Психофізіологічні особливості учнів різного віку у зв'язку із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в організмі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство охорони здоров'я України

Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук

14.03.03 - нормальна фізіологія

Психофізіологічні особливості учнів різного віку у зв'язку із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в організмі

Залата Ольга Олександрівна

Львів - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримському державному медичному університеті ім. С.І. Георгієвського МОЗ України.

Науковий керівник - доктор медичних наук, професор Євстаф'єва Олена Володимирівна, Кримський державний медичний університет ім. С.І. Георгієвського МОЗ України, завідувач кафедри нормальної фізіології

Офіційні опоненти

доктор медичних наук, професор, член-кореспондент АПН України Шевчук Віктор Григорович, Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця МОЗ України, завідувач кафедри нормальної фізіології

доктор медичних наук, професор Вадзюк Степан Несторович, Тернопільській державний медичний університет ім. І.Я. Горбачевського МОЗ України, директор Інституту медико-біологічних проблем, завідувач кафедри нормальної фізіології

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.А. Томашова

Анотація

біоелемент фізіологічний активність мозок

Залата О.О. Психофізіологічні особливості учнів різного віку у зв'язку із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в організмі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.03.03 - нормальна фізіологія. - Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Львів, 2009.

Дисертація присвячена визначенню особливостей психофізіологічного статусу школярів та юнаків в умовах міського середовища залежно від вмісту свинцю, стронцію та кальцію в організмі, що оцінювався за рівнем металів у волоссі. У школярів 12-15 років виявлено дефіцит кальцію, концентрація всіх металів у волоссі юнаків 18-20 років була найближчою до умовної норми. Чутливість характеристик поточної електроенцефалограми до рівня металів у організмі була більш виражена у школярів, ніж у юнаків. Кількість реагуючих ЕЕГ-потенціалів на коливання рівня металів в організмі істотно не відрізнялася в учнів різного віку. З боку психологічних характеристик найбільш чутливими до вмісту металів були особистісні характеристики, характеристики уваги та найменшою мірою показники темпераменту. Фізіологічна значущість металів по кількості корелюючих з ними показників розподілилася в порядку зменшення в такий спосіб: Pb>Sr>Ca.

Ключові слова: школярі, юнаки, свинець, стронцій, кальцій, метали, електроенце-фалографія, ЕЕГ-потенціали.

Аннотация

Залата О.А. Психофизиологические особенности учащихся разного возраста в связи с содержанием свинца, стронция и кальция в организме. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.03 - нормальная физиология. - Львовский национальный медицинский университет имени Данилы Галицкого, Львов, 2009.

Диссертация посвящена натурному исследованию особенностей психофизиологического статуса городских учащихся разного возраста в связи с содержанием свинца, стронция и кальция в организме, который оценивали у 74 школьников 12-13 и 14-15 лет, 50 студентов 18-20 лет разного уровня тренированности, проживающих в г. Симферополе. Психофизиологический статус учащихся оценивали посредством регистрации текущей ЭЭГ-активности, вызванных и связанных с событием потенциалов (ВП, ССП); психологического тестирования. Перечисленные методы признаны наиболее точными для изучения раннего неблагоприятного воздействия химических веществ на организм и дают достаточно полное и объективное представление о функциональном состоянии нервной системы и тонких психических процессов, а также прежде других реагируют на неблагоприятное воздействие внешней среды.

Уровень металлов в волосах у всех обследуемых определяли с помощью рентген-флуоресцентного анализа. Данные биомониторингового и функционального обследования нервной системы, психологических характеристик учащихся обрабатывали с помощью непараметрического корреляционного анализа по Спирмену.

У школьников 12-13 и 14-15 лет установлено дефицитное содержание кальция. У юношей-медиков 18-20 лет средняя концентрация кальция находилась на уровне нижней границы условной нормы, а у их тренированных сверстников в границах нормы. Половые различия в содержании биоэлементов заключались в достоверно более высоком содержании стронция (p<0,01) и кальция (p<0,05) у девочек 12-13 лет.

Чувствительность ритмических характеристик текущей ЭЭГ к уровню металлов в организме была более выражена в возрасте 12-13, 14-15 лет, чем в 18-20 лет, а также у спортсменов по сравнению с физически нетренированными студентами. Влияние всех металлов на базовые характеристики ЭЭГ было однонаправленным в разных возрастных группах и заключалось в снижении возбудимости нервной системы при увеличении внутреннего содержания металлов в организме за счет уменьшения спектральной мощности или преимущественно высокочастотных, или всех частотных диапазонов. Физиологическая значимость металлов по числу коррелирующих с ними ЭЭГ- характеристик распределилась в порядке убывания следующим образом: свинец>стронций>кальций.

Корреляционный анализ характеристик ВП, ССП с содержанием металлов в волосах обследуемых учащихся обнаружил наличие зависимости между ними во всех возрастных группах. Количество реагирующих ВП, ССП на колебания металлов в организме существенно не отличалось у испытуемых разного возраста, однако у школьников 12-13 лет корреляционные связи были установлены преимущественно для ВП и компонентов условно негативной волны, а у подростков и юношей и для когнитивных потенциалов мозга (потенциал Р300). Характер влияния всех металлов во многих случаях был однонаправленным в разных возрастных группах и заключался в увеличении латентного периода и амплитуд ВП у школьников 12-13, 14-15 лет и уменьшении амплитуд условно негативной волны и потенциала Р300 в возрасте 15-20 лет при повышении уровня металлов в организме. В возрасте 12-15 лет и у систематически тренирующихся юношей максимальным нейротропным действием обладали свинец и стронций, а у нетренированных юношей преимущественно стронций и кальций.

Наиболее чувствительными к присутствию в организме исследуемых биоэлементов были личностные характеристики, затем показатели внимания и в последнюю очередь параметры темперамента. Среди показателей внимания коэффициент «эффективность работы» в 12-13 лет прямо, а в остальные возрастные периоды (14-20 лет) - обратно зависел от уровня свинца и стронция. Свинец был наиболее физиологически значимым для психологических характеристик школьников 12-15 лет; в 18-20 лет он не оказывал влияния на психологические характеристики личности у нетренированных испытуемых, и, напротив, выявился значимым у регулярно тренирующихся юношей. Вторым по значимости для психологических характеристик был стронций, а в наименьшей степени - кальций.

По результатам настоящего исследования установлено, что свинец, стронций и кальций в пределах фоновых концентраций, выявленных в условиях городской среды у учащихся в возрасте 12-20 лет, имеют более определенную физиологическую значимость для нейрофизиологических, чем для психологических характеристик.

Ключевые слова: учащиеся, свинец, стронций, кальций, металлы, электроэнцефалография, вызванные, связанные с событием потенциалы, нервная система.

Summary

Zalata O.A. Psychophysiological peculiarities in pupils of different age related to the lead, strontium and calcium content in an organism. - Manuscript.

Dissertation seeking the scientific degree of Candidate of Medical Sciences by the specialty 14.03.03 - Normal physiology. - Lviv National Medical University named after Danilo Halytsky, Lviv, 2009.

The dissertation to devote definition psychophysiological peculiarities the pupils and students at condition of urban environment, depend on content lead, strontium and calcium in organism with estimate by level of metals in hairs. In pupils of 12-15 years deficiency of calcium has been revealed, the level of metals in hair of students of 18-20 age were at the normal limits. Sensitivity of rhythmic characteristics current electroencephalography to a level of metals in organism has been more expressed in the pupils, than the students. Quantity of correlations between EEG-potentials and the contents of metals did not differ in all age groups. The personal characteristics were the most sensitive to the presence in an organism of metals, then characteristics of attention and the parameters of temperament had the least sensitivity. The physiological importance of metals by number of correlations with parameters was distributed in decreasing order as: Pb> Sr> Ca.

Key words: pupils, students, lead, strontium, calcium, metals, electroencephalography, EEG- potentials.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Антропогенне забруднення довкілля створює високий екологічний ризик для здоров'я людини, що відносить цю проблему до розряду найбільш важливих в сучасній екологічній фізіології. Її вивчення можливе на базі біомоніторингових натурних досліджень вибіркових груп населення, що дозволяє оцінити ступінь забруднення внутрішнього середовища організму та міру його впливу на фізіологічні функції (Агаджанян Н.А. и др., 2001; Гичев Ю.П., 2001, 2002; Евстафьева Е.В., 1998, 2001; Денисова и др., 2005; Трахтенберг І.М. та ін., 2001; Grandgjean P., 2001, 2007). Важливою обставиною в цій оцінці є визначення характеру дії на фізіологічні функції таких біоелементів, про токсичні або, навпаки, ессенціальні властивості яких уже відомо, а також є дані про їх фізіологічний антагонізм або синергізм (Авцын А.П. и др., 1993). Крім цього, надходження до організму токсичних елементів та їх дія часто відбувається на тлі дефіциту основних елементів або сприяє цьому дефіцитові, збільшуючи негативний вплив на організм елементного дисбалансу (Громова О.А., 2006; Утенина В.В. и др., 2002; Евстафьева Е.В., 2007; Мухин Н.А. и др., 1990; Кудрин А.В., 2006; Скальний А.В., 2004).

Однією з найбільш чутливих до змін хімічного гомеостазу систем організму є центральна нервова система, особливо у дітей (Великанова Л.П., 2004; Вельтищев Ю.Е., 1995; Гичев Ю.П., 2002; Говорин Н.В. и др., 2004; 2007; Звиняцковский Я.И., 1991; Иванов А.В. и др., 2001; Куанова Л.Б., 2002; Кудрин А.В., 2006; Лучанинова В.Н., 2004; Мажитова З.Х., 1999; Чернякина Т.С., 2004). Її дослідження з використанням рекомендованих ВООЗ біомаркерів нейротоксичної дії (ВООЗ 1996; Grandgjean P.et al., 2001, 2007) є важливим для виявлення раннього несприятливого впливу полютантів на системи організму та їх фізіологічно обґрунтованого нормування. Серед таких біомаркерів найбільш тонкими індикаторами раннього несприятливого впливу хімічних речовин на організм визнано нейрофізіологічні показники, зокрема, характеристики електроенцефалограми (ЕЕГ), які в поєднанні з нейроповедінковими тестами дають досить повне й об'єктивне уявлення про функціональний стан нервової системи і тонкі психічні процеси, що в першу чергу реагують на несприятливий вплив зовнішнього середовища (Гнездицкий В.В., 2003; Зенков Л.Р., 2001; Аraki S., 1992; Banks E., 1997; Grandgjean P., 2001; Mazel K., 2000; Otto D., 1993).

Досить широко відомі дані про нейротоксичну дію свинцю, отримані як в результаті експериментальних (Calvin L., 2002; Skoczyсska A., 2002), так і натурних досліджень (Grandgjean P., 1997, 2001; Sursel D., 2002; Gimenes L., 2002). У той же час цей полютант виявляє антагоністичні властивості щодо такого важливого для нормального перебігу нервових процесів елементу, як кальцій, дефіцит якого більшою мірою аліментарного походження в останні роки часто спостерігається (Корзун Н.С. та ін., 2007; Стародумов В.Л., 2003; Фролова Т.В., 2007; Шеплягіна Л.В., 2006; Шилин Д.Е., 2006; Шилина Н.М., 2007). Великий інтерес, особливо для України, становить і стронцій, який належить до тієї ж хімічної групи, що й кальцій, і має значною мірою аналогічні властивості, а, отже, і подібну фізіологічну дію. При тому, що він постійно присутній в організмі, його фізіологічну й біохімічну роль вивчено мало (Ковальський В.В., 1974, 1982; Свистунова Т.П., 1984).

У зв'язку з вище викладеним для оцінки нейротропної та нейротоксичної дії свинцю, стронцію та кальцію найбільший інтерес становлять школярі та студенти віком відповідно - 12-15, 18-20 років, коли починається й завершується формування нейро- та психофізіологічних процесів, що лежать в основі пізнавальної діяльності (Щеплягина Л.А. и др., 2003; Смирнов В.М., 2004; Транковская Л.В., 2004; Фарбер Д.А., 1983, 1988), а також за умов, коли організм потребує особливих вимог до мікроелементного забезпечення фізіологічних процесів, наприклад, систематичне фізичне навантаження (Скальный А.В. и др., 2000, 2005).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилося відповідно до планів науково-дослідної роботи кафедри нормальної фізіології Кримського державного медичного університету (КДМУ) ім. С.І. Георгієвського за програмою «Фізіологічні підходи до оцінки екологічного ризику для здоров'я» (№ державної реєстрації 0102U006172 (2002-2008), що включена до Міжгалузевої комплексної програми «Здоров'я нації» на 2002-2011 рр. та є складовою національної програми «Діти України». Тема дисертаційної роботи затверджена на засіданні Вченої ради другого медичного факультету КДМУ ім. С.І. Георгієвського (протокол № 9 від 23 червня 2004 року) та на засіданні проблемної комісії «Фізіологія людини» АМН та МОЗ України (протокол № 60 від 4 жовтня 2004 р.) та уточнена на засіданні Вченої ради другого медичного факультету КДМУ ім. С.І. Георгієвського (протокол №4 від 19 грудня 2007 р.) і на засіданні проблемної комісії «Фізіологія людини» АМН та МОЗ України (протокол № 2 від 25 травня 2008 р.).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - визначити зв'язок психо-фізіологічних особливостей учнів різного віку із вмістом в організмі свинцю, стронцію та кальцію в умовах міського середовища.

Для досягнення мети було поставлено такі завдання:

1. Оцінити вміст свинцю, стронцію та кальцію в організмі за кількістю у стабільний біотканині (волоссі) вибіркових контингентів школярів та студентів.

2. Визначити наявність, ступінь та характер залежності базової біоелектричної активності мозку від вмісту свинцю, стронцію та кальцію.

3. Оцінити ступінь і характер залежності психофізіологічних процесів від вмісту свинцю, стронцію та кальцію.

4. Визначити взаємозв'язок психологічних характеристик учнів із вмістом свинцю, стронцію та кальцію.

5. Визначити вплив металів на біоелектричні процеси головного мозку як відображення їх дії на вищі психічні функції.

6. В окремих вікових групах встановити психофізіологічні особливості залежно від статі та різного рівня фізичної тренованості у зв'язку із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в організмі.

Об'єкт дослідження - роль біоелементів у процесах становлення та розвитку функцій нервової системи.

Предмет дослідження - психофізіологічні особливості учнів різного віку у зв'язку із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в організмі.

Методи дослідження: електрофізіологічне дослідження функціонального стану ЦНС виконали за допомогою реєстрації електроенцефалограми та викликаних і пов'язаних з подією ЕЕГ-потенціалів; тип темпераменту, особливості уваги, рівень тривожності, якості особистості визнали за допомогою психологічного тестування; вміст свинцю, стронцію, кальцію у волоссі визначали за допомогою рентген-флуоресцентної спектрофотометрії; за допомогою статистичних методів (непара- метричний кореляційний аналіз за Спірменом) аналізували взаємозв'язок нейро- та психофізіологічних параметрів із вмістом біоелементів у волоссі школярів і студентів.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше в результаті біомоніто-рингових досліджень встановлено, що елементний статус організму школярів та студентів м. Сімферополя характеризується в середньому нормальним вмістом свинцю та стронцію та в більшості випадків дефіцитним вмістом кальцію, при цьому виявлено статеві розбіжності у вмісті кальцію та стронцію у школярів 12-13 років та більш оптимальний вміст свинцю, стронцію та кальцію в організмі спортсменів. Вперше в натурних умовах міського середовища в кримському регіоні встановлено реагування біоелектричної активності мозку та вищих психічних функцій школярів і студентів на коливання рівню свинцю, стронцію та кальцію в організмі, більш виражене у школярів в віці 12-15 років, ніж у юнаків 18-20 років, і у спортсменів порівняно з фізично нетренованими студентами. Вперше встановлено, що залежність базових характеристик поточної ЕЕГ від вмісту свинцю, стронцію та кальцію в організмі учнів зменшувалась з віком, тоді як більш тонкі індикатори мозкової діяльності (викликані і пов'язані з подією потенціали) виявляли приблизно рівну кількісну, але різну якісну реактивність стосовно досліджених металів. Вперше встановлено, що свинець має найбільшу “психотропність” порівняно зі стронцієм і кальцієм, яка виявилася найбільшою мірою у школярів віком 12-15 років та в юнаків, що регулярно тренуються. Вперше виявлено, що найбільш “чутливими” до вмісту цих металів в організмі школярів та студентів м. Сімферополя були характеристики уваги, а характеристики темпераменту реагували на їх вміст найменшою мірою. Отримано нові дані, що доповнюють уявлення про фізіологічну роль стабільного стронцію для функціонального стану центральної нервової системи та виражаються в його істотній значущості для параметрів ЕЕГ-потенціалів і психологічних характеристик.

Практичне значення отриманих результатів. Роботу виконано в рамках досліджень, що в останнє десятиліття активно виконуються в міжнародній (Конвенція про транскордонні переноси атмосферних забруднювачів на далекі відстані) і вітчизняній (Програма “Здоров'я нації”) практиці з метою оцінки впливу чинників довкілля на здоров'я населення та їх наступного нормування. Отримані відомості про нейротропну значущість цих елементів та їх вміст в організмі в умовах міського середовища мають значення для корекції та профілактики порушень елементного балансу, змін у функціональному стані центральної нервової системи дітей. Результати дисертаційної роботи включено до аналітичного огляду з важких металів ВООЗ (Copenhagen: WHO, 2007), впроваджено у навчальний процес кафедри нормальної фізіології Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгієвського, Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького, Української медичної стоматологічної академії (м. Полтава), Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського, Дніпропетровської державної медичної академії. Використання результатів дослідження в навчальному процесі дозволило поглибити знання про вплив антропогенних чинників довкілля, які спричиняють елементний дисбаланс, на розвиток психофізіологічних властивостей людини на різних етапах онтогенезу.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягав у проведенні за даними літератури аналізу сучасного стану досліджуваної проблеми, формулюванні актуальності, мети і завдань роботи, виконанні запланованого обсягу досліджень, проведенні статистичної обробки, аналізу та узагальнення отриманих результатів, підготовці до друку наукових праць. Науковому керівнику - д.мед.н., проф. Євстаф'євій О.В., завідувачу кафедри нормальної фізіології належить ідея роботи, допомога при аналізі та узагальненні отриманих результатів. Роботу виконано на базі кафедри нормальної фізіології; реєстрація ЕЕГ у 2002-2004 рр. виконувалась в лабораторії нейроетології кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського (керівник - д.б.н., проф. Павленко В.Б.) згідно з договором про наукове співробітництво № 721 від 03.12.07 р. Біомоніторингове дослідження волосся проводилося в лабораторії науково-технічного центру “ВІРІА” (м. Київ) згідно з договором про наукове співробітництво № 13 від 13.12.04 р.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи було представлено й обговорено на VII Міжнародній науково-практичній конференції молодих учених “Екологія. Людина. Суспільство”, 13-15 травня 2004 р., м, Київ; науково-практичній конференції з міжнародною участю “І.М. Сєченов й Одеська школа фізіологів”, 13-14 вересня 2004 р., м. Одеса; Українській конференції “Прикладна фізична хімія”, 14-18 вересня 2004 р., м. Алушта; конференції Українського товариства нейронаук з міжнародною участю, 23-26 травня 2005 р., м. Донецьк; Всеукраїнській науково-практичній конференції “Довкілля і здоров'я”, 27-28 квітня 2006 р., м Тернопіль; ХVII з'їзді Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю, 18-20 травня 2006 р., м. Чернівці; ІІІ Всеукраїнській науковій конференції з міжнародною участю “Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології”, 4-6 жовтня 2006 р., м. Київ; ІІ науково-практичній конференції з міжнародною участю “Еколого-фізіологічні проблеми адаптації”, 11-14 жовтня 2006 р., смт. Партеніт, а також на робочих нарадах експертної групи європейської Конвенції про транскордонні переноси атмосферних забруднювачів у м. Пущинє (Росія, 2004), у м. Байя-Маре (Румунія, 2006), на І міжнародній конференції з проблем педіатричної токсикології (РРТОХ) (Фарерські острови, Данія, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 29 наукових праць, з них 13 статей (8 - у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 2 - у матеріалах експертних нарад, 3 - в інших виданнях), 16 робіт у матеріалах наукових конференцій та з'іздів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів дослідження, результатів дослідження, обговорення результатів, висновків, додатків та списку використаних джерел із 396 найменувань. Робота викладена на 169 сторінках, ілюстрована 25 малюнками та містить 33 таблиці.

2. Основний зміст роботи

Матеріали та методи дослідження. Загальну кількість обстежених склали 124 школярів та студентів без відхилень у здоров'ї. Перші дві групи випробуваних становили школярі віком 12-13 та 14-15 років, інші групи - студенти медики та студенти спортивного факультету віком 18-20 років. Обсяг і характер виконаних досліджень представлений у таблиці 1.

Таблиця 1. Обсяг і характер проведених обстежень

Вміст свинцю, стронцію, кальцію визначали у волоссі методом рентгено-флюоресцентної спектрофотометрії. Зразки волосся зістригали з 3-5 місць на потиличній частині голови (прикореневі ділянки). Вибір матеріалу для дослідження базувався на тому, що вміст макро- та мікроелементів (МаЕ, МЕ) у волоссі відображає елементний статус організму в цілому, а проби цієї біологічно стабільної тканини можуть бути інтегральним показником мінерального обміну як нервової системи, так і всього організму (Кудрин А.В., Громова О.А., 2002; Скальный А.В., Рудаков И.А. 2004; V. Bencko 1995; V. Valkonic, 1988).

Електрофізіологічне дослідження функціонального стану ЦНС включало реєстрацію поточної ЕЕГ, а також викликаних і пов'язаних з подією потенціалів (ВП, ППП). Біопотенціали відводили монополярно, у відведеннях F3, F4, P3, P4, С3, С4, T3, T3, O1, O2, відповідно до системи «10-20». Індиферентним електродом були об'єднані датчики над соскоподібними відростками черепа. При реєстрації ЕЕГ частотні характеристики каналів складали 0,3 с - 70 Гц. ВП і ППП реєстрували у відповідь на звуковий подразник за загальноприйнятою методикою за допомогою автоматизованого комплексу, що складався з електроенцефалографа EEG-16S, інтерфейсу і комп'ютера IBM PC у двостимульній парадигмі “GO/NO-GO” з визначенням часу реакції.

Психологічне дослідження у вікових групах 12-13 і 14-15 років містило: опитувальник Айзенка, що дозволяв оцінити темперамент молодших школярів і підлітків; когнітивні таблиці Шульте та «Коректурні проби» Бурдона-Аніфімова, які використовували для визначення гнучкості та переключуваності психічних процесів, особливостей уваги та динаміки працездатності. Проективну методику «Дім-Дерево-Людина» та опитувальник Спілбергера-Ханіна використовували для оцінювання особистісних якостей випробовуваних, у тому числі для визначення рівня ситуаційної та особистісної тривожності. Психологічне тестування в групах студентів 18-20 років містило: опитувальник Айзенка (дорослий варіант); таблиці Шульте; опитувальник Спілбергера-Ханіна, а також методику багатофакторного дослідження особистості Р. Кеттелла.

Статистичні методи включали непараметричний кореляційний аналіз, характер розподілу параметрів оцінювали за критеріями Колмогорова-Смірнова, Лілліфорс, міжгрупові розбіжності за критерієм Мана-Уітні.

Результати дослідження та їх обговорення

Елементний склад організму, що розвивається, і студентів різного рівня тренованості в умовах міського середовища. Аналіз результатів біомоніторингового дослідження вмісту свинцю, стронцію та кальцію у волоссі школярів та студентів виявив, що найбільш близьким до нормального був вміст усіх металів у студентів, однак при цьому у юнаків 18-20 років, які щоденно не займаються спортом, середня концентрація кальцію в групі практично була на рівні нижньої межі норми (302,8±37,1 мкг/г), а найбільш оптимальним рівень кальцію (403,9±35,5 мкг/г) був у волоссі студентів-спортсменів, що, очевидно, має адаптаційно-пристосувальний характер до підвищених спортивних навантажень і відображує специфіку фізіологічних процесів регуляції загального елементного статусу у цієї категорії людей. У школярів чоловічої статі 12-13 та 14-15 років виявили дефіцит кальцію. Мали місце і деякі міжгрупові відмінності вмісту елементів: достовірно більш низький вміст кальцію у віці 14-15 років порівняно з 18-20-річними юнаками.

Відхилення від умовної норми для стронцію було визначено тільки у дівчат 12-13 років. При цьому рівень як кальцію, так і стронцію у волоссі дівчат був достовірно вищий, ніж у хлопців однолітків.

Поширеність дефіциту кальцію серед школярів і студентів - досить масштабне явище, і отримані нами результати добре узгоджуються з літературними даними Росії та України (Коровина Н.А. и др., 2006; Шилин Д.Е., 2006; Нотова С.В., 2004; Квашніна Л.В та ін., 2004; Корзун Н.С. та ін. 2007). При цьому дефіцит кальцію, імовірно, має екзогенне (аліментарне) походження, а підвищений вміст стронцію в організмі дівчат - ендогенне походження, пов'язане з особливостями елементного статусу, обумовленого відповідною стадією статевого розвитку.

Біоелектрична активність мозку залежно від рівня свинцю, кальцію та стронцію в організмі школярів і студентів в умовах міського середовища. Результати кореляційного аналізу поточної активності ЕЕГ у тестованих школярів різного віку та студентів різного рівня тренованості із вмістом свинцю, стронцію та кальцію у волоссі дозволив виявити певну, досить істотну значущість цих металів навіть у межах концентрацій близьких до умовної норми. Було встановлено, що характер залежності ЕЕГ-потенціалів від рівня елементів в організмі та їх значущість різнилися залежно від віку, статі й ступеня фізичної тренованості. Так, реагування спектральної потужності (СП) ритмів ЕЕГ залежно від рівня свинцю, стронцію та кальцію в волоссі була більш вираженою у віці 12-13 років (табл. 2), та 14-15 років, ніж у 18-20 років (табл. 3), а також у спортсменів порівняно з фізично нетренованими студентами. Відмінність в реактивності полягала в наявності зворотної залежності СП різних частотних діапазонів при розплющених і заплющених очах: високочастотної частини спектру поточної ЕЕГ від рівня стронцію та кальцію в групі 12-13-річних школярів; практично всіх частотних діапазонів від рівня стронцію та свинцю в групі школярів 14-15 років; всіх частотних діапазонів від концентрації свинцю у студентів-спортсменів, а також середньо-частотного діапазону ЕЕГ від рівня кальцію в групі нетренованих студентів при розплющених очах. Вплив усіх металів на базові характеристики ЕЕГ був односпрямованим у різних вікових групах і полягав у зниженні біоелектричної активності мозку при збільшенні вмісту металів за рахунок зменшення СП переважно або високочастотних, або всіх частотних діапазонів.

Таблиця 2. Коефіцієнти кореляції (r_s) характеристик поточної ЕЕГ-активності в локусах С3, С4 із вмістом металів у волоссі школярів 12-13 років при різних функціональних пробах (n=48)

Таблиця 3. Коефіцієнти кореляції (r_s) характеристик поточної ЕЕГ-активності в локусах С3, С4 із вмістом металів в волоссі студентів-медиків 18-19 років (n=25)

Відомо, що прогностична цінність ЕЕГ-характеристик значно зростає при використанні проб, які дозволяють оцінити когнітивні функції, особливо в організмі, що розвивається (Зенков Л.Р., 2001). На відміну від стану спокійного неспання реєстрація ЕЕГ-активності під час арифметичної лічби дозволяє оцінити інтегративні функції мозку дитини в процесі розумової діяльності (Фарбер Д.А., 1988). У школярів 12-13 років було встановлено збільшення СП всіх частотних діапазонів поточної ЕЕГ зі збільшенням рівня елементів (див. табл. 2). Це збігається з даними інших авторів, стосовно ефектів впливу навіть низького рівню свинцю на розвиток пізнавальних функцій дітей (Copenhagen: WHO, 2007), а першими їх проявами можуть бути зміни біоелектричної активності мозку та результатів когнітивних тестів, таких які досліджують мовлення, пам'ять, увагу, здатність до навчання (Bellinger В., 1994; Chiodo L., 2004; Shaas L., 2006; Schwatz J., 1994; Winneke G., 1997). Кореляційний аналіз характеристик ВП, ППП із вмістом металів дозволив виявити певну залежность між ними в усіх вікових групах. У школярів 12-13 років кореляційні зв'язки було встановлено для ВП і компонентів умовно негативної хвилі (УНХ), тоді як у школярів 14-15 років та юнаків такі зв'язки виявляв і когнітивний потенціал Р300 (табл. 4, 5).

Таблиця 4. Коефіцієнти кореляції (r_s) параметрів ЕЕГ-потенціалів із вмістом металів у волоссі школярів 12-13 років (n=30)

Таблиця 5. Коефіцієнти кореляції (r_s) параметрів ЕЕГ-потенціалів із вмістом металів у волоссі студентів-медиків 18-20 років (n=25)

Характер впливу кожного з металів був у багатьох випадках односпрямованим у різних вікових групах і полягав головним чином у збільшенні латентного періоду (ЛП) й амплітуд ВП у школярів 12-15 років та зменшенні амплітуд УНХ і когнітивного потенціалу Р300 у віці 15-20 років при підвищенні рівня металів в організмі. При цьому у віці 12-15 років та у юнаків, що систематично тренуються, максимальною нейротропною дією володіли свинець і стронцій, а у нетренованих юнаків переважно стронцій і кальцій. Отримані в цій роботі дані стосовно впливу токсичного свинцю на параметри ВП, ППП узгоджуються з висновками інших авторів (Аraki S. et al, 1992; Otto D., 1993; Osman К., 1999; Rothenberg S., 2000; Zou С., 2003). При дослідженні ВП і ППП так само, як і при реєстрації поточної ЕЕГ, максимальну нейротропність виявив свинець, досить сильну - стронцій, і найменшу - кальцій.

Що стосується механізму цієї нейротропності досліджуваних металів, в літературі існує ряд обґрунтованих припущень, що в основному базується на експериментальних даних щодо впливу як токсичних, так й ессенціальних металів на мозкові процеси. Так, свинець здатний заміщувати в нейронах іони кальцію, які приймають участь у життєво важливих функціях клітин нервової системи та відповідають за пластичні зміни в мембранах нейронів (Костюк П.Г., 2005; Стародумов В.Л., 2003). Забруднення зовнішнього й, відповідно, внутрішнього середовища таким токсичним елементом, як свинець, що є антагоністом кальцію (Скальний А.В., Рудаков И.А., 2004), може збільшувати ефекти кальцій-дефіцитного стану. Якщо ефекти впливу кальцію та його дефіциту на стан ЦНС досить добре відомі (Костюк П.Г., 2005; Кедрин А.В., 2006; Титов В.Н., 1996), то відомості про значущість стронцію, який належить до тієї ж групи елементів що і кальцій, для функцій нервової системи та про механізм його дії на нервову тканину тільки накопичуються (Боєв В.М., 2002; Баранов А.А. и др., 2005; Греченко Т.Н., 1991; Лихо лат О.А., 2001; Мжельская Т.И. и др., 1989; Свистунова Т.П., 1984; Усачов Ю.М., 1989; Rasgado-Flores H. et al., 1987$ Yosinaga J., 1995).

Роль свинцю, стронцію та кальцію у формуванні психофізіологічних властивостей особистості. Хімічна стабільність у мозку лежить в основі нормальної розумової діяльності, можливості навчання і поведінки (Стоян Е.Ф., 1990; Сухотина Н.К., 2001; Щеплягіна Л.В., 2006). Виявлена в нашому дослідженні значущість свинцю, стронцію та кальцію для електрофізіологічних процесів, що відбуваються в мозку, може насамперед вплинути на вищу нервову діяльність. Узагальнення результатів кореляційного аналізу психофізіологічних показників, психологічних характеристик із вмістом свинцю, стронцію та кальцію в волоссі обстежених дозволяє констатувати, що ці метали впливають на деякі психологічні характеристики, особливо у віці 14-15 років і мінімально - у 18-20 років. Найбільшою мірою “чутливими” до їх вмісту в організмі виявилися особистісні характеристики, потім характеристики уваги (“ефективність роботи”, “точність уваги”) і в останню чергу показники темпераменту (нейротизм, екстраверсія). Показник “ефективності роботи” був найбільш чутливим до рівню металів в усіх вікових групах і в 12-13 років прямо, а в інші вікові періоди (14-20 років) - обернено залежав від концентрації свинцю й стронцію.

Металом, що мав найбільшу “психотропність”, був свинець, але його значущість виявляла себе у віці 12-15 років, тоді як у 18-20 років він не впливав на психологічні характеристики у нетренованих випробуваних, і, навпаки, виявлявся значущим у юнаків, які регулярно тренуються, що, імовірно, обумовлено зростанням його фізіологічної ролі (поряд з кальцієм) при інтенсивних систематичних навантаженнях. Другим за значущістю для вищих психічних функцій був стронцій, і найменшою мірою ця властивість залежала від кальцію.

Щільність виявлених кореляційних зв'язків була досить низькою (0,31<r_s<0,77), але часто високо достовірною (0,09<p<0,000), що свідчить, звичайно, не про вирішальне обумовлювання даним елементом тієї або іншої психологічної властивості, але про вагоме значення для формування даної характеристики. Співставлення значущих кореляцій між металами й психологічними властивостями особистості, металами й нейрофізіологічними корелятами психічних процесів, нейрофізіологічними корелятами й психологічними характеристиками дає підставу вважати, що їх «психотропна» значущість насамперед свинцю, опосередкована роллю в біоелектричних процесах, що відбуваються у мозковій тканині. Імовірно, ці метали в межах фонових концентрацій, виявлених в умовах міського середовища у школярів 12-15 років та студентів 18-20 років, мають більше значення для нейрофізіологічних, ніж для психологічних характеристик.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішене актуальне наукове завдання, що полягало у визначенні особливостей нейро-психофізіологічного статусу школярів і студентів, які мешкають в умовах міського середовища, залежно від вмісту свинцю, стронцію та кальцію в організмі. На підставі визначення кількості та щільності кореляційних зв'язків між параметрами поточної електроенцефалограми, компонентами викликаних і пов'язаних з подією потенціалів, психологічними характеристиками особистості та внутрішніми концентраціями металів у волоссі школярів різного віку (12-13; 14-15 років), статі (дівчат та хлопчиків 12-13 років) і студентів різного рівня тренованості (медики і спортсмени 18-20 років) встановлено нейротропну дію елементів при їх середньому вмісті в межах норми або наближеному до неї.

1. При фоновій експозиції в умовах міського середовища концентрація свинцю й стронцію у волоссі обстежуваних чоловічої статі всіх вікових груп та кальцію у тренованих юнаків 18-20 років і дівчат 12-13 років відповідала умовній нормі. В інших групах (учні чоловічої статі 12-13, 14-15 років) мав місце дефіцит кальцію, рівень якого становив менше 280 мкг/г і відрізнявся від нижньої межі умовної норми на 6,7%, а у нетренованих юнаків 18-20 років його середня концентрація була на рівні нижньої межі норми (302,8±37,1 мкг/г). Статеві відмінності у вмісті елементів у віковій групі 12-13 років полягали у достовірно більш високому вмісті кальцію (p<0,05) і стронцію (p<0,01) у дівчат, причому перевищення вмісту стронцію у волоссі сягало 23%.

2. Реагування психофізіологічних показників на вміст свинцю, стронцію та кальцію в волоссі різнилася залежно від віку: базові характеристики поточної електроенцефалограми були чутливі до рівню металів у школярів 12-13, 14-15 років; реактивність викликаних і пов'язаних з подією потенціалів істотно не відрізнялася в різних вікових групах, а психологічні характеристики реагували на вміст металів максимально у віці 14-15 років і мінімально - у 18-20 років. Щільність кореляційних зв'язків коливалася від слабкої (r_s=0,290; p=0,05) до сильної (r_s=0,864; p=0,000).

3. Характер залежності ритмічних характеристик поточної електроенцефало-грами при заплющених і розплющених очах від рівня свинцю, стронцію та кальцію в волоссі був односпрямованим, але полягав у наявності зворотного зв'язку між спектральною потужністю різних частотних діапазонів електроенцефалограми: високочастотної частини від рівня стронцію й кальцію в групі 12-13-річних школярів; практично всіх частотних діапазонів від рівня стронцію й свинцю в групі учнів 14-15 років та свинцю у студентів-спортсменів; середньо-частотного діапазону електроенцефалограми від рівня кальцію в групі нетренованих студентів. Це свідчило про меншу збудливість або меншу сумарну біоелектричну активність мозку при більшій концентрації металів у волоссі. У той же час пряма залежність спектральної потужності всіх частотних діапазонів електроенцефалограми від рівня всіх металів у групі 12-13 років при розв'язанні арифметичної задачі вказувала на більш високу біоелектричну активність мозку підчас розумової праці у дітей з більшим вмістом металів в організмі. При цьому фізіологічна значущість металів за кількістю кореляційних зв'язків була максимальною для свинцю (30 кореляцій), дещо меншою для стронцію (23 кореляції) та мінімальною для кальцію (13 кореляцій).

4. При відсутності значних відмінностей в кількості кореляційних зв'язків між електроенцефалографічними потенціалами та вмістом металів у різних вікових групах якість реагуючих компонентів та значущість металів різнилися: у школярів 12-13 років кореляційні зв'язки встановлено для викликаних потенціалів (0,348<r_s<0,459; 0,07<р<0,01) та компонентів умовно негативної хвилі (0,371<r_s<0,442; 0,05<р<0,02), тоді як у підлітків і юнаків такі зв'язки виявляв й когнітивний потенціал мозку Р300 (0,504<r_s<0,713; 0,02<р<0,00). При цьому у 12-13, 14-15 річних школярів і юнаків, що систематично тренуються, максимальну нейротропну дію мали свинець і стронцій, а у нетренованих юнаків переважно стронцій і кальцій. Характер впливу всіх металів був односпрямованим у різних вікових групах. Він полягав у збільшенні латентного періоду і амплітуд викликаних потенціалів у школярів 12-15 років та у зменшенні амплітуд умовно негативної хвилі і когнітивного потенціалу Р300 у юнаків віком 18-20 років при підвищенні рівня металів у волоссі та свідчив про найбільший вплив на рівень уваги в учнів - свинцю (30 кореляцій), меншою мірою стронцію (25 кореляцій) і найменшою - кальцію (17).

5. Серед психологічних характеристик найбільшу реактивність по відношенню до вмісту металів у волоссі учнів усіх вікових груп мали показники уваги (“ефективність роботи” 0,27<r_s<0,59), потім особистісні характеристики (ворожість, тривожність, почуття неповноцінності) і найменшою мірою - параметри темпераменту. Свинець мав найбільшу “психотропність” у школярів 12-13, 14-15 років та у юнаків, які регулярно тренуються (15 кореляційних зв'язків), другим за значущістю для психологічних характеристик був стронцій (11 кореляцій), найменшою мірою цей ефект був властивий для кальцію (6 кореляцій). Наявність значущих кореляційних зв'язків між компонентами електроенцефалографічних-потенціалів, психологічними характеристиками та вмістом металів у сукупності з теоретичними поданнями про механізм їх впливу на центральну нервову систему дає підставу вважати, що їх “психотропна” дія опосередкована впливом на нервові процеси.

6. Визначені статеві розбіжності в реагуванні на вміст свинцю, стронцію і кальцію нейрофізіологічних показників функціонального стану центральної нервової системи у дівчат та хлопчиків 12-13 років при пробах “розплющені-заплющені очі” та “арифметична задача”, які полягали в тому, що реактивність нервової системи у дівчат до коливань вмісту всіх металів загалом була значно вища, ніж у хлопців цього ж віку. Відрізнявся також і характер реагування: збільшення концентрації свинцю призводило до посилення гальмівних процесів за рахунок низькочастотної частини спектру, тоді як від стронцію й кальцію характеристики поточної електроенцефалограми залежали так само, як у хлопців.

7. Встановлено відмінності в реагуванні на рівень свинцю, кальцію та стронцію в волоссі з боку нейрофізіологічних і психофізіологічних показників центральної нервової системи спортсменів порівняно з фізично нетренованими студентами. Вони полягали в більшій кількості корелюючих характеристик поточної електроенцефалограми та електроенцефалографічних потенціалів і психологічних характеристик спортсменів переважно до вмісту свинцю в організмі, при тому, що рівень свинцю, стронцію і кальцію коливався в межах умовної норми.

8. Кількість встановлених кореляційних залежностей свідчить про те, що свинець, стронцій та кальцій впливають більше на нейрофізіологічні показники, ніж на психологічні характеристики, а односпрямований характер їх впливу певною мірою свідчить про функціональний синергізм металів, що містяться в організмі в межах умовної норми або близько до неї. Однак їх вплив на нейрофізіологічні параметри, що характеризують різні сторони мозкової діяльності, та порівняно більша нейротропність токсичного свинцю і умовно токсичного стронцію дає підставу вважати їх ефект на центральну нервову систему більшою мірою негативним, і потребує уточнення прийнятої на сьогодення умовної норми мікроелементів шляхом використання нейрофізіологічних методик з урахуванням особливостей елементного статусу організму та подальшої його корекції.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Евстафьева И.А. Психологические характеристики личности подростков и элементный состав волос / И.А. Евстафьева, О.А. Залата, Е.В. Репинская // Таврический медико-биологический вестник. - 2004. - Т. 7, № 1. - С. 64-67. (Здобувач провела дослідження психологічних властивостей школярів, здійснила пошук літератури, сформувала базу даних, разом із співавторами провела аналіз результатів, підготувала публікацію до друку).

2. Залата О.А. Особенности психофизиологического статуса подростков в связи с содержанием кальция и стронция в организме / О.А. Залата // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения: тр. КГМУ им. С.И. Георгиевского. -- Симферополь, 2004. -- Т. 140, Ч. III. -- С. 66-69.

3. Корреляционные связи между содержанием токсичных и эссенциальных металлов в организме и характеристиками ЭЭГ-потенциалов у юношей в условиях городской среды / Е.В. Евстафьева, О.А. Залата, Е.В. Репинская, И.А. Евстафьева, М.Г. Щеголева, С.Л. Тымченко, Н.М. Овсянникова // Нейрофизиология. - 2006. - Т. 38, № 2. - С. 167-174. (Здобувач провела реєстрацію поточної ЕЕГ у студентів-медиків, пошук літератури, разом із співавторами виконала статистичну обробку результатів, підготувала публікацію до друку).

4. Функциональное состояние нервной, сердечно-сосудистой и иммунной систем в зависимости от микроэлементного баланса в организме по данным натурных исследований / Е.В. Евстафьева, О.А. Залата, Е.В. Репинская, И.А. Евстафьева, А.Е. Слюсаренко, С.Л. Тымченко, Н.М. Овсянникова, М.Г. Щеголева, А.В. Гливенко, А.В. Негериш, Н.П. Верко, А.Я. Чегодарь, С.А. Зинченко, О.Б. Мальцева, О.Б. Московчук, В.А. Гружевский, О.А. Решетняк, Е.В. Казачкина, Ю.А. Барабан // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения: тр. КГМУ им. С. И. Георгиевского. - Симферополь, 2006. - Т. 142, ч. V. - С. 32-35. (Здобувач провела реєстрацією поточної ЕЕГ в учнів різного віку, самостійно дослідила їх психологічний статус, сформувала базу даних, статистично опрацювала результати, разом із співавторами підготувала публікацію до друку).

5. Залата О.А. Анализ ЭЭГ-активности у школьников 12-13 лет в связи с содержанием кальция и стронция в организме по данным биомониторингового исследования / О.А. Залата // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения: тр. КГМУ им. С.И. Георгиевского. -- Симферополь, 2007. - Т. 143, ч. I. - С. 49-53.

6. Евстафьева Е.В. Когнитивные функции и психологические характеристики личности городских школьников 12-ти лет в связи с элементным составом волос по данным биомониторинга / Е.В. Евстафьева, О.А. Залата, И.А. Евстафьева // Довкілля та здоров'я. - 2007. - № 3. - С. 49-53. (Здобувач самостійно дослідила психологічний статус школярів 12-13 років, сформувала базу даних, статистично опрацювала результати, разом із співавторами підготувала публікацію до друку).

7. Залата О.А. Психологические характеристики студентов с разным уровнем физической тренированности в связи с элементным профилем волос / О.А. Залата, Е.В. Евстафьева // Журнал психиатрии и медицинской психологии. - 2008. - № 1(18). - С. 36-43. (Здобувачем обстежено психологічні властивості студентів-спортсменів, сформовано базу даних, статистично опрацьовано результати, разом із співавтором проведено аналіз та узагальнення одержаних результатів, підготовано публікацію до друку).

8. Евстафьева Е.В. Связь характеристик вызванных ЭЭГ-потенциалов с содержанием некоторых металлов в волосах тренированных студентов / Е.В. Евстафьева, О.А. Залата, И.А. Евстафьева // Експериментальна та клінічна фізіологія і біохімія. - 2008. - № 3. - С. 81-90. (Здобувач разом із співавторами обстежила студентів-спортсменів (реєстрація ЕЕГ-потенціалів), самостійно сформувала базу даних і статистично опрацювала результати, провела аналіз та узагальнення результатів, підготувала публікацію до друку).

9. Using the physiological approaches for improving of determination critical limits of heavy metals / H. Evstafyeva, I. Evstafyeva, O. Zalata, E. Repinskaja, M. Shegoleva, N. Ovsyannikova, S. Tymchenko, A. Slusarenko // Proceedings of the 6-th Sabregional meeting on effect - oriented activities in the countries of eastern and south-eastern Europe relevant for the UNECE convention on LRTAP: 16-18 sept. 2004. - Smolensk: Magenta, 2004. - P. 119-124. (Здобувач статистично опрацювала результати дослідження, разом із співавторами підготувала публікацію до друку).

10. Approaches to critical loads calculation of heavy metals for terrestrial ecosystems and human health / [H. Evstafyeva, N. Ovsyannikova, O. Zalata, S. Tymchenko, I. Evstafyeva, O Reshetnjak, A. Glivenko, A. Negerish, A. Slusarenko, O. Moskovchuk] // Proceedings of the 7-th Subregional meeting on effect-oriented activities in the countries of eastern and south-eastern Europe, Romania, 28 sept. - 1 oct. - Baia-Mare, 2006. - P. 91-105. (Здобувач провела реєстрацію біоелектричної активності мозку (поточна ЕЕГ) учнів різного віку, статистично опрацювала результати дослідження, разом із співавторами підготувала публікацію до друку).

11. Психофизиологические особенности подростков и состояние микро-элементного баланса в организме / И.А. Евстафьева, Е.В. Репинская, В.Б. Павленко, О.А. Залата, М.Г. Щеголева // Ученые записки ТНУ им. В.И. Вернадского. - 2003. - Т. 16 (55), № 3. - С. 60-64. (Здобувача виконала реєстрацію поточної ЕЕГ у підлітків, статистично опрацювала результати дослідження, разом із співавторами підготувала публікацію до друку).