ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

ЄВСТАФЬЄВА ІРИНА АНДРІЇВНА

УДК 612.8 + 612.1– 058.86 : 614.7

ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ ЦЕНТРАЛЬНОЇ НЕРВОВОЇ ТА СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМ У ЗВ’ЯЗКУ ЗІ ВМІСТОМ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ В ОРГАНІЗМІ ПІДЛІТКІВ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Сімферополь - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат біологічних наук, старший

науковий співробітник,

Павленко Володимир Борисович,

доцент кафедри фізіології людини і тварин і біофізики

Таврійського національного університету

ім. В.І. Вернадського

Офіційні опоненти - доктор біологічних наук

Василенко Дмитро Артурович,

провідний науковий співробітник Інституту

фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України

доктор біологічних наук, професор

Русяєв Валентин Федорович,

Кримський державний медичний університет

ім.С. І. Георгієвського, завідувач кафедрою біофізики

Провідна установа - Київський національний університет імені Тараса Шевченка (кафедра фізіології)

Захист відбудеться 28.05.2003 р. о 13-30 годині на засіданні спеціалізованої ради К 52.051.04 в Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського за адресою: вул. Ялтинська, 4, 95007, м. Сімферополь.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету В. І. Вернадського за адресою: вул. Ялтинська, 4, 95007, м. Сімферополь.

Автореферат розісланий 26.04.2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради К 52.051.04 В.С. Мартинюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність тeми. В оцінці несприятливих впливів на організм людини, обумовлених забрудненням довкілля, у наш час відбувається переорієнтація зі звичних гігієнічних підходів на дослідження стану здоров'я людини загалом, у тому числі, донозологічних змін, адаптаційних можливостей організму людини, груп чи осіб популяцій (Трахтенберг І.М., Коршун М.Н., 2001).

Найбільш перспективним напрямком у кількісній оцінці припустимого впливу хімічних речовин є функціональне обстеження груп екологічного ризику в сполученні з даними біомоніторингу, що дозволяє безпосередньо оцінити ступінь забруднення внутрішнього середовища організму і міру впливу такого забруднення на фізіологічні функції. До груп ризику, насамперед, відносяться діти, в динаміці здоров'я яких в останні роки відзначаються досить істотні негативні тенденції (Дьякович М.П., Єфімова Н.В., 2001).

Серед різних захворювань, у тому числі й екологічно обумовлених, особливе місце займають захворювання серцево-судинної і нервової систем, як найбільш типові наслідки впливу на людину негативних чинників урбанізованого і техногенного середовища (Екологія..., 1998; ВОЗ, 1996). Для цих типів середовищ характерні широкі загальні спектри забруднювачів, серед яких особливе місце займають важкі метали. Існує значна кількість досліджень, що свідчать про інтенсивний негативний вплив підвищеного вмісту важких металів на нервову і серцево-судинну системи тварин і людини (Зербіно Д.Д., Соломенчук Т.Н., 2002)

Більшість досліджень у цій галузі присвячено вивченню ефектів впливу важких металів при моделюванні цих впливів в експериментах на тваринах (Трахтенберг І.М., 2000; Desi et al., 1997; Arito et al., 1983), при професійних контактах та техногенних аваріях (Sinczuk-Walczak, Izycki,1978; Valciukas, Lilis,1982; Langauer-Lewowicka et al., 1989), у групах екологічного ризику (Murata et al., 1998; Grandjean et al., 2001; Grandjean, 1999), тобто в умовах, коли має місце надходження в організм значних кількостей забруднювачів. Проте у даний час, вірогідно, більш актуальним є вивчення ранніх адаптаційних змін в організмі при фоновому забрудненні середовища важкими металами, тобто впливі, якому в існуючих умовах піддана значна частина населення. З цією метою ВООЗ рекомендує використання біомаркерів експозиції та ефекту, що дозволяє безпосередньо виявити вплив присутнього в організмі забруднювача на функціональний стан організму і, таким чином, зосередитися на ранньому визначенні негативного впливу і фізіологічному обґрунтуванні припустимих навантажень. При цьому джерела забруднення внутрішнього середовища можуть бути різними (їжа, повітря, вода) і їх встановлення є, власне, завданням гігієнічних досліджень. Серед біомаркерів ефекту для нервової системи найбільш інформативними визнані результати психологічного тестування, характеристики фонової ЕЕГ і викликаних ЕЕГ-потенціалів (Гігієнічні..., 1996). Особливо важливим у зазначеному вище контексті є оцінка впливів фонового забруднення важкими металами на стан функціональних систем людського організму, що розвивається, тобто дітей та підлітків.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися згідно з планами науково-дослідної роботи кафедри фізіології людини та тварин і біофізики та кафедри теорії і методики фізичної культури Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за програмою: “Психофізіологічне дослідження моделі оптимізації навчально-виховного процесу в середній школі”, (№ держ. реєстрації 0101U005768 (2001-2006)), “Розробка методичних основ моніторингу психічного та фізичного здоров'я учнів (№ держ. реєстрації 0101U005768 2001-2002)), та кафедри нормальної фізіології Кримського державного медичного університету ім. В.І. Георгієвського за програмою: “Вивчення механізмів адаптації організму в екологічно несприятливих умовах” (№ держ. реєстрації 0196U006751 (1997-2001)), “Фізіологічні підходи до екологічного ризику для здоров'я” (№ держ. реєстрації 0102U006172 2002-2006). Ці напрямки представлені в комплексній міжгалузевій програмі “Здоров’я нації” (2002-2011) і національній програмі “Діти України”.

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи було встановлення зв’язків між показниками функціонального стану центральної нервової і серцево-судинної систем та вмістом важких металів в організмі підлітків.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:

1. Визначити вміст важких металів (Hg, Cd, Pb) у фізіологічно стабільних тканинах (волоссі) вибіркових контингентів підлітків.

2. Виявити особливості функціонального стану центральної нервової системи, пов’язані з вмістом важких металів, згідно з електрографічними показниками.

3. Визначити психофізіологічний статус підлітків тестованих груп і його особливості в зв'язку зі вмістом важких металів в організмі.

4. Провести дослідження функціонального стану серцево-судинної системи тестованих в спокої і після фізичного навантаження.

5. Оцінити значимість такого фактору, як рівень важких металів в організмі, для функціонального стану серцево-судинної системи.

Наукова новизна одержаних результатів

- Отримано нові дані, що доповнюють уявлення про фізіологічні механізми адаптації організму до підвищеного вмісту важких металів в організмі при фоновій експозиції.

- Вперше в натурних дослідженнях показано, що вміст ртуті, свинцю і кадмію при фоновій експозиції справляє функціонально значимі впливи на вищі психічні функції, характеристики ЕЕГ і викликаних потенціалів, вміст ртуті і кадмію - на функціональний стан серцево-судинної систем підлітків. Виявлено, що найбільш широкий спектр дії на дані системи характерний для ртуті, причому істотні кореляції показників діяльності цих систем із вмістом ртуті виявляються вже при значеннях останнього нижче рівня умовної норми.

- Виявлено більш високу чутливість центральної нервової системи в порівнянні із серцево-судинною до підвищеного вмісту в організмі важких металів.

- Показано, що підвищений вміст металів-забруднювачів справляє найбільш істотний вплив на психологічні характеристики особистості в тих випадках, коли виявляється аналогічний вплив на відповідні цій характеристиці ЕЕГ- кореляти.

- Виявлено, що, незважаючи на специфіку фізіологічної дії різних металів, має місце їхній односпрямований вплив на порушення балансу процесів збудження і гальмування (у бік збільшення збудливості).

- Виявлено, що підвищення концентрацій важких металів в організмі в межах умовної норми викликає компенсовані зміни функціонального стану серцево-судинної системи, що виявляються при наявності функціонального навантаження.

Теоретичне та практичне значення роботи. Результати даної роботи є певним внеском в теоретичні основи, що розкривають фізіологічні механізми адаптації організму до дії важких металів при фоновій експозиції. Виявлено, що такий фактор, як вміст в організмі підлітків важких металів у межах умовної норми чи при незначному її перевищенні, є в більшості випадків фізіологічно значущим. Ступінь цієї значимості залежить від виду металу і чутливості системи організму до даного забруднювача. Найбільш чутливою до дії важких металів є центральна нервова система (в порівнянні із серцево-судинною системою). Практичне значення результатів роботи полягає в тому, що отримані дані дозволяють кількісно оцінити, а у певних випадках – і переглянути, припустимі межі впливу важких металів на стадії адаптаційних змін у організмі дітей та підлітків. Це є внеском у концепцію критичних навантажень при екологічному нормуванні, методичні підходи до якого активно розробляються останнім часом в міжнародній практиці.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно виконала експериментальне дослідження показників стану центральної нервової і серцево-судинної системи, психологічне тестування дослідженої групи підлітків, статистичну обробку матеріалів та піддала аналізу і обговоренню одержані результати. Внесок співавторів у спільних публікаціях відобразився: в визначенні мети та завдань на деяких етапах дослідження; участі у вигляді консультацій, корекції та перекладу тексту статті в окремих випадках, визначенні вмісту важких металів у волоссі та проведенні досліджень інших систем.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були представлені на I Республіканській конференції молодих учених Криму (Сімферополь, 2000), обговорювалися на наукових конференціях Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського (Сімферополь, 1999, 2000, 2001, 2002), на Міжнародній конференції “Культура здоров'я як предмет освiти” (Херсон, 2000), на 7-й міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні досягнення валеологіі та спортивної медицини” в Одесі (2001), на Всесвітньому Форумі “Children’s Environmental Health II: A Global Forum for Action” у Вашингтоні (2001), на Всеукраїнській науковій конференції “Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі та патології” у Києві (2002), на семінарі “Назустріч Києву-2003”, а також на робочих нарадах у рамках Конвенції про транскордонні переноси атмосферних забруднювачів у Пущіно (1999), Братиславі (2001), Кишиневі (2001), Судаку (2002), Берліні (2002).

Публікації. Результати роботи відображено в 11 наукових статтях та 10 тезах конференцій, з яких 8 статей – у журналах ВАК, 2 – у робочих матеріалах Міжнародних експертних нарад.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, опису методів дослідження, одержаних результатів, їх обговорення, висновків та списку використаних джерел (211 найменувань). Робота викладена на 130 сторінках, ілюстрована 12 рисунками та містить 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність проблеми дослідження впливу важких металів на функціональний стан нервової і серцево-судинної систем у дітей, обгрунтовано вибір об’єкта та предмета дослідження, сформульовані мета, завдання роботи та принципові методи їх вирішення, розкрито наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, описано форми апробації та подано структуру дисертації.

Розділ “Огляд літератури” включає в себе три підрозділи, в яких дається теоретичний і методологічний аналіз проблеми вивчення впливу забруднювачів довкілля (зокрема важких металів) на людину, розкриті відомі ефекти впливу важких металів на стан функціональних систем організму та інформативність фізіологічних методів щодо оцінки такого стану.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Об’єкт досліджень. Об'єктом дослідження були дві групи підлітків (хлопчиків), котрі тривалий час перебували у зонах ризику в аспекті екологічної безпеки. Стандартне медичне обстеження не виявило у них істотних відхилень у стані здоров’я. Перша група навчалася в школі, яка знаходилася поблизу недіючого міського смітника. У цьому районі у ґрунті було виявлене перевищення вмісту ртуті. Друга група підлітків навчалася в одній із шкіл м. Сімферополя, яка знаходилася в мікрорайоні з інтенсивним автомобільним рухом.

Обстеження стану центральної нервової системи і психологічне тестування було виконане у 72 підлітків у віці 14-15-ти років. Обстеження стану серцево-судинної системи було проведене у 51 підлітка 15-ти років.

Функціональний стан визначали відповідно 30 фізіологічним і 14 психологічним показникам стану центральної нервової системи (ЦНС) і відповідно 12 показникам діяльності серцево-судинної системи (ССС).

Біомоніторингове обстеження. Визначення вмісту свинцю і кадмію у фізіологічно стабільних тканинах (волоссі) обстежених підлітків проводили з використанням рентгено-флуоресцентного методу, вміст ртуті – атомно-абсорбційного методу у лабораторії аналітичної хімії і моніторингу токсичних речовин Інституту медицини праці АМН України (м. Київ).

Електрофізіологічне та психофізіологічне обстеження. Обстеження стану центральної нервової системи полягало в реєстрації 30 параметрів ЕЕГ і зв’язаних з подією ЕЕГ-потенціалів (ЗПП) – компонентів викликаних потенціалів P1, N1, P2, умовної негативної хвилі (УНХ) і позитивного потенціалу Р300. Відведення й аналіз ЕЕГ і ЗПП здійснювалися з використанням стандартних методичних прийомів за допомогою автоматизованого комплексу, що складається з електроенцефалографа ЕЕG-16S і комп'ютера IBM PC/AT. ЕЕГ-потенціали відводили монополярно, у точках С3 і С4 згідно з системою “10-20” (Шагас Ч., 1975). Індиферентним електродом служили об'єднані датчики над сосцевидними відростками черепа. При реєстрації ЕЕГ частотні характеристики каналів складали 0,3 с - 70 Гц. Канали ЕЕГ-16S, які використовували для реєстрації ЗПП, модифікували для збільшення постійної часу, що склала 10 с, верхня межа смуги пропущення – 30 Гц, активність відводили хлорсрібними електродами.

На початку записували фонову ЕЕГ та ритм пульсу. Розраховували нормовану спектральну амплітуду дельта-, тета-, альфа-, бета- ритмів правої та лівої півкуль при заплющених та відкритих очах (в мкВ2/Гц та мкВ/Гц відповідно). Для аналізу ЕЕГ і ритму пульсу застосовували програму POLYGRAPH. Протягом одного досліду записували 60 спектрів ЕЕГ лівої і правої півкуль (40 з заплющеними, 20 з відкритими очима). Кожний спектр відображував відрізок ЕЕГ тривалістю 2,56 с.

На наступній стадії реєстрували ЗПП, використовуючи програму ERP. Програма забезпечувала ситуацію, що практично збігалась із класичною УНХ-парадигмою – автоматизоване пред’явлення пар звукових стимулів (попереджуючого та імперативного) і вимагала від тестованого моторної реакції (натиск на кнопку правою рукою) з максимально можливою швидкістю після другого з них. Про успішне виконання завдання тестований дізнавався із сигналів зворотнього зв’язку. При цьому вмикалось світове табло, яке знаходилось на рівні очей на віддалі 1,5 м. Сигнал зворотнього зв’язку вмикався через 1 с після подачі імперативного сигналу. Загорання вертикальної риси вказувало на те, що час реакції менше 180 мс, при загоранні горизонтальної риси – час реакції більше 180 мс (Павленко В.Б., 2000).

Психологічне тестування включало опитування за системою Айзенка (підлітковий варіант) для оцінки темпераменту підлітків; тестування за таблицями Шульте, що використовуються для визначення особливостей уваги та з використанням проективної методики “Будинок, дерево, людина”, що застосовується для вивчення якостей особистості (Альманах..., 1996).

Обстеження серцево-судинної системи. Стан серцево-судинної системи оцінювали згідно з 14 показниками, що реєструвалися за допомогою комп'ютерної реографії в стані фізіологічного спокою і після стандартного фізичного навантаження (W150) на велоергометрі. Для кожного показника розраховували відносну амплітуду (ВА) зміни після фізичного навантаження згідно з формулою ВА = (Х1-Х0) / Х0, де Х0 – значення показника у стані фізіологічного спокою, Х1 – його значення після фізичного навантаження.

Для реєстрації показників центральної кардіогемодинаміки використовували реоаналізатор РА5-01. Електроди накладали згідно з методикою тетраполярної грудної реографії: струмові (J і J') електроди - на голову і пояс, потенційні (U і U’) - на шию і груди на рівні мечоподібного відростка (Пушкар Ю.Т., 1986). Для визначення вегетативного тонусу за методом варіаційної пульсометрії Р.М. Баєвського (1974) аналізували ритм серцевих скорочень, для чого реєстрували сигнали пульсотахографа з фотоелектричним показником та піддавали їх комп’ютерному аналізу з використанням відповідних програм. Вегетативний тонус визначали шляхом розрахунку індексу напруги.

Статистичну обробку результатів робили за допомогою непараметричного кореляційного аналізу, за Спірменом.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Середні значення згаданих вище елементів у волоссі тестованих (табл.1) загалом знаходилися в межах умовної норми, але для кадмію і свинцю середні значення наближалися до верхньої межі умовної норми (Мжельска Т.І., Ларський, 1983; Ревич Б.А., 1990; Valkonic V., 1988), а індивідуальні значення для окремих тестованих у ряді випадків перевищували їх майже удвічі.

Таблиця 1

Концентрація металів-забруднювачів у волоссі досліджуваних підлітків (мкг/г)

Елемент | Концентрація

Мінімальна | Максимальна | Середня + станд. відхилення | Межі умовної норми

Hg (ртуть) | 0,06 | 0,3 | 0,1340,07 | 0-2

Pb (свинець) | 1,3 | 7,4 | 3,432,01 | 0-5

Сd (кадмій) | 0,79 | 4,75 | 2,590.68 | 0-2,7

З табл. 1 видно, що варіативність концентрацій металів–забруднювачів у волоссі підлітків досліджених групи була приблизно п’ятиразовою. Розподіли індивідуальних значень цих параметрів у межах групи відповідали нормальному закону (перевірка по критерію Колмогорова-Смірнова). Причинами зазначеної варіативності всіх металів можуть бути різна тривалість безпосередніх контактів окремих тестованих із джерелами забруднення, особливості харчування, індивідуальні особливості метаболізму, тощо; для кадмію додатковим фактором є палення (Авцин та ін., 1991).

Про фізіологічну значимість металів судили за кількістю і щільністю кореляційних зв'язків, що приведені в табл. 2-5. Дані таблиць дозволяють констатувати, що досліджувані метали мають істотно різну значимість і визначальну фізіологічну специфіку в аспекті їх впливів на фізіологічні та психофізіологічні показники.

Насамперед, звертає увагу широкий спектр фізіологічної дії ртуті. Варто особливо підкреслити ту обставину, що її вміст у тканинах підлітків дослідженої групи не тільки не виходив за межі умовної норми, але і був близьким до її нижньої межі. Значне число функціональних показників усіх досліджених систем демонструвало високо достовірну залежність від рівня ртуті в організмі. Іншими словами, навіть надто незначне збільшення її рівня в межах умовної норми зумовлює помітні зміни як широкого спектра електрофізіологічних і психофізіологічних характеристик, так і функціонального стану системи гемодинаміки. Широкий спектр біологічної дії й особливо висока токсичність ртуті знайшли своє відображення у даних літератури (Шуригін В.К., Рудченко Н.Б., 1998). Проте, як нам здається, при цьому увага до ефектів ртуті при її концентрації в межах умовної норми була явно недостатньою.

Рівень кадмію у дослідженій групі був достовірно значимим тільки для одного із ритмів ЕЕГ (потужність дельта-ритму) і мав тенденцію у зв’язку з потужністю гама-ритму, з латентним періодом Р2 і з ворожістю, таким чином практично не зумовлював помітних впливів на психофізіологічні параметри та ЕЕГ-феномени. У той же час серцева діяльність була досить чутлива до його присутності.

Рівень свинцю істотно впливав на деякі характеристики ЕЕГ (гама-ритм) і ЗПП, що характеризують когнітивні функції мозку. У той же час рівень цього важкого металу у дослідженому діапазоні концентрацій не виявляв достовірних кореляцій з психологічними характеристиками особистості і станом серцево-судинної системи.

Таким чином, якщо оцінювати значимість забруднення важкими металами для функціонального стану досліджуваних систем за кількістю показників, що корелюють з рівнями цих металів, то найбільш значні впливи демонструє ртуть, потім кадмій і свинець.

У той же час розраховані нами значення щільності кореляційних зв'язків були вищими у свинцю і кадмію (0,42r0,65) і дещо нижчими – у ртуті (0,35r0,59). Як видно, такий розподіл обумовлений не тільки різною токсичністю досліджених металів, але і різним рівнем їх вмісту в організмі. Так, середні значення вмісту металів у порівнянні з умовною нормою для обстеженої групи школярів розподіляються від більш високих до низьких таким чином: кадмій, свинець, ртуть. При цьому для перших двох металів ці значення наближаються до верхньої межі умовної норми, що означає помітне перевищення нормативних значень для значної частки підлітків з числа тестованих.

Сосовно фізіологічних систем, які виявили найбільшу чутливість до присутності в організмі металів-забруднювачів, то найбільша реактивність виявлялася з боку ЦНС.

Електрофізіологічні показники діяльності мозку. Найбільш чуттєвими до рівнів важких металів у організмі були ЕЕГ-показники – потужність низькочастотних (для ртуті і кадмію) і високочастотних ритмів ЕЕГ (для свинцю). Середньочастотні ритми (альфа-) виявляли таку чутливість тільки до вмісту ртуті в організмі (табл.2).

Таблиця 2

Дані кореляційного аналізу вмісту важких металів і нормованої амплітуди ЕЕГ-активності

Показники | Hg | Pb | Cd

-ритму ліворуч (очі закриті) | ** (-) | **(-)

-ритму праворуч (очі закриті) | ***(-)

-ритму ліворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму праворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму ліворуч (очі закриті) | ** (-)

-ритму праворуч (очі закриті) | ***(-)

-ритму ліворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму праворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму ліворуч (очі закриті) | *** (-)

-ритму праворуч (очі закриті) | **** (-)

-ритму ліворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму праворуч (очі відкриті) | **** (-)

-ритму праворуч (очі закриті) | * (-)

-ритму праворуч (очі відкриті) | * (-)

-ритму праворуч (очі закриті) | ** (+) | * (+)

-ритму праворуч (очі відкриті) | ** (+) | * (+)

-ритму ліворуч (очі відкриті) | ** (+)

Примітка (тут і далі): * означає наявність позитивного (+) чи негативного (-) кореляційного зв'язку при рівнях довірчої імовірності “*” – 92-94%, “**” –95-97%; “***”– 98-99%; “****” – 99-99,9 %.

Очевидно, у цьому відображається деяка специфіка фізіологічної значимості різних важких металів. Іншими словами, для ртуті характерним був її вплив на низько- і середньочастотні компоненти ЕЕГ, у той час як для свинцю – на коливання ЕЕГ високочастотного діапазону.

При цьому спостерігався прямий зв'язок для високочастотних ритмів і зворотний - для низькочастотних ритмів ЕЕГ, що врешті-решт призводить до принципово подібних змін функціональних властивостей мозку. Певне ослаблення низькочастотних і посилення високочастотних ритмів ЕЕГ при збільшенні вмісту металу-забруднювача може сприяти зміні балансу нервових процесів у бік збільшення інтегральної збудливості ЦНС.

Загалом отримані результати добре узгоджуються з описаними в літературі експериментальними даними і заснованими на них уявленнями про механізм впливу ртуті на вищі відділи ЦНС. Ослаблення процесу внутрішнього гальмування і перевага збуджувальних процесів в корі і підкіркових відділах спостерігаються при концентраціях ртуті в повітрі нижче гігієнічних нормативів у 2-3 рази (Трахтенберг, 1987).

Наші результати також можуть бути зіставлені з даними натурних досліджень, коли зміни характеристик ЕЕГ спостерігали при впливі парів ртуті на робітників певних професій (Sinczuk-Walczak H., Izycki G., 1978), і експериментальними даними, що свідчать про залежність параметрів електрокортикограми, яку реєстрували одночасно в сомато-сенсорній, зоровій і слуховій корі, від дози і тривалості впливу ртуті (Desi I. et al., 1997).

У відношенні ЗПП (табл.3), що також виявили очевидну чутливість до рівня металів-забруднювачів, можна відзначити наступне: найчастіше позитивний кореляційний зв'язок виявлявся для латентного періоду таких компонентів, як Р2, Р300 і N1, що може свідчити про зменшення швидкості реагування й ослаблення уваги (Шагас Ч., 1975). Підтвердженням цьому може бути високо достовірне (p0,001) зниження часу сенсомоторної реакції при підвищенні вмісту ртуті.

Відомо, що метилртуть і свинець можуть зумовлювати комплексні зміни характеристик викликаних потенціалів (Lilis et al., 1985). Особливо показовий в цьому аспекті латентний період хвилі Р300, який реєстрували у зоровій і слуховій корі. Цей параметр виявляв зв'язок зі вмістом ртуті і свинцю при впливі останніх у низьких дозах (Araki S., Murata K., 1993; Murata K. et al., 1999; Murata K. et al, 2002).

Досить різноманітний характер зв'язку інших характеристик ЗПП зі вмістом металу, того чи іншого, очевидно, не можна інтерпретувати однозначно. Однак, принаймні, зрозуміло, що в цьому випадку мова може йти про можливий вплив металу на процеси, пов'язані з увагою.

Таблиця 3

Дані кореляційного аналізу вмісту важких металів і показників ЗПП-потенціалів

Показники | Hg | Pb | Cd

Латентний період Р2 (праворуч) | **** (+) | * (+)

Латентний період Р2 (ліворуч) | * (+)

Латентний період Р300 (ліворуч) | *** (+) | * (+)

Латентний період Р300 (праворуч) | *** (+)

Амплітуда N1P2 праворуч | * (-)

Латентний період N1 ліворуч | *** (+)

Латентний період N1 праворуч | * (+)

УНХ ліворуч | ** (+)

Час реакції | *** (+)

У літературі існує низка припущень щодо механізмів впливу токсичних металів на мозкові процеси, але ці гіпотези грунтуються на нечисленних експериментальних даних (Garcia-Arenas et al., 1999; Falkous et al., 1995; Gupta, Shukla, 1997; Zheng, 2001). Показано, що низькі дози хлориду кадмію, хлориду метилртуті й ацетату свинцю викликають різні зміни біогенних амінів у корі і стовбуровій частині мозку, що може зумовлювати ранні прояви негативних впливів на функції ЦНС та передує появі нейротоксичних ефектів (Hrdina P. et al., 1976). Іони важких металів дозозалежно інгібують активність лізосомальних і цитоплазматичних протеїназ і пептидаз (Falkous et al., 1995), зв'язуються з базовими протеїнами миєліна в ЦНС, причому найбільшу здатність до такого зв'язування має ртуть (Berlet et al., 1994). Вважають, що дія свинцю на функції мозку може бути пов'язана з його впливом на елементи мікроциркуляторного русла (Garcia-Arenas et al., 1999), а кадмій на клітинному рівні блокує адренергічні і холінергічні синапси (Сooper G. Et al., 1978) та ушкоджує ліпіди мозку (Gupta et al., 1997).

Нейрохімічна стабільність мозку лежить в основі нормальної розумової діяльності, навчання і поведінки (Zheng W., 2001). Виявлена у даному дослідженні функціональна значимість важких металів для процесів, що відбуваються в ЦНС, може, насамперед, віддбражатись на вищій нервовій діяльності. У зв'язку з цим було проведено психологічне тестування ряду характеристик і якостей особистості і аналіз результатів такого тестування у зв'язку зі вмістом важких металів в організмі.

Психологічне тестування. За кількістю достовірних кореляційних зв'язків найбільш значимим фактором для психологічних властивостей особистості є вміст ртуті (табл.4).

Таблиця 4

Дані кореляційного аналізу вмісту важких металів і психологічного тестування

Показники | Hg | Pb | Cd

Почуття неповноцінності | ** (-)

“Психічна стійкість” | ** (-)

“Здатність до залучення у роботу ” | * (+)

Невротизм | * (+)

Ворожість | ** (+) | * (+)

Серед психологічних характеристик особистості найбільш чуттєвими до вмісту важких металів виявилися ворожість (Hg, r=0,41; Cd, r=0,43), почуття неповноцінності (Hg, r=-0,39), “психічна стійкість” (Hg, r=-0,41). Чим вище був вміст ртуті в організмі, тим більше була виражена ворожість і тем менше “психічна стійкість” і почуття неповноцінності. Більш виразній ворожості сприяв і більш високий рівень кадмію в організмі.

Згідно з даними психологічного дослідження, так само як і при ЕЕГ- дослідженні, простежується деяка специфіка фізіологічної значимості ртуті в порівнянні з кадмієм і свинцем. Так, для ртуті характерний вплив як на характеристики якостей особистості, так і на динаміку працездатності, уваги, і навіть, деякою мірою, на темперамент підлітків. Тобто, при усіх видах психологічного тестування були виявлені ознаки, що корелюють зі вмістом ртуті. У відношенні до інших металів такі ознаки були виявлені тільки для кадмію і лише при використанні проективної методики “Будинок, дерево, людина”, що застосовується для вивчення якостей особистості.

Зміни когнітивних функцій відзначені і в школярів, що проживають у сільській місцевості, у яких виявлена кореляційна залежність між рівнем розумового розвитку і рівнями кадмію та свинцю у волоссі (Tharer R., 1982). У дослідженнях В.О. Розанова і співавт. (2000) була знайдена очевидна тенденція до зниження успішності навчання дітей при підвищенні рівня свинцю в крові і поява низки порушень інтелектуально-мнестичної сфери, особливо таких, як погане запам'ятовування шкільного матеріалу, порушення здатності до зосередження, проблеми з увагою. Рівень свинцю в організмі щурів, незважаючи на його низький вміст, корелював із більшою тривожністю, інтенсивнішою руховою активністю і меншою здібністю до виконання важких навчальних задач. Цікаво, що виконання легких завдань в контрольній і дослідній групах не відрізнялося (Winneke et al., 1977). На підставі широких еколого-медичних досліджень зроблено висновок, що зниження здатності до навчання виникає при наявному рівні свинцю в крові 60 і більше мкг/% (Chisholm J., 1985).

Комплексне вивчення психологічних характеристик і об’єктивних функціональних особливостей мозкових процесів, так званих нейрофізіологічних корелятів, має очевидну наукову цінність і доказовість. Отримані нами результати розрахунку кореляційних зв'язків між вмістом металів-забруднювачів, психологічними характеристиками тестованих і їх нейрофізіологічними корелятами дозволили в більшості випадків підтвердити об'єктивний характер виявлених залежностей. Так, характеристики працездатності і уваги водночас були пов’язані з вмістом ртуті (див.табл.4) і характеристиками ЗПП (r=-0,30, p0,05) та потужністю дельта-ритму ЕЕГ (r=-0,30, p0,05 для “здатності до залучення у роботу”; r=0,31, p<0,04 для “психічної стійкості”), які також залежали від рівню ртуті в організмі (див.табл.2-3). І ворожість (r=-0,36, p0,02), і почуття неповноцінності (r=0,27, p0,07) демонстрували достовірний або близький до нього зв’язок з потужністю низькочастотних ритмів ЕЕГ, які у свою чергу також були пов’язані з вмістом ртуті. Така ж закономірність спостерігалася і стосовно невротизму. Іншими словами, кореляційний зв'язок психологічної характеристики з вмістом важкого металу спостерігався в тому випадку, коли цей зв'язок мав місце і для відповідного електрофізіологічного кореляту. Привертає увагу, що у випадку відсутності достовірної залежності фрустрації від вмісту ртуті, такий зв’язок мав місце для її корелятів (потужність низькочастотних ритмів ЕЕГ), а графічне відображення взаємозалежності ворожості, фрустрації та вмісту ртуті демонструвало, що максимальний рівень ворожості був у тих підлітків, які мали не тільки високий вміст ртуті, але і високий рівень фрустрації (рис.1). Ця обставина підтвержує перспективність і важливість використання інтегративних індексів фізіологічних ефектів важких металів ніж тільки кореляцій між окремими фізіологічними показниками і рівнем металу (Valciukas J.A., Lilis R., 1982).

Рис. 1. Зв’язок рівня ворожості, фрустрації зі вмістом ртуті у волоссі підлітків

Таким чином, отримані в нашому дослідженні дані про позитивний зв'язок латентних періодів ЗПП, негативний зв'язок потужності низько- і середньочастотних ритмів ЕЕГ і позитивний зв'язок потужності високочастотних ритмів із рівнем наявності металів саме і можуть бути тією фізіологічною основою, на якій розвиваються визначені помітні зміни психічних властивостей.

Обстеження серцево-судинної системи. У стані фізіологічного спокою достовірного зв'язку зі вмістом важких металів в організмі тестованих не було. У той же час надання фізичного навантаження дозволило виявити чутливість ряду показників функцій серцево-судинної системи до присутності ртуті і кадмію (табл. 5).

Таблиця 5

Дані кореляційного аналізу вмісту важких металів і функціональних показників серцево-судинної системи

Функціональні показники | Hg | Pb | Cd

Хвилинний об’єм кровотоку у спокої (МО) | *** (+)

Амплітуда хвилинного об’єму після фізичного навантаження (МО2-1) | ** (+)

Серцевий індекс у спокої (СІ) | ** (+)

Амплітуда серцевого індексу після фізичного навантаження (СІ2-1) | *** (+)

Робота серця у спокої (РБ) | * (+)

Амплітуда загального периферійного опору після фізичного навантаження (ОПС2-1) | *** (-)

ВА ОПС | **** (-)

Частота серцевих скорочень у спокої (ЧСС) | * (+) | ** (+)

Амплітуда частоти серцевих скорочень після фізичного навантаження (ЧСС2-1) | ** (+) | **** (+)

ВА ЧСС | ** (+) | ** (+)

Тривалість серцевого циклу в спокої (ДСЦ) | * (-) | ** (+)

Амплітуда тривалості серцевого циклу після фізичного навантаження (ДСЦ2-1) | ** (+)

ВА ДСЦ | * (-) | ** (+)

Характер виявлених кореляційних зв'язків дозволяє впевнено констатувати, що у дітей з більш високим вмістом ртуті в організмі спостерігаються більш значне збільшення ЧСС і менш значна зміна ОПС при фізичному навантаженні (тобто менш виражені адаптаційні зміни судинного тонусу). Відомо, що фізичне навантаження призводить до збільшення ЧСС і зниження судинного тонусу працюючих м'язів (Амосов Н.І., Бендет Я.М., 1989; Дубровський В.І, 1999). Менш виражена зміна ОПС у дітей із більш високим вмістом ртуті може говорити про підвищення симпатичного тонусу, тобто останній досить помітно залежить від рівня ртуті. На користь цього свідчить і наявність достовірного прямого кореляційного зв'язку між індексом напруги, за Баєвським, і рівнем ртуті в організмі (р0,03), виявлене в стані фізіологічного спокою при реєстрації ЕЕГ ЗПП. Такий висновок узгоджується з повідомленнями інших дослідників (Трахтенберг І.М., 1990).

За кількістю кореляційних зв'язків рівень кадмію можна вважати найбільш значимим для функціонального стану серцево-судинної системи, однак його значимість носить досить вузьконаправлений характер. Ця фізіологічна специфічність виявляється тільки стосовно показників діяльності серця, а саме його хронотропної функції, у той час як вміст ртуті був значимим і для стану судинної системи. Літературні дані містять вказівки на здатність кадмію прямо і досить істотно (в порівнянні з іншими металами, зокрема зі свинцем) впливати на м'яз серця. Цю особливість автори пов'язують з різною здатністю металів блокувати SH-групи білків (Чекунова М.П. та ін.,1983).

Варто зазначити, що і кадмій, і ртуть сприяють більшій виразності позитивного хронотропного ефекту при фізичному навантаженні. Але якщо для вмісту ртуті виявлена достовірна залежність індексу напруги, за Баєвським, то для вмісту кадмію такий зв'язок не виявлено. Можливо, цю обставину можна розцінювати, як непряме свідчення різних механізмів впливу цих металів. Для ртуті такий вплив може бути реалізованим через системи регуляції, тобто через симпатичну систему (що підтверджується і літературними і власними даними про вплив ртуті на центральну нервову систему). Для кадмію таким механізмом може бути прямий вплив на збудливі властивості автономної системи регуляції серця. Так, відомо, що кадмій пригнічує активність кальмодуліну (Vig et al.,1991), впливає на трансмембранні системи транспорту Na+ и K+ (Lijnen et al,1991).

Таким чином, отримані нами результати дозволяють довести, що в стані фізіологічного спокою не виявляється будь-яких істотних зв'язків функціональних показників судинної системи зі вмістом ртуті, свинцю і кадмію в організмі в низьких дозах (в межах умовної норми). Однак функціональне навантаження виявило такий зв'язок для ртуті і кадмію, що може свідчити про наявність компенсованої напруги адаптації і відповідає теоретичним уявленням про механізми пристосування до тривалої дії низьких доз важких металів та інших ксенобіотиків (Трахтенберг, 1990).

Отримані результати свідчать також про те, що при підвищенні вмісту важких металів навіть в межах умовної норми має місце схильність до підвищення симпатичного тонусу, тобто до появи напруги механізмів адаптації. Останнє при тривалій дії даного та інших факторів ризику може привести до певних патологічних проявів.

Це може, очевидно, деякою мірою прояснити суперечливий характер літературних даних про вплив екологічної ситуації на захворюваність системи кровообігу в дітей. При незначному рівні екологічно несприятливі обставини можуть не позначатися помітно на підвищенні захворюваності, але вони негативно впливають на стан адаптаційної здатності організму дітей (Зайцева Н.В. та ін., 1993; Неудахін Є.В., Луцький Л.М., 1995). Пряме вимірювання кількості гормонів адаптації у відповідних вибірках тестованих підтверджує такий висновок (Ревазова О.О, 1993).

ВИСНОВКИ

1. Дослідження функціональних особливостей центральної нервової і серцево-судинної систем у 72 підлітків у віці 14-15 років, які тривалий час перебували у зонах екологічного ризику, виявило кореляційну залежність низки показників стану цих систем від кількості ртуті, свинцю і кадмію у фізіологічно стабільних тканинах (волоссі). Найбільш широкий спектр фізіологічної дії серед токсичних металів був характерний для ртуті.

2. Виявлено кореляційний зв'язок потужності частотних компонентів ЕЕГ із вмістом токсичних металів: позитивний із потужністю високочастотних ритмів (свинець, кадмій) і негативний - із потужністю низько- і середньочастотних ритмів (ртуть, кадмій). Щільність кореляційних зв'язків коливалася від слабкої до середньої (0,35r0,65) при імовірності 91-99,3%. Досліджені токсичні метали справляли односпрямовану дію на баланс процесів збудження і гальмування у ЦНС у бік збільшення збудливості центральних структур.

3. Більш високий вміст важких металів супроводжувався збільшенням латентних періодів викликаних ЕЕГ-потенціалів N1, Р300 (ртуть), Р2 (кадмій, свинець); варто вважати, що вміст ртуті, свинцю і кадмію впливає на нейрофізіологічні процеси, пов'язані з переробкою інформації в центральній нервовій системі.

4. При більш високому вмісті важких металів в організмі в більшій мірі були виражені такі психологічні риси особистості, як ворожість (Hg, r=0,41; Cd, r=0,43), невротизм (Hg, r=0,37), і менше “психічна стійкість” (Hg, r=-0,41), почуття неповноцінності (Hg, r=-0,39). При цьому вміст ртуті виявився значимим фактором для показників усіх видів психологічного тестування, характеризуючих якості особистості, динаміку працездатності, увагу і темперамент підлітків.

5. Порівняльний аналіз значимих зв’язків психологічних характеристик особистості і їх нейрофізіологичних корелятів із вмістом важких металів в організмі показав їх наявність з рівнем присутності металів у тих випадках, коли така залежність виявлялася для відповідного електрографічного кореляту. Такі співвідношення можуть свідчити, що вплив вмісту металу на дані психічні особливості опосередковується зміною функціональних властивостей мозку.

6. Залежність функціональних показників серцево-судинної системи від рівня ртуті і кадмію виявляла себе тільки після фізичного навантаження тестованих, що свідчить про компенсаторну адаптацію до присутності важких металів в організмі, в середньому, в межах норми. При цьому із вмістом ртуті був виявлений зв'язок як для показників серцевої діяльності (ЧСС, p0,03:, СИ, p0,02, МО, p0,03), так і для стану судинної системи (ОПС, p0,01), у той час як вміст кадмію виявився значимим тільки для хронотропної функції серця (ЧСС, р0,002; ДСЦ, p0,04). Наявність достовірного зв'язку індексу напруженості, за Баєвським, із вмістом ртуті (r=0,51, p<0,03) дозволяє вважати, що ймовірним механізмом впливу ртуті, присутньої в низьких дозах, на серцево-судинну систему є підвищення симпатичного тонусу, у той час як значимість вмісту кадмію для хронотропної функції серця в більшій мірі може бути пов'язана з безпосереднім впливом цього металу на збудливі властивості автономної системі регуляції серця і міокарда.

7. Результати кореляційного аналізу зв’язків