Значение минеральных элементов для здоровья человека

Ранжирование канцерогенных веществ. Канцерогенным называется вещество (фактор), воздействие которого достоверно увеличивает частоту возникновения доброкачественных и/или злокачественных опухолей в популяции человека и/или животного и/или сокращает период развития этих опухолей.

Мировой опыт по изучению канцерогенной опасности различных веществ суммируется в монографиях Международного агентства по изучению рака (МАИР).

Главным критерием канцерогенной опасности вещества для человека являются наличие контакта с этим веществом, экспериментально полученные данные о его канцерогенности, результаты эпидемиологических исследований, проведенных по методу «случай-контроль», или когортных исследований.

МАИР ранжирует изученные соединения по 4 группам:

Группа 1 — вещества, роль которых в возникновении опухолей у человека безусловно доказана. В эту группу включено 66 веществ, в том числе мышьяк, никель, асбест, хром (VI), винилхлорид, бензол, радон и продукты его распада. Группа 2 разделена на две подгруппы:

- к подгруппе 2А отнесено 60 веществ, канцерогенный эффект которых для животных имеет высокую степень доказательства, а для человека — ограниченные доказательства (например, бенз(а)-пирен, бериллий и его соединения, формальдегид, кадмий);

- к подгруппе 2В отнесено свыше 230 веществ, с определенной степенью вероятности вызывающих рак у человека, т. е. их канцерогенность для человека убедительно не доказана при отсутствии свидетельств, полученных в результате опытов на животных (кобальт, ацетальдегид, бензин автомобильный, четыреххлористый углерод и др.).

К группе 3 относятся вещества, которые не могут быть классифицированы в отношении их опухолеродной активности для человека.

К группе 4 относятся неканцерогенные для человека вещества.

Заключения экспертов МАИР носят информационный, рекомендательный, а потому не обязательный для государств характер. В связи с этим практически все развитые страны готовят или уже приняли свои национальные перечни канцерогенных веществ, которые на их территории имеют юридическую силу.

В 1991 г. перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека, введен и в нашей стране.

В 1998 г. Комиссией по канцерогенным факторам при Минздраве России подготовлен и с февраля 1999 г. введен в действие новый перечень. Он явился одной из составных частей создаваемой в настоящее время нормативно-правовой базы для проведения реальной профилактики злокачественных новообразований. Перечень включает 56 соединений с доказанной для человека канцерогенностью и 45 соединений, вероятно канцерогенных для человека.

Следует подчеркнуть, что признание вещества канцерогенным еще не означает неизбежности возникновения опухоли в результате контакта с ним. Реальная опасность зависит от многих факторов, важную роль среди которых играют два: канцерогенная активность этого соединения и концентрация (доза) вещества, с которым контактирует человек. Канцерогенность химических соединений может различаться в миллионы раз.

Значительную канцерогенную опасность представляют полициклические ароматические углеводороды. Индикатором этой группы признан бенз(а)пирен, обладающий высокой канцерогенной активностью и стабильностью в окружающей среде.

Канцерогенные полициклические ароматические углеводороды широко распространены в окружающей среде, их образование связано с чрезвычайными ситуациями — вулканической деятельностью, пожарами, а также процессами нефте-, угле- и сланцеобразования.

Основными техногенными источниками полициклических ароматических углеводородов являются промышленность и транспорт. Содержание бенз(а)пирена в воздушном бассейне нашей страны колеблется от 0,02 до 150 нг/м3.

Повышенный уровень бенз(а)пирена отмечается вблизи автомагистралей. В районе расположения промышленных предприятий его содержание в почве может достигать 300 мкг/кг. В пробах овощей, выращенных в промышленном районе, бенз(а)пирен может присутствовать в концентрациях до 30 мкг/кг.

Более 14 млн чел. в России проживает на территориях с повышенным содержанием бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, в частности, в 24 городах со сталелитейным производством и 30 городах с нефтеперерабатывающими заводами или крупными ТЭЦ.

Полициклические ароматические углеводороды вызывают опухоли кожи, легких, бронхов, молочной железы, желудка и других органов. При поступлении в организм бенз(а)пирена в комбинации с некоторыми веществами (сернистым газом, оксидами азота) происходит усиление канцерогенного эффекта. Установлено, что 1 нг бенз(а)пирена в 1 м3 воздуха приводит к росту заболеваемости раком легкого, равному 0,4 случая на 100 000 населения.

В России впервые установлены ПДК бенз(а)пирена. Гигиенические нормативы содержания бенз(а)пирена в атмосферном воздухе — 1 нг/м3, в воздухе рабочей зоны — 0,15 мкг/м3, в воде водоемов — 0,005 мкг/л, в почве 20 мг/кг; разработаны также ПДК бенз(а)пирена в продуктах питания.

Ароматические амины — еще одна группа химических канцерогенов. Три представителя этой группы — бензидин, 2-нафтиламин, 4-амидофенил — оказались канцерогенными для человека и служат причиной возникновения опухолей мочевого пузыря.

К группе ароматических аминов принадлежат азокрасители. Один из них — масляный желтый — использовался в некоторых странах как пищевой краситель. Выяснилось, что у крыс или мышей при добавлении в их пищу это соединение вызывает опухоли печени. Вовремя обнаружив это свойство, употребление красителя запретили.

Особого внимания среди канцерогенных веществ заслуживают канцерогенные N-нитрозосоединения (нитрозамины). Проведено тестирование на канцерогенность более 320 нитрозаминов, для 280 она подтверждена. Установлено, что они вызывают опухоли у 40 видов животных — от простейших до человекообразных обезьян. Нитрозамины оказывают как политропное, так и выраженное органотропное действие, но у большинства из них отмечается гепатотоксичность и гепатоканцерогенность. Эксперты МАИР считают, что нитрозамины следует рассматривать как канцерогенные для человека.

В окружающую среду эти вещества попадают в основном с выбросами и сточными водами промышленных предприятий (производство различных видов топлива, взрывчатых веществ, анилиновых красителей, фармацевтических препаратов), с продуктами сгорания топлива, табачным дымом.

При сжигании 1 м3 природного газа образуется до 130... 170 мкг нитрозаминов. В дыме сигарет присутствуют 4 нитрозамина в пределах 1...90 нг на сигарету. Технологическая обработка, особенно посол, копчение и консервирование, приводят к существенному увеличению содержания этих канцерогенов в продуктах питания. В копченых колбасах и сырах содержится до 25 мкг/кг нитрозаминов, а в рыбе горячего копчения — до 200 мкг/кг.

Для нитрозаминов характерна еще одна неблагоприятная особенность: они легко образуются и в природе, и в организме животных, и в растениях путем синтеза из предшественников — нитратов, нитритов, оксидов азота, аминов, амидов, которые широко распространены в окружающей среде и содержатся в организме человека.

Выявлено, что образование нитрозаминов может происходить в органах пищеварения, мочевом пузыре, легких и других органах. В организме всегда присутствует достаточное количество аминов и амидов, поэтому поступление в организм повышенных концентраций нитратов (например, с овощами и фруктами) может привести к эндогенному образованию канцерогенных нитрозаминов и развитию опухолей.

Многочисленные исследования свидетельствуют о высоком уровне содержания канцерогенных веществ химической природы в объектах окружающей среды. Полициклические ароматические углеводороды, нитрозамины и их предшественники, тяжелые металлы, винилхлорид, формальдегид, бензол и иные канцерогенные соединения являются основными загрязнителями атмосферного воздуха в городах с развитой химической и нефтехимической промышленностью. На этих территориях определены высокие антропогенные нагрузки фактических концентраций канцерогенных веществ на разные группы населения с учетом характеристики места проживания, профессиональных факторов вредности, возраста, вредных привычек.

Мониторинг онкологической заболеваемости и смертности населения. Долгое время считалось, что для всех стран мира характерна общая тенденция к неуклонному росту заболеваемости злокачественными новообразованиями и смертности от них.

Однако в конце прошлого века положение изменилось. Согласно данным ВОЗ, в последние десятилетия XX в. в ряде стран (Австрия, Великобритания, Финляндия, Швеция) отмечено снижение смертности от злокачественных новообразований, в других странах (Италия, Норвегия, Франция) — ее стабилизация. Стабилизация онкосмертности отмечена также в США.

В отличие от большинства экономически развитых стран в России продолжается рост онкологической заболеваемости населения. Если в 1992 г. новый случай заболеваемости злокачественными новообразованиями регистрировался в среднем каждую 1,6 мин, то в 2001 г. этот период сократился до 1,2 мин.

Более высокие уровни заболеваемости отмечены в центральной части России — Санкт-Петербурге, Ивановской, Ярославской, Рязанской, Псковской, Новгородской областях.

Структура заболеваемости злокачественных новообразований населения России: трахея, бронхи, легкое — 14,1 %, желудок — 10,8%, кожа — 10,7%, молочная железа — 10,0%. В структуре онкозаболеваемости мужчин на первом месте злокачественные новообразования трахеи, бронхов и легкого, затем — желудка и кожи. У женщин на первом месте — злокачественные новообразования молочной железы, затем — кожи и желудка.

В структуре смертности населения России в 2001 г. злокачественные новообразования занимают третье место после болезней сердечно-сосудистой системы, травм и отравлений.

Несмотря на меньший удельный вес злокачественных новообразований в структуре смертности женского населения по сравнению с мужским, в женской популяции они являются второй по значимости причиной смерти. В мужской популяции травмы и отравления сместили злокачественные новообразования на третье место.

Все вышесказанное свидетельствует о высокой канцерогенной нагрузке на население и необходимости проведения природоохранных и оздоровительных профилактических мероприятий.

Модель комплексной программы профилактики рака включает в себя первичную и вторичную профилактику.

Под первичной профилактикой понимается система регламентированных государством социально-гигиенических мероприятий и усилий самого населения, направленных на предупреждение возникновения злокачественных опухолей и предопухолевых состояний путем устранения, ослабления или нейтрализации воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды и образа жизни, а также путем повышения неспецифической резистентности человека.

Большое значение придается онкогигиенической профилактике. Основная ее задача — выявление и последующее устранение возможности действия на человека канцерогенных факторов окружающей среды, а также обнаружение и использование средовых факторов, снижающих опасность подобного воздействия. Многочисленные исследования позволили определить роль факторов окружающей среды в онкопатологии человека.

Региональная специфика содержания химических элементов в природной среде определяет биотические и абиотические процессы на локальных территориях, в частности урожайность и качество сельскохозяйственных культур, продуктивность и заболеваемость животных, а также заболеваемость населения через трофические цепи: растения — животные — человек.

Природно-антропогенные биогеохимические круговороты химических веществ являются причиной многочисленных изменений в состоянии здоровья населения, приводя к развитию эндемических, т. е. массовых, заболеваний, специфичных для определенной местности.

Убедительно доказаны причинно-следственные связи между заболеваемостью населения и дефицитами в природной среде йода, селена, фтора. Эти дефициты сопровождаются дисбалансом многих других жизненно необходимых химических элементов в объектах природной среды, что в свою очередь усиливает неблагоприятные тенденции в здоровье населения.

В организме человека и животных с помощью современных аналитических методов обнаружено около 70 химических элементов.

Эти элементы в зависимости от их биологического значения условно разделены на следующие группы:

• незаменимые элементы, входящие в состав ферментов, гормонов и витаминов: — О, С, Н, Са, Р, К, S, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, I, Mn, V, Mo, Co, Se;

• постоянно определяемые в животных организмах элементы, биологическое значение которых изучено еще недостаточно: Sr, Cd, F, Br, В, Si, Cr, Be, Ni, Li, Cs, Sn, Al, Ba, Rb, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Bi, Sb, U, Th, Ra;

• обнаруживаемые в организме животных и человека элементы, в отношении которых данные о количественном содержании в тканях, органах и биологической их роли отсутствуют: Nb, La, Рг, Sm, Tb, W, Re, Au.

Человек и животные получают микроэлементы из продуктов питания, воды и атмосферного воздуха.

Микроэлементы являются экзогенными химическими факторами, играющими значительную роль в таких жизненно важных процессах, как рост, размножение, кроветворение, клеточное дыхание, обмен веществ и др.

Микроэлементы образуют с белками организма специфические металлорганические комплексные соединения, являющиеся химическими регуляторами биохимических реакций. Входя в состав ферментов, гормонов и витаминов, микроэлементы выполняют роль катализаторов биохимических процессов.

В случае аномального содержания или нарушенного соотношения микроэлементов в окружающей среде (в воде, пищевых продуктах) в организме человека могут развиваться нарушения с характерными клиническими симптомами.

Токсические вещества в процессе технологической переработки с газообразными, жидкими и твердыми промышленными отходами попадают в атмосферный воздух, почву и грунтовые воды, что способствует формированию в городах и промышленных комплексах искусственных (техногенных) биогеохимических провинций, создает потенциальную возможность развития хронических интоксикаций и эндемических заболеваний населения.

К числу распространенных химических элементов земной коры относится фтор. При гигиенической оценке поступления фтора в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе должно содержаться 0,54...1,6 мг фтора (в среднем — 0,81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4...6 раз меньше фтора, чем при употреблении питьевой воды, содержащей оптимальное его количество (1 мг/л).

Фтор обнаруживается в поверхностных, грунтовых и морских водах. Питьевая вода с концентрацией фтора более 0,2 мг/л является основным источником его поступления в организм. Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким (0,3...0,4 мг/л) содержанием фтора.

Высокие концентрации фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора.

Установлено закономерное нарастание содержания фтора с севера на юг в поверхностных и грунтовых водах. Максимальные (5...27 мг/л и более) концентрации фтора определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими породами.

При систематическом использовании питьевой воды, содержащей избыточное количество фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов (крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма.

Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек. При развитии заболевания флюорозные пятна увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают ее необратимые изменения.

В тяжелых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузионный остеопороз, костные отложения на ребрах, трубчатых костях, костях таза, оссификация связок и окостенение суставов. Избыточное количество фтора снижает обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушает углеводный, фосфорно-кальциевый, белковый и другие обменные процессы, угнетает тканевое дыхание и пр.

Если избыточное количество фтора в питьевой воде вызывает эндемический флюороз, то дефицит (менее 0,5 мг/л) этого микроэлемента в сочетании с другими факторами (нетрадиционное питание, неблагоприятные условия труда и быта) вызывает кариес зубов, который способствует развитию различных заболеваний (тонзиллит, нарушение процесса пищеварения и др.)

Если аномальное количество фтора вызывает патологические нарушения в организме (эндемический флюороз, кариес зубов), то оптимальные концентрации этого микроэлемента обладают противокариозным свойством.

Эта биологическая особенность фтора послужила научной основой для разработки эффективного метода профилактики кариеса зубов — фторирования питьевой воды.

Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды приводит к снижению заболеваемости кариесом зубов (в различных возрастных группах на 25... 82 %). Повышению эффективности противокариозного действия фторированной воды способствует реализация и других профилактических мероприятий — обеспечение сбалансированного питания, улучшение условий труда и быта населения, плановая санация полости рта, гигиеническое содержание зубов и полости рта и др.

При длительном употреблении фторированной воды снижается не только пораженность кариесом зубов, но и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции.

Кобальт улучшает всасывание железа в кишечнике, катализирует процесс перехода депонированного железа в состав гемоглобина, стимулирует скорость образования эритроцитов, созревание базофильных нормобластов и поступление зрелых эритроцитов в кровеносное русло.

Являясь составной частью витамина В12, кобальт имеет важное значение в синтезе этого витамина, способствует депонированию в тканях никотиновой кислоты, витамина А. Препараты кобальта с успехом используют для лечения железодефицитных анемий у человека. В условиях недостаточного содержания в организме этого микроэлемента снижается усвоение кальция и фосфора.

Основным источником поступления марганца в организм являются пищевые продукты растительного происхождения. Марганец депонируется преимущественно в печени, а также в костной ткани, головном мозге, почках, селезенке.

В местностях, отличающихся низким содержанием марганца, у людей отмечается замедление процессов роста, нарушение формирования скелета.

Это проявляется в утолщении и укорочении костей нижних конечностей, деформации суставов.

Избыточные количества марганца в организме оказывают патогенное действие. Наблюдаются нарушения процессов кальцификации, внутренней структуры костей. Действие марганца на процессы роста и развития организма усиливается при сочетании его с другими микроэлементами — медью, цинком и кобальтом.

Молибден широко распространен в природе, он постоянно определяется в растительных и животных организмах. Молибден питьевой воды способствует снижению заболеваемости кариесом зубов. В сочетании с фтором молибден оказывает синергическое противокариозное действие (повышает усвояемость и задержку фтора тканями организма).

При избыточном поступлении молибдена в организм у человека развиваются диарея, анемия, поражение суставов, остеопороз. Эндемический очаг находится в Армении. Население страдает специфическим заболеванием — эндемической молибденовой «подагрой».

Необходимым для человека микроэлементом является цинк. Симптомы цинковой недостаточности у человека исследованы в ряде стран (Иран, АРЕ, Индия). Клинически она проявляется в задержке роста и полового развития (синдром карликовости и гипогонадизма), гепатоспленомегалии и анемии.

Применение препаратов цинка (например, сульфата цинка) способствует ускорению роста, увеличению массы тела и нормальному течению процессов полового созревания растущего организма человека. Суточная потребность в цинке детского (6... 12 мг) и взрослого (12...16 мг) организма обеспечивается за счет пищи.

Существуют местности с выраженным дисбалансом минеральных элементов, что также способствует развитию эндемических заболеваний. К их числу относится полиэлемастоз (болезнь Кашина-Бека), связанный с повышенным содержанием стронция и дефицитом селена в окружающей среде.

Болезнь Кашина-Бека — это системное костно-суставное заболевание, развивается в возрасте от 4 до 25 лет. Клинически проявляется в симметричном укорочении трубчатых костей (низкорослость), утолщении контрактурных суставов, короткопал ости, атрофии скелетных мышц.

Заболевание начинается с поражения суставного хряща, болевых ощущений в области суставов, утолщения и ограничения их подвижности. В дальнейшем нарушаются процессы окостенения (порозность костной ткани, размягчение эпифизов трубчатых костей и др.). В наиболее тяжелых случаях наступает задержка роста, атрофия мышц, гипохромная анемия.