±0,040** 0,333±0,099* 0,204±0,082 Имидазольные соединения, ммоль/л 0,508±0,045* 0,392±0,069 0,267±0,064** 0,303±0,035 Щелочная фосфатаза, Е/л 20,3±1,6** 53,0±3,2* 31,5±2,1 26,6±1,4 Примечание. * - максимальное значение, ** - минимальное значение. Установлено, что для жителей Республики Казахстан отмечен максимальный уровень имидазольных соединений и минимальная активность щелочной фосфатазы, для г. Кургана - минимальное содержание альбумина на фоне максимальной активности фосфатазы (табл. 2). В слюне жителей г. Омска содержание альбумина максимально, тогда как уровень имидазольных соединений понижен. Для ХМАО не отмечено экстремумов ни по одному из исследуемых параметров. Региональные особенности биохимического состава слюны подтверждаются методами многомерной статистики (дискриминантный анализ, Statistica 6.0). На диаграмме рассеяния канонических значений (рис. 1) выделяются поля, соответствующие выбранным для изучения регионам, при этом наиболее выражены различия между добровольцами г. Кургана и остальными группами, поскольку наблюдается смещение точек соответствующих групп по разные стороны относительно вертикальной оси (относительно 0). Смещение по разные стороны относительно горизонтальной оси позволяет провести дифференциацию между жителями г. Омска и Р. Казахстан от жителей ХМАО. Дифференцировать между собой добровольцев г. Омска и Р. Казахстан не представляется возможным с использованием перечня параметров, определяемых в данном исследовании. По результатам обработки дискриминантным анализом можно сформировать соответствующие функции классификации (табл. 3). Показано, что функции классификации включают одинаковое количество переменных (параметров) для каждой группы, однако коэффициенты регрессии в каждой функции различны (табл. 3). Каждая функция позволяет вычислить вес классификации при подстановке значений соответствующих параметров, и по максимальному весу соответственно определить, к какой группе наиболее вероятно может быть отнесен объект. Таким образом, это определяет возможность дифференциации данных групп между собой. Обоснованность включения определяемых параметров слюны в формирование функций классификации подтверждается данными расчета уровня значимости. Показано, что значение всех коэффициентов соответствует р˂0,05, что свидетельствует об избыточности данных переменных для предложенной модели дискриминации. Рис. 1. Результаты сравнения биохимического состава образцов слюны в зависимости от региона проживания Таблица 3 Функции классификации в зависимости от региона проживания Параметр Коэффициенты регрессии p-уровень Р. Казахстан г. Курган г. Омск ХМАО рН 625,5 647,41 619,48 590,36 0,0014 Кальций, ммоль/л 96,54 108,36 91,15 97,44 0,0052 Фосфор, ммоль/л 30,30 31,15 30,76 28,50 0,0052 Хлориды, ммоль/л 62,63 68,57 59,78 62,18 0,0076 Альбумин, ммоль/л -969,79 -1041,20 -654,67 -934,12 0,0007 Имидазольные соединения, ммоль/л 1539,28 1598,54 1496,25 1441,87 0,0002 Щелочная фосфатаза, Е/л -0,97 -0,63 -1,10 -0,72 0,0173 Константа -2766,47 -2994,72 -2702,32 -2482,21 0,0014 Обсуждение результатов Перечень определяемых показателей выбран таким образом, чтобы получить максимально полную оценку биохимических особенностей организма добровольцев. Так, кальцию принадлежит важная роль в осуществлении процессов жизнедеятельности: он влияет на проницаемость биологических мембран, участвует в нервно-мышечной проводимости, формировании костей и хряща, воздействует на обмен веществ в клетках, секрецию гормонов, биологически активных веществ, является важным фактором свертывания крови. Неорганический фосфор представляет собой один из компонентов кислоторастворимой фракции фосфора, включающей в себя также пирофосфаты (АТФ, АДФ и др.), гексозо-, глицерофосфаты и т.д. Ионы хлора являются наиболее важными осмотически активными ионами плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости, клеточного содержимого. Альбумин выполняет три основные функции: создает коллоидно-осмотическое давление плазмы (и других биологических жидкостей), служит богатым и быстро реализуемым резервом белка и транспортным средством, благодаря альбумину во многом регулируется как водный, так и минеральный обмен. Щелочная фосфатаза - фермент, присутствующий в каждом органе, - локализуется в клеточной мембране и участвует в процессе транспорта биологически важных соединений. Имидазольные производные включают аминокислоту гистидин и ее метаболиты (гистамин, уроканиловая кислота и др.) и характеризуют протеолиз белков слюны и протекание воспалительных процессов. Из литературных данных известны средние значения перечисленных выше параметров, определенные без учета региональных особенностей (Бельская и др. 2014). В частности, нормальное значение рН слюны составляет 6,92±0,16 единицы для женщин, 6,82±0,22 - для мужчин. При сравнении с полученными данными видно, что соответствующие значения для г. Курган и ХМАО близки к норме, тогда как для г. Омска значения понижены. Результатом смещения рН слюны в более кислую область является изменение ее минерального состава. Так, при подкислении растет растворимость эмали зубов, что может привести к росту концентрации кальция и неорганического фосфора в слюне, что и наблюдается для жителей г. Омска. При смещении рН в более щелочную область наблюдается обратная тенденция. Для добровольцев г. Кургана характерно максимальное значение кислотности среды, что соответствует максимальному минерализующему потенциалу, который косвенно оценивается по соотношению Ca/P. Минимальный минерализующий потенциал соответствует самому низкому содержанию кальция и приходится на жителей Р. Казахстан. Следует отметить, что нормальный уровень кальция в слюне охватывает диапазон 1,0-2,0 ммоль/л, средние значения 1,16±0,13 и 1,22±0,22 ммоль/л для женщин и мужчин соответственно. В связи с чем видно, что для жителей ХМАО и Р. Казахстан содержание кальция находится ниже нормы и, вероятно, нуждается в коррекции. Тогда как уровень кальция жителей Омска и Кургана соответствует норме. Для неорганического фосфора диапазон нормальных значений шире (3,2-8,1 ммоль/л), поэтому результаты его определения во всех исследуемых регионах находятся в пределах нормы. Однако для ХМАО уровень фосфора близок к нижней границе нормы, на что следует обратить внимание при планировании профилактических мероприятий. То же самое можно отнести и к содержанию хлорид-ионов, нормальным считается диапазон концентраций 11,3-28,3 ммоль/л. Тем не менее, видны отличия по содержанию хлоридов между субъектами Российской Федерации и Р. Казахстан. Можно предположить, что причину отличий биохимического состава слюны следует искать в экологической обстановке, а также климатических особенностях регионов проживания. Так, например, вода, потребляемая жителями Кургана, имеет высокую степень природной минерализации, а также превышение ПДК по марганцу, железу, цинку, сульфатам, хлоридам, нитратам, нефтепродуктам (Природные ресурсы… 2015; Доклад об экологической ситуации … 2015). Аналогично для г. Омска наблюдается устойчивая загрязненность воды р. Иртыш трудно- и легко окисляемыми органическими веществами, соединениями меди и железа, неустойчивая загрязненность соединениями цинка, отмечены единичные случаи превышения ПДК азота аммонийного, соединений марганца и фенолов (Доклад об экологической ситуации… 2015). В связи с этим для городов Омска и Кургана характерен более высокий уровень содержания минеральных веществ в слюне. Одной из причин более низкого содержания кальция в слюне жителей ХМАО можно считать меньшее употребление в пищу продуктов, богатых кальцием, а также климатические особенности, способствующие меньшему его усвоению. Нормальное содержание альбумина составляет 0,110-0,480 ммоль/л, и для всех регионов полученные значения попадают в данный диапазон. При этом существенно выделяется г. Курган, для которого концентрация альбумина минимальна. В целом, уровень альбумина характеризует резервы организма, поэтому низкое содержание может являться результатом интенсивного воздействия на организм факторов окружающей среды. Известно, что уровень загрязнения атмосферы в г. Кургане характеризуется как высокий и определяется значением СИ (стандартный индекс, наибольшая измеренная в городе максимальная разовая концентрация любого вещества, деленная на ПДК), равным 10,0 для бенз(а)пирена; НП (наибольшая повторяемость, процент превышения любым веществом в городе), равной 16,6% для формальдегида и 83% для бенз(а)пирена. Дополнительным фактором является изменение места жительства, в связи с чем напряжение адаптивных систем еще больше снижает данный показатель. Жители г. Омска не задействуют резервы альбумина для адаптации, поэтому содержание альбумина в данной группе максимально, хотя и не превышает верхние границы нормы. По содержанию имидазольных производных следует выделить жителей Р. Казахстан, остальные группы близки между собой, однако минимальное содержание отмечено в г. Омске. По-видимому, наиболее существенное изменение климатических факторов при переезде из Р. Казахстан в г. Омск приводит к интенсификации воспалительных процессов, особенно в период межсезонья, когда были проведены исследования. Минимальное содержание имидазольных веществ совпадает с группой, не нуждающейся в адаптации, поэтому данный параметр можно использовать для мониторинга процесса адаптации иногородних студентов. Одним из чувствительных индикаторов действия факторов стресса являются ферменты, отражающие физиологическое и биохимическое состояние организма и его адаптационные возможности. Ферменты, в частности щелочная фосфатаза, являются одним из быстро реагирующих звеньев биохимического гомеостаза на действие внешних факторов, в качестве которых можно рассматривать переезд на новое место жительства. Наименьшая активность щелочной фосфатазы отмечена для жителей Р. Казахстан, что коррелирует с максимальным уровнем имидазольных соединений. Вероятной причиной является большее стрессовое воздействие, связанное с адаптацией, культурными и языковыми различиями, что требует дополнительного напряжения. С учетом действия климатических факторов активность ферментов может снижаться до критического минимума. Максимальная активность щелочной фосфатазы отмечена для жителей г. Кургана, что свидетельствует о большем запасе энергетических ресурсов, обеспечивающих адаптацию. Если принять во внимание, что для данной группы характерен самый низкий уровень альбумина, можно предположить, что более высокий адаптивный потенциал добровольцев данной группы обусловлен использованием резервов организма. Несмотря на удовлетворительную адаптацию организм студентов из г. Кургана нуждается в поддержке и восстановительных мероприятиях. Жители ХМАО в связи с переездом в климатически более благоприятную зону адаптируются более легко, что видно по отсутствию экстремальных значений исследуемых биохимических параметров и их максимальной близости к соответствующим значениям для жителей г. Омска. Таким образом, несмотря на то, что значения определяемых биохимических параметров соответствуют диапазону нормальных величин, наблюдаются локальные минимумы и максимумы для отдельных групп, что необходимо учитывать при формировании критериев нормы и патологии в том или ином регионе. Перспективным направлением является определение минерального состава слюны, активности ряда ферментов, уровня альбумина и имидазольных соединений для оценки адаптационного потенциала людей, меняющих регион проживания, во избежание возникновения патологических процессов.

About the authors

L. V. Belskaya

Omsk State Technical University; KhimServis Limited Liability Company

Candidate of Chemical Sciences (PhD), Associate Professor of Department of chemical technology and biotechnology, Director of science

A. I. Grigoriev

Omsk State Pedagogical University

Doctor of Biological Sciences (Grand PhD), professor, the Head for the Department of Ecology and Environmental Management

S. P. Shalygin

Omsk State Medical University

Cadidate of Chemical Sciences (PhD), Associate Professor Chemistry

References

Supplementary files