Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



Всесвітній день боротьби із запальними захворюваннями кишечника
день перший
день другий

Коморбідний ендокринологічний пацієнт

Всесвітній день боротьби із запальними захворюваннями кишечника
день перший
день другий

Коморбідний ендокринологічний пацієнт

Международный эндокринологический журнал 7 (31) 2010

Вернуться к номеру

Роль микроэлементов в функциональном и структурном гомеостазе щитовидной железы (клинико-экспериментальное исследование)

Авторы: Барышева Е.С., ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Россия

Рубрики: Эндокринология

Версия для печати


Резюме

В результате комплексного экспериментального и клинического исследования были установлены взаимосвязи между особенностями накопления эссенциальных и токсичных микроэлементов и морфофункциональным состоянием тиреоидной системы. Проведен многоэлементный анализ ткани щитовидной железы. Выявлено и описано антитиреоидное действие токсичных микроэлементов кадмия и свинца в угнетении клеточных структур ткани щитовидной железы, передней доли гипофиза и гипоталамуса. Предложены новые методы коррекции, основанные на применении эссенциальных микроэлементов по нормализации тиреоидной функции.

Разработаны способы определения структурных нарушений щитовидной железы и прогнозирования заболеваний щитовидной железы у людей, занятых на вредном производстве.

Введение

Концепция о ключевой роли йода в функциональной и структурной реорганизации щитовидной железы (ЩЖ) в настоящее время считается общепризнанной [1, 2]. К хорошо изученным аспектам описываемой проблемы можно отнести роль йодного дефицита в нарушении функции ЩЖ, включая данные о патогенетических механизмах на уровне тиреоидной ткани и гипоталамо-гипофизарной нейроэндокринной системы (ГГНС) [3]. Вместе с тем в литературе встречаются сведения о том, что морфофункциональное состояние ЩЖ в той или иной мере зависит от поступления других эссенциальных (селен, цинк, медь) и токсичных химических элементов. В отношении последних подробно описаны разнообразные биологические эффекты на разных уровнях организации живого и вариантах экспозиции, в популяционных исследованиях и эксперименте [4]. Накопление токсичных микроэлементов в организме человека и животных при этом чаще связывают с воздействием неблагоприятных факторов среды обитания, например промышленных производств. Кроме того, в последние годы в литературе появились работы, связывающие действие ряда микроэлементов с развитием относительного дефицита йода в организме, что расценивается авторами в качестве возможного механизма развития патологии ЩЖ. Эти сведения позволили сформулировать концепцию йодного дефицита как комплексного микроэлементоза и выдвинуть задачи поиска новых струмогенных факторов. Однако немногочисленность популяционных исследований в этой области и экспериментальных подтверждений нарушенного структурно-функционального гомеостаза ЩЖ диктует необходимость комплексного популяционного исследования и моделирования дефицита микроэлементов с последующим их включением для разработки новых подходов к коррекции микроэлементных дисбалансов и нарушений функций органа.

Цель исследования — определение роли эссенциальных и токсичных микроэлементов как факторов, обусловливающих структурно-функциональное состояние щитовидной железы.

Объем и методы исследования

В ходе работы было проведено обследование жителей Оренбургской области в возрасте от 16 до 58 лет (n = 1310). При этом группы обследованных различались по возрасту и социальному статусу и состояли из учащихся колледжей и студентов университета (n = 396), работников промышленных предприятий (n = 611), служащих (n = 303). Среди работников промышленных предприятий были отобраны три рандомизированные по полу и возрасту группы людей с различными доминирующими вредными факторами производства: работники электроэнергетических предприятий (профессиональная группа ЭЭП; n = 121), рабочие промышленного производства ПО «Стрела» (ПП; n = 190) и рабочие химического предприятия (ХП; n = 179). Работники промышленного производства были связаны с паяльными, сварочными, литейными и кузнечными работами. Работники химического производства — с обработкой резин, резинотехнических изделий и пластмасс, малярными работами. Работники электро-энергетических предприятий подвергались воздействию таких факторов, как электромагнитные и магнитные поля электроустановок, тепловое излучение, шум.

Группа служащих (n = 303) включала в себя работников офисов предприятий и учреждений, не подвергавшихся влиянию вредных производственных факторов. В указанных профессиональных группах проведено исследование, включающее оценку среднесуточного потребления нутриентов и элементного статуса волос, сбор клинического анамнеза, а также консультирование врачами — терапевтом и эндокринологом. По показаниям проводилось комплексное изучение структуры (ультразвуковое исследование сканером с датчиком 7,5 МГц; оценка пальпаторных размеров ЩЖ классификации ВОЗ, 1994) и функции ЩЖ (определение уровня Т3 (общий), Т4 (свободный) и тиреотропного гормона (ТТГ); ИФА тест-наборы ЗАО «Вектор-Бест» и ООО «Иммунотех», Россия; анализатор StatFax, США). Оценка микронутриентной обеспеченности проведена у 496 человек с помощью программы «АСПОН-Питание» (утверждена МЗ РФ в 1996 г.). Полученные данные по содержанию основных питательных веществ и калорийности сравнивались с рекомендуемыми ВОЗ нормами потребления, микронутриентов — с адекватными уровнями потребления (АУП) пищевых и биологически активных веществ.
Вычисление суммарного коэффициента относительного содержания макроэлементов, эссенциальных и токсичных микроэлементов осуществлялось по формуле:

Ксум = К1 + K2 + K3 + Kn,

где К1, K2, K3, Kn — уровни содержания химических элементов по отношению к 50-му центилю диапазона выявленных концентраций.
Экспериментальное изучение влияния эссенциальных и токсичных микроэлементов на структурную организацию и функционирование щитовидной железы производили, используя оригинальные подходы к формированию дефицитов йода, селена и цинка в организме лабораторных животных. Основой исследования явилось применение разнообразных полусинтетических рационов, отличающихся по содержанию изучаемых химических элементов.

Принципиальная схема экспериментального исследования включала в себя следующие периоды: а) синхронизация животных на специальной диете с тотальным минеральным дефицитом; б) формирование сбалансированного или дефицитного по йоду, селену и цинку состояния при использовании полусинтетических рационов; в) восполнение дефицитов дозированными количествами йода, селена, цинка или комплекса этих элементов либо воздействие токсичными свинцом и кадмием.

Исследование проводилось на самцах крыс линии Wistar (питомник РАМН «Столбовая») массой 100–250 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария ОГУ. Всего в работе использовано 380 лабораторных животных, 40 из которых составили контрольную группу. Полноценный сбалансированный рацион (общевиварный, в дальнейшем обозначен как РП), на котором содержалась контрольная группа животных, был составлен в соответствии с рекомендациями Института питания РАМН (2001). Рацион включал в себя натуральные ингредиенты. Синхронизация животных производилась на рационе с тотальным минеральным дефицитом (РД), основу которого составлял вываренный в дистиллированной воде полированный рис и поливитаминный комплекс (A, D, C, E, PP, B1, B2, B6, B12 в дозах, рекомендованных Институтом питания РАМН). Поение осуществлялось бидистиллированной водой без ограничений. Для всех опытных групп животных при моделировании дефицитов йода, селена и цинка, а также токсического воздействия свинца и кадмия в качестве основы применяли полусинтетический сбалансированный рацион, разработанный Институтом питания РАМН. Воспроизведение дефицита эссенциальных микроэлементов достигалось за счет исключения из рациона соответствующих солей (йодистого калия, сульфата цинка и селенопирина; РД/I, Se, Zn). Влияние йода, селена, цинка, кадмия и свинца изучалось с применением РД/I, Se, Zn, содержащего только йод (0,0003 мг KI/1 животное/сутки), цинк (0,042 мг ZnSO4), селен (0,014 мг селенопирина), кадмий и свинец (0,004 мг PbSO4 и 3 мг CdSO4) или все эти компоненты (РI, РZn, РSe, РPb + Cd, РI + Zn + Se, РI + Zn + Se + Pb + Cd).

Изучение морфологии ЩЖ, гипоталамуса и передней доли гипофиза в экспериментальном исследовании на лабораторных животных проводилось с применением методов световой и электронной микроскопии.

Результаты были подвергнуты статистической обработке стандартными методами вариационной статистики. Кроме того, при анализе взаимосвязей между признаками применена процедура факторного анализа, в частности метод главных компонент с варимаксным вращением факторов.

Результаты исследования и их обсуждение

На начальном этапе исследования закономерный интерес представляли данные об уровнях потребления микроэлементов обследуемыми и их возрастно-половых и региональных особенностях. Анализ базовых параметров рационов (потребление белков, жиров, углеводов, калорийность) с учетом возраста и пола обследованных показал, что среди достоверных отличий доминировали возрастные. Так, для всех четырех макронутриентных параметров уровни потребления у взрослых женщин были статистически значимо выше, чем у девушек (на 25,7; 21,5; 41,3 и 33,6 % по белкам, жирам, углеводам и калорийности соответственно от АУП). Мужчины по сравнению с юношами характеризовались достоверно более высоким уровнем потребления белков (на 30,7 % от АУП). Еще более выраженные возрастные различия и их доминирование над гендерными проявились при сопоставлении уровней алиментарного потребления макро- и микроэлементов. При этом по ряду элементов отмечены существенные превышения над нормальными уровнями (железо, кобальт, магний). Во всех возрастно-половых группах обследованных зарегистрирован значительный недостаток кальция (минимальный средний показатель потребления — 52,6 ± 4,5 % от АУП — отмечен у девушек, максимальный — 66,6 ± 5,1 % и 66,2 ± 3,4 % — у женщин и мужчин, у юношей — 59,5 ± 6,3 %).

Наиболее устойчивые дефициты микроэлементов отмечены в отношении йода (минимальный показатель потребления — 35,1 ± 6,5 % от АУП — отмечен у девушек, максимальный — 56,3 ± 7,2 % — у женщин), селена (минимальный уровень — 49,7 ± 6,0 % — у девушек; наибольший — 75,4 ± 11,3 % — у женщин) и, в меньшей степени, цинка (минимальный уровень — у девушек — 76,9 ± 6,2 %, максимальный — у мужчин — 99,1 ± 5,1 %). В отношении дефицитов йода и селена (возможно, цинка) следует отметить, что они являются важной региональной особенностью Оренбургской области.

Профессиональная принадлежность как фактор накопления макро- и микроэлементов в организме. Антропогенные неблагоприятные факторы среды во многом определяют химический состав организма, его элементный статус. В первую очередь это относится к людям, занятым на вредных производствах или проживающим вблизи промышленных предприятий. Крайние варианты такого влияния выражаются в виде профессиональных микроэлементозов, отличающихся повышенным по сравнению с фоновыми значениями содержанием в биосубстратах (в том числе в волосах) приоритетных для конкретного производства химических элементов.

При оценке уровней накопления эссенциальных и токсичных микроэлементов в волосах обследуемых (n = 854) мы прежде всего ориентировались на возможное влияние производственных факторов на профессиональную принадлежность обследуемых. Эссенциальные микроэлементы имели значительные межгрупповые отличия. Наибольший суммарный коэффициент накопления (Ks-ess = 12,3), отмеченный в группе работников промышленного производства, был обусловлен более высоким накоплением кобальта, хрома, железа, йода и селена. У работников электроэнергетических предприятий (Ks-ess = 9,1) относительно высокий суммарный коэффициент определялся повышенным уровнем накопления хрома и железа. У работников химических производств более высокие концентрации зарегистрированы для йода и селена (КI = 2,65; КSe = 0,27) по сравнению с учащимися (КI = 0,49; КSe = 0,17), при существенно меньших концентрациях марганца.

Наибольшая межгрупповая вариабельность выявлена в отношении накопления токсичных микроэлементов. При этом доминирующей закономерностью распределения было преимущественное их накопление в волосах работников промышленного (Ks-tox = 14,6) и химических (Ks-tox = 7,4) производств, а также электроэнергетических предприятий (Ks-tox = 11,8). Наиболее существенный вклад в столь высокое накопление токсичных микроэлементов в этих группах был обеспечен кадмием, свинцом и ртутью. Последние два элемента при этом во всех профессиональных группах работающих (включая служащих) встречались в достоверно больших концентрациях по сравнению с учащимися. Для группы работников химических производств существенно менее высокий уровень накопления алюминия (КAl = 0,47 против КAl = 1,48 для ЭЭП и КAl = 0,60 для ПП) определил и меньшее значение соответствующего суммарного коэффициента.

Таким образом, при анализе накопления микроэлементов в организме показано, что в отношении токсичных микроэлементов (свинца, кадмия, ртути) влияние профессиональной принадлежности обследуемых является доминирующим. Максимальные концентрации и соответствующие суммарные коэффициенты накопления отмечены в профессиональных группах, связанных с металлообработкой, и у работников электроэнергетических предприятий. При этом межгрупповые отличия концентраций эссенциальных микроэлементов были обусловлены в основном элементами (хром, кобальт, железо), которые также могут быть отнесены к производственным поллютантам.

На следующем этапе исследования изучались связи уровня поступления с пищей эссенциальных микроэлементов с их концентрациями в волосах, а также с накоплением в волосах токсичных микроэлементов (кадмия, свинца, ртути). В целом результаты такого сопоставления с использованием корреляционного анализа выявили множественные положительные связи между поступлением и накоплением эссенциальных микроэлементов (для цинка r = +0,310; P < 0,05 и селена r = +0,353; P < 0,05). Так, концентрация йода в волосах была достоверно связана с его количеством в пище. Для токсичных микроэлементов кадмия, свинца и ртути показаны отрицательные корреляционные связи с уровнем поступления йода в организм. Соответствующие коэффициенты корреляции составили для кадмия r = –0,215 (P < 0,05), свинца r = –0,189 (P < 0,05) и ртути r = –0,119 (P < 0,05). Значимые положительные межэлементные взаимосвязи, характерные для эссенциальных микроэлементов, могут свидетельствовать как о биологической сопряженности биохимических процессов их утилизации, так и о влиянии небиологических причин (например, социальных различий обследуемых, традиций и привычек в питании).

Установленные отрицательные связи между поступлением эссенциальных и накоплением в организме токсичных микроэлементов свидетельствуют об антагонистических взаимоотношениях между эссенциальными и токсичными микроэлементами в организме. Такой антагонизм может быть обусловлен конкурентным связыванием транспортных белков, включая трансмембранные транспортные системы, а также тканевых субстанций, отвечающих за депонирование эссенциальных микроэлементов в организме.

Поскольку для формирования структуры и функции ЩЖ критическим является накопление йода в организме, нами проведен анализ концентраций химических элементов в волосах в группах, полученных ранжированием по содержанию йода (до 0,27 мкг/г, от 0,27 до 4,2 мкг/г и более 4,2 мкг/г). При этом проводились также ранжирование элементов по их относительной концентрации в волосах (по отношению к медиане нормальных диапазонов концентраций) и расчет суммарных коэффициентов накопления макро-, микро- и токсичных элементов. Кроме того, такое сопоставление концентраций йода в волосах с концентрациями других элементов проведено во всей выборке, а также в группах обследуемых, отличающихся профессиональной принадлежностью.

Полученные результаты в целом подтверждают данные корреляционного анализа и сопоставимы с уровнем накопления химических элементов в волосах обследуемых групп. Показана положительная корреляционная связь накопления йода и других эссенциальных микро­элементов, которая в различных профессиональных группах подвержена вариациям.

В частности, эта связь в значительно меньшей степени проявлялась в группах с выраженным влиянием производственных факторов (работники промышленных предприятий), что, по нашему мнению, отражает конкурентные взаимоотношения токсичных металлов (кадмия, свинца, ртути), концентрации которых, как правило, были ниже при более высоком содержании йода. С другой стороны, показана отрицательная взаимосвязь концентрации йода в волосах с содержанием токсичных элементов, которая в случаях с работниками промышленных предприятий (вредные производства) носила более выраженный характер. Кроме того, по мере нарастания концентрации йода в волосах, как правило, увеличивалось и содержание макроэлементов (главным образом кальция и магния). Причем эта зависимость в наибольшей степени проявилась в группах обследуемых, не связанных с профессиональными вредными факторами, и нивелировалась у работников промышленных предприятий.

Увеличение содержания в волосах токсичных элементов сопровождалось усилением антагонистических взаимоотношений с эссенциальными микроэлементами, в частности с йодом. На этом фоне ослабевали положительные корреляционные связи между концентрациями микро- и макроэлементов, а также между уровнями накопления йода и других эссенциальных микроэлементов (цинк, марганец, селен).
Связь элементного статуса со структурными изменениями и функциональным состоянием ЩЖ. На следующем этапе исследования проведено изучение взаимосвязей элементного статуса со структурными и функциональными особенностями ЩЖ. Выборка людей (n = 113) была представлена тремя рандомизированными группами — работники, связанные с вредными условиями промышленного (n = 46) и химического (n = 43) производств, а также служащие (n = 24, преподаватели вуза). Изменения в ЩЖ при УЗИ обнаружены у 62 из 113 обследуемых (54,9 %). При этом диффузные изменения выявлены у 31 человека (27,4 %), очаговые — у 26 (23,0 %), сочетанные — у 5 (4,4 %). Сочетанные изменения встречались только в группе работников промышленного производства. В группе служащих обнаруживались только диффузные изменения. При анализе взаимосвязи уровня накопления химических элементов с наличием диффузных или очаговых изменений ЩЖ показано, что наиболее характерной особенностью явился существенно более высокий уровень накопления йода в волосах обследуемых, у которых обнаружены очаговые изменения в органе. Указанная закономерность воспроизводилась вне зависимости от профессиональной принадлежности. Средняя концентрация йода в волосах при наличии очаговых изменений по сравнению с диффузными была примерно в 7,5 раза выше во всей выборке.

Уровни других эссенциальных (цинк, селен, марганец, кобальт) и токсичных (ртуть, кадмий, свинец, алюминий, мышьяк) микроэлементов имели меньшую вариабельность в зависимости от структурных изменений в железе.

Сопоставление частоты встречаемости морфологических изменений в ЩЖ и уровня йода в волосах позволило сделать вывод о нарастании вероятности очаговых изменений и снижении вероятности диффузных в ЩЖ по мере увеличения концентрации йода в волосах обследуемых. Иными словами, по сравнению с нормальным уровнем йода увеличение его содержания в волосах (выше 4,2 мкг/г) сопровождается повышением риска очаговых изменений в четыре раза (показатель относительного риска равен 4,07), в то время как снижение содержания йода ниже нормальных значений (менее 0,27 мкг/г) усиливает вероятность диффузных изменений более чем на треть (относительный риск 1,36).

Кроме того, нами проанализированы взаимосвязи уровня продукции гормонов ЩЖ и ТТГ с наличием структурных изменений в ней. При этом было показано, что функционирование ЩЖ в целом подчинялось известным закономерностям, заключающимся в положительной корреляционной связи между концентрациями периферических гормонов и отрицательной связи между центральным регулятором (ТТГ) и периферическими гормонами.

Концентрации гормонов в сыворотке крови находились в пределах нормальных значений. В целом во всей выборке обследуемых уровни Т4 (своб), Т3 и ТТГ составили соответственно 10,23 ± 0,29; 1,35 ± 0,05 нмоль/л и 2,32 ± 0,10 мкМЕ/мл. При сопоставлении уровней гормонов ЩЖ в сыворотке крови обследуемых с уровнями накопления токсичных элементов в волосах обнаружено, что концентрации Т3 и Т4 были отрицательно связаны с уровнем накопления ртути. Эта связь была более выражена в отношении Т4 (коэффициенты регрессии: –3,076 для Т4 против –0,467 для Т3, коэффициенты детерминации: 0,155 против 0,115; P < 0,05), что может указывать на большее влияние ртути на синтез продуктов ЩЖ, чем на механизмы их биотрансформации. Аналогичная закономерность зарегистрирована и в отношении свинца (коэффициент регрессии для Т3 составил –0,131 против –0,628 для Т4, коэффициенты детерминации: 0,169 против 0,121; P < 0,05) и кадмия (коэффициенты детерминации: 0,211 для Т4 против 0,148 для Т3; коэффициенты регрессии: –3,755 против –0,555; P < 0,05). Внутригрупповые зависимости носили аналогичный характер: во всех группах параметры связи были выше для продукции Т4 по сравнению с Т3 и для работников вредных производств по сравнению со служащими.

Сравнение токсикантов указывало на кадмий как на наиболее сильный антитиреоидный фактор, а наибольшие различия между Т4 и Т3 в подверженности этому влиянию были выражены в группе работников промышленного производства. В этой профессиональной группе были отмечены самые высокие уровни накопления кадмия в волосах, которые в 6 раз превышали аналогичный показатель в группе работников химического производства, в 3 раза — в группе служащих. При этом уровень накопления кадмия в волосах был почти в 2 раза выше средневыборочного (0,33 против 0,18 мкг/г, P < 0,05).

Таким образом, связь продукции тиреоидных гормонов с накоплением токсичных элементов (ртути, свинца и кадмия) в волосах обследуемых была отрицательной во всех группах. Более выраженная связь показана у работников, связанных с вредными производственными факторами, по сравнению со служащими. Влияние токсикантов на продукцию тироксина преобладало (по сравнению с трийодтиронином).

Практический смысл полученных результатов, с одной стороны, затрагивает проблему идентификации вредных производственных факторов и их влияния на функцию ЩЖ, с другой стороны, заключается в применении показателя накопления йода в волосах для распознавания (прогнозирования) структурных изменений в железе.

Основным компонентом настоящего исследования явилось экспериментальное обоснование роли эссенциальных и токсичных элементов в формировании структуры и функции ЩЖ. Экспериментальное исследование было нацелено на разрешение нескольких малоизученных вопросов. Среди них — установление особенностей распределения эссенциальных и токсичных микроэлементов в организме животных, а также описание динамики формирования дефицитов эссенциальных микроэлементов и накопления токсичных кадмия и свинца в организме и ЩЖ. Одним из важнейших явился также вопрос о направленности и выраженности биологических эффектов йода, селена и цинка, а также токсичных кадмия и свинца на структурную организацию и функцию ЩЖ.

Кроме того, была проведена оценка сил влияния указанных факторов на морфофункциональные параметры железы.

На начальном этапе экспериментального исследования были определены динамические параметры «выведения» эссенциальных микроэлементов из организма в условиях их тотального дефицита в пище, а также динамика восполнения концентраций йода, селена и цинка при последующем переводе животных на сбалансированный полусинтетический рацион. В результате были определены оптимальные сроки наблюдения для проведения последующих этапов.

Кроме того, были изучены и проанализированы концентрации микроэлементов в различных органах и тканях (кости, мышечная ткань, внутренние органы), что позволило выделить маркерные эпитопы с преимущественным накоплением тех или иных химических элементов и охарактеризовать особенности их распределения в организме животных.

Перевод животных на дефицитный рацион приводил к существенному (как правило, на 3–4-й неделе) снижению содержания практически всех анализируемых микроэлементов в изучаемых органах и тканях.

При этом параметры такой отрицательной динамики концентраций зависели от особенностей накопления того или иного микроэлемента в организме. Перевод животных опытной группы на сбалансированный полусинтетический рацион с добавлением йода, селена и цинка, произведенный в начале шестой недели эксперимента, приводил к закономерному увеличению концентраций этих микроэлементов во всех органах и тканях организма и нормализации концентраций через 4–5 недель (к 9–10-й неделе наблюдения). По нашему мнению, важной особенностью накопления микроэлементов в организме животных является так называемая гомеостатическая емкость организма по отношению к микроэлементу.

Иллюстрацией такой емкости, на наш взгляд, может быть отношение усредненных концентраций микроэлемента у контрольных и опытных животных на 3–4-й неделе наблюдения (т.е. в период максимального «выведения» из организма). По результатам нашего исследования, такие соотношения концентраций можно представить в виде следующего нарастающего ряда: медь (1,08), марганец (1,27), цинк (1,53), кобальт (1,62), йод (1,78), железо (3,11), селен (3,32). Очевидно, что более высокие значения коэффициентов соответствовали более существенным различиям в концентрациях между контролем и опытом, а следовательно, меньшей гомеостатической емкости организма. Вместе с тем подобная интерпретация была неприменима в отношении токсичных кадмия и свинца (соответствующие коэффициенты равны 1,12 и 1,14), исходно низкие концентрации которых были обусловлены незначительной контаминацией компонентов полноценного рациона. Динамика накопления этих микроэлементов в организме характеризовалась снижением их концентраций после перевода на дефицитный рацион и не изменилась после перевода на полусинтетическую диету с йодом, селеном и цинком.

Формирование дефицита эссенциальных микро­элементов (йода, селена и цинка) в организме животных опытной группы характеризовалось схожей динамикой.

Минимальные уровни содержания, достоверно отличающиеся от контроля, зарегистрированы к концу 4-й недели наблюдения. Перевод животных опытной группы на рацион РI + Zn + Se во всех случаях сопровождался ростом концентраций йода, селена и цинка в организме и нормализацией их уровней накопления через 4–5 недель (8–10-я неделя эксперимента). Наиболее лабильным эссенциальным микроэлементом и инертным в плане восполнения его дефицита оказался селен, падение концентрации которого было максимальным (по сравнению с йодом и цинком), а восстановление содержания — самым длительным.

Установление параметров динамики формирования дефицитов и восстановление концентраций эссенциальных микроэлементов в организме позволили определить временные интервалы для последующего моделирования с использованием полусинтетических рационов, содержащих эссенциальные и токсичные микроэлементы по отдельности и в комплексе. Одной из общих установленных закономерностей явилось статистически значимое снижение концентраций йода, селена и цинка во всех органах и тканях животных при их содержании на рационах РД/I + Zn + Se и РCd + Pb, лишенных этих микроэлементов. При этом степень снижения их концентраций была сопоставима с результатами предыдущей серии экспериментов.

Наибольший интерес представляют данные, свидетельствующие о более значительном снижении содержания йода и селена на фоне токсичного воздействия кадмия и свинца. Так, для йода достоверно более низкие уровни накопления (РCd + Pb по сравнению с РД/I + Zn + Se) отмечены в костной ткани и внутренних органах, а для селена — во внутренних органах.

Аналогично этим результатам добавление кадмия и свинца к сбалансированному полусинтетическому рациону (рацион РI + Se + Zn + Pb + Cd) приводило к снижению уровней накопления йода и селена во внутренних органах (по сравнению с РI + Zn + Se). Подобные факты подтверждают данные эмпирического наблюдения об антагонистическом влиянии токсичных микроэлементов в отношении эссенциальных йода и селена. В отношении цинка, проявившего инертность при изменении состава рациона, такого влияния кадмия и свинца не показано.

Еще одной выявленной закономерностью является значительное повышение концентраций кадмия и свинца во всех органах и тканях животных через 4 недели после их назначения с рационами РCd + Pb и РI + Se + Zn + Pb + Cd. При этом сравнение концентраций кадмия и свинца в различных тканях указывало на преимущественное накопление первого во внутренних органах и примерно равное содержание второго в костной ткани и внутренних органах с относительно небольшим отставанием мышечной ткани.

Практический интерес представляет показанная возможность достижения достоверно более высоких уровней накопления кадмия и свинца в организме животных за период 4 недели на фоне сбалансированного полусинтетического рациона, что было использовано нами в дальнейшем при проведении морфофункционального экспериментального исследования.

Функциональное состояние и морфология ЩЖ в зависимости от рациона питания. Одним из основных условий влияния эссенциальных и/или токсичных микроэлементов на ту или иную функцию организма является их значимое накопление в органе-мишени. В доступной нам литературе фактически отсутствуют сведения об элементном составе ЩЖ, за исключением многочисленных свидетельств преимущественного накопления йода в ней. Восполнению данного пробела был посвящен следующий этап экспериментального исследования, в ходе которого анализировались концентрации ряда макроэлементов, а также эссенциальных и токсичных микроэлементов в ткани ЩЖ экспериментальных животных, содержавшихся на различных рационах. Концентрация йода в ЩЖ в целом была на два порядка выше, чем в костной и мышечной тканях, а также во внутренних органах, и варьировала от 13,2 ± 1,3 мкг/г при рационе РCd + Pb и 18,0 ± 3,9 мкг/г при рационе РД до 50,9 ± 4,5 мкг/г при рационе РI + Se + Zn + Pb + Cd и 63,3 ± 6,5 мкг/г при рационе РI + Zn + Se. Это лишний раз подтверждает сведения о выраженном преимущественном депонировании йода в ЩЖ и свидетельствует об эффективности добавления йода в экспериментальные рационы. На этом фоне концентрации селена и цинка в ЩЖ были в целом сопоставимы с таковыми в костной и мышечной тканях, а также во внутренних органах. Относительно небольшое (по сравнению с йодом) преимущественное накопление в ЩЖ отмечено для селена, концентрации которого при прочих равных условиях были в полтора-два раза выше, чем в других тканях организма.

Иная картина наблюдалась в отношении накопления кадмия и свинца в ЩЖ. Оба токсичных микроэлемента в ЩЖ накапливались в меньшей степени, чем в других органах и тканях: кадмий — примерно в десять раз меньше (по сравнению с другими внутренними органами), свинец — примерно в два раза (для рационов РCd + Pb и РI + Se + Zn + Pb + Cd).

Таким образом, наиболее значимым результатом данного эксперимента явилось установление факта существенного накопления токсичных микроэлементов кадмия и свинца в ЩЖ при их добавлении в рацион.

При этом данные токсиканты усиливали недостаток йода, селена и цинка в железе как в условиях формирования тотального минерального дефицита в организме, так и при применении сбалансированного полусинтетического рациона с изолированным дефицитом йода, селена и цинка. Последнее обстоятельство является еще одним косвенным доказательством антагонистических взаимоотношений между изучаемыми токсичными и эссенциальными микроэлементами.

На следующем этапе экспериментального исследования изучалось влияние эссенциальных и токсичных микроэлементов на структуру и функцию ЩЖ. В эксперимент дополнительно были введены полусинтетические монокомпонентные рационы с добавлением йода (РI), селена (РSe) и цинка (РZn). Оба тиреоидных гормона вырабатывались в достоверно меньших количествах только в условиях тотального минерального дефицита, в то время как при изолированном дефиците йода, селена и цинка статистически значимо снижалась лишь продукция Т4.

Это указывает на неполное истощение резерва ­тиреоидных гормонов в организме в условиях эксперимента (4-недельный период формирования дефицитов). Изолированное восполнение дефицита йода, селена и цинка характеризовалось близкими к нормальным уровнями Т3 и приводило к нормализации продукции Т4 лишь у животных, получавших йод. В группах, получавших только селен или цинк, уровень продукции Т4 оставался достоверно меньшим по сравнению с контрольной группой (РI + Zn + Se).

При изучении влияния кадмия и свинца в условиях дефицита йода, селена и цинка (РCd + Pb) или на фоне сбалансированного полусинтетического рациона (РI + Se + Zn + Pb + Cd) выявлено ингибирующее действие этих токсикантов на продукцию Т4, достоверно проявившее себя лишь на фоне дефицита ­эссенциальных микроэлементов. В случае добавления кадмия и свинца к сбалансированному полусинтетическому рациону (РI + Se + Zn + Pb + Cd) продукция Т4 была ниже контрольной (РI + Zn + Se) на 24,1 % (в 1,3 раза), однако эти различия не были статистически значимыми. Таким образом, при воспроизведении различных уровней поступления с пищей эссенциальных и токсичных микроэлементов показано неполное истощение резерва тиреоидных гормонов в организме (сохранение нормальной продукции Т3 на фоне снижения продукции Т4).

На этом фоне продукция ТТГ гипофиза в целом носила закономерный характер, заключающийся в выраженной обратной зависимости от продукции тироксина. При создании дефицита микроэлементов (и снижении Т4) продукция ТТГ повышалась более чем на два порядка (P < 0,05) и снижалась лишь на фоне восполнения в рационе йода (рационы РI и РI + Se + Zn + Pb + Cd). Исключением явились животные, получавшие кадмий и свинец в рационе на фоне дефицита йода, селена и цинка (РCd + Pb), у которых сниженная продукция Т4 не сопровождалась пропорциональным повышением уровня ТТГ, что свидетельствует о возможном токсичном влиянии кадмия и свинца не только на тиреоидную ткань, но и на центральные органы регуляции тиреоидной системы.

В условиях проведенного эксперимента существенным изменениям подверглась структурная реорганизация ЩЖ и звенья ГГНС. При создании в организме экспериментальных животных дефицита микроэлементов (РД) в ЩЖ увеличивался относительный объем крупных кистоподобных фолликулов (на 19,6 %; Р < 0,05), снижалась высота тиреоцитов (на 42,7 %; Р < 0,05) и объем их ядер (на 68,3 %; Р < 0,05), на апикальной поверхности клеток уменьшилось количество псевдоподий, были расширены цистерны гранулярной эндоплазматической сети, что свидетельствовало об активизации их работы по образованию тиреоглобулина, но из-за отсутствия йода нарушался процесс йодирования.
Введение в рацион комплекса микроэлементов (РI + Zn + Se) сопровождалось структурной нормализацией (увеличение относительного объема средних и мелких фолликулов, высоты тиреоцитов и объема их ядер, расширение комплекса Гольджи). Структурных изменений в регулирующей системе (ГГНС) не обнаруживалось. При добавлении солей тяжелых металлов в рацион были выявлены структурные изменения, характерные для дегенерации тиреоцитов ЩЖ (повреждение базальной мембраны, появление лимфоцитов в просвете фолликулов), тиреотропоцитов передней доли гипофиза (образование псевдофолликулов) и нейросекреторных структур гипоталамуса (увеличение числа дегенерирующих клеток и телец Херринга). Одновременное поступление кадмия, свинца и комплекса йода, селена и цинка характеризовалось протективным влиянием эссенциальных микроэлементов на структурную организацию ЩЖ и центральные органы регуляции.

На заключительном этапе исследования проведен анализ сил влияния эссенциальных и токсичных элементов на структурные и функциональные параметры ЩЖ. При этом применены методы многофакторного дисперсионного анализа, позволившие идентифицировать индивидуальные характеристики влияния для йода, селена, цинка и токсичных кадмия и свинца.

Результаты свидетельствуют о существенной роли алиментарного поступления всех изучаемых химических элементов как на базовые морфологические признаки железы, так и на ее функцию.

Сравнение сил влияния эссенциальных микроэлементов показало доминирующее значение йода на морфофункциональные параметры органа и преобладающее значение цинка по сравнению с селеном. Вторым важным выводом явилось установление значимости токсичных элементов на параметры щитовидной железы, сопоставимой со значимостью эссенциальных элементов. Наконец впервые были установлены эффекты потенцирования стимулирующих воздействий йода, селена и цинка, главным образом проявившиеся в отношении уровня продукции гормонов ЩЖ. Кроме того, выявлены протективные эффекты эссенциальных микроэлементов в отношении дегенеративного действия свинца и кадмия. Таким образом, влияние цинка и селена на структуру и функцию ЩЖ проявляется не только в их прямом стимулирующем действии, но и в потенцировании протиреоидного действия йода, а также в протективных эффектах при неблагоприятных токсических воздействиях.

Полученные фактические данные обобщены с использованием метода главных компонент (факторного анализа), который применен нами для выявления структуры взаимосвязей между признаками, идентификации главных движущих сил, объясняющих варьирование переменных, т.е. ключевых факторов формирования структуры и функции ЩЖ.

Анализ факторной структуры признаков проведен на выборке людей, разнородных по профессиональной принадлежности и отличающихся по наличию структурных изменений в ЩЖ, уровню функционирования тиреоидной системы, а также степени накопления химических элементов в волосах. Результаты свидетельствуют о существовании ряда факторов, которые можно интерпретировать как биоэлементные профили обследуемых людей, связанные с их профессиональной принадлежностью, функцией и структурой ЩЖ и особенностями накопления йода и эссенциальных микроэлементов в организме. Выявленные общности признаков можно интерпретировать: а) как профессиональный фактор (доминирует профессиональная принадлежность, связанная с накоплением ряда поллютантов); б) функциональный фактор (сформированный главным образом признаками, отражающими уровень продукции гормонов щитовидной железы и тиреотропного гормона гипофиза); в) фактор «биоэлементного антагонизма» между эссенциальными (I, Se, Zn) и токсичными (Pb, Cd) микроэлементами.

Подобное распределение признаков и их значимости в формировании факторной структуры позволяет сделать выводы как о важности производственных экологических факторов в варьировании анализируемых признаков, так и об устойчивости межэлементного антагонизма, описанного выше. Кроме того, важной закономерностью, выявленной в ходе анализа, является взаимосвязь структурных изменений ЩЖ как с профессиональным фактором, так и с характером функционирования ЩЖ (функциональным фактором).

Установление факторной структуры переменных, характеризующих параметры использованных рационов и реакции организма лабораторных животных в экспериментальных моделях дефицитов питания и токсического воздействия свинца и кадмия, было нацелено как на выявление доминирующих взаимосвязей (поиск ведущих факторов), так и на подтверждение описанных ранее закономерностей. Редуцирование матрицы данных и количества переменных, произведенное нами в соответствии с процедурой метода главных компонент, позволило идентифицировать три значимых фактора (объединения признаков), объясняющих более 25 % общего варьирования анализируемых переменных. Наиболее значимым объединением признаков оказался фактор, положительно коррелировавший с такими признаками, как йододефицит, уровень Т3 и Т4. При этом фактор отрицательно коррелировал с концентрацией йода в железе, селена и цинка в костях, плотностью фолликулов, относительным объемом коллоида, относительной объемной плотностью и высотой тиреоцитов.

Подобная структура переменных указывает на взаимосвязь между содержанием йода в рационе, продукцией тиреоидных гормонов и структурным состоянием ткани ЩЖ. При этом смоделированный йодный дефицит отрицательно влиял на клеточные элементы тиреоидной ткани. Вместе с тем интересным представляется «участие» признаков накопления селена и цинка в организме, что еще раз подтверждает вывод о параллелизме функций эссенциальных микроэлементов в обеспечении нормального функционирования ЩЖ. Указанные обстоятельства позволили интерпретировать нам данный фактор как базовый структурно-функциональный или тиреоидный.

Второе по значимости объединение признаков было связано с поступлением токсичных химических элементов (свинца и кадмия) в организм и их накоплением в органах и тканях. Данный феномен характеризовался обратной связью с накоплением йода в ЩЖ, ее структурой (уменьшение относительного объема коллоида, плотности фолликулов, высоты тиреоцитов) и функцией (снижение продукции Т3 и Т4). Это позволило условно интерпретировать данный фактор как токсический.

Третий фактор характеризовал в большей степени функциональное единство ЩЖ (продукция Т3 и Т4) и гипоталамо-гипофизарной системы (ТТГ), поскольку наполненность этими признаками доминировала и носила выраженный обратный характер. Помимо этого, наблюдались положительные корреляции фактора с содержанием цинка и селена в рационе, накоплением йода в железе и относительным объемом коллоида. Такая структура переменных позволила интерпретировать нам третий фактор как функциональный.

Таким образом, результаты проведенного анализа свидетельствуют о существовании трех ключевых факторов, которые можно условно интерпретировать как тиреоидный, токсический и функциональный. Все они в той или иной степени были связаны с поступлением или накоплением йода, затрагивали структурную организацию и функцию ЩЖ. Кроме того, анализ факторной структуры указывает на параллелизм в протиреоидном действии эссенциальных микроэлементов цинка и селена, а также на антитиреоидное действие токсических микроэлементов в отношении клеточных элементов железы.

Заключительный этап исследования был посвящен практическим аспектам применения сведений о роли эссенциальных и токсичных микроэлементов в диагностике и коррекции дисфункций ЩЖ. Сопоставление концентраций токсичных металлов (кадмия, свинца, ртути и ряда других) с концентрациями эссенциальных микроэлементов (йода, цинка, селена) в волосах обследуемых, а также анализ факторной структуры признаков в различных профессиональных выборках людей указывали на существование антагонистических взаимоотношений между этими группами микроэлементов. Кроме того, результаты специального исследования, проведенного в группе работников, связанных с вредными условиями производства, свидетельствовали о том, что доля случаев с отклонениями концентрации йода в волосах от рекомендуемого референтного диапазона (от 0,27 до 4,2 мкг/г) нарастала при увеличении концентрации в волосах ртути и кадмия.

При повышении концентраций кадмия и ртути в волосах выше физиологической нормы распространенность отклонений по йоду нарастала до уровня 70 % и выше, что позволяет прогнозировать развитие заболеваний ЩЖ у работников вредных производств по двум указанным токсическим элементам. Перечисленные обстоятельства позволили предложить способ прогнозирования заболеваний ЩЖ у людей, занятых на вредном производстве. Решение задачи прогнозирования в предлагаемом способе осуществляют следующим образом: у людей, занятых на вредном производстве, определяют содержание кадмия и ртути в волосах, и при уровне кадмия выше 0,25 мкг/г и уровне ртути выше 1,0 мкг/г человека относят к группе риска по развитию гиперплазии ЩЖ. Полученные результаты соотносятся с результатами ряда исследований, проведенных в том числе и на Урале, прямо или косвенно указывающих на значимость в возникновении заболеваний ЩЖ не только абсолютной, но и относительной йодной недостаточности. Поскольку относительный йодный дефицит наиболее характерен для людей, профессионально связанных с вредными условиями производства, область применения способа ограничена именно этим контингентом лиц.

При анализе взаимосвязи концентраций химических элементов в волосах с наличием тех или иных УЗИ-изменений в ЩЖ было показано, что концентрация йода в волосах при наличии очаговых изменений по сравнению с диффузными была примерно в 7,5 раза выше. Практический смысл этого результата заключается в возможности его использования при скрининговом распознавании изменений в ЩЖ по уровню накопления йода в волосах обследуемых. Результаты специального исследования, проведенного нами в рандомизированных группах людей, подтвердили наличие взаимосвязи уровня йода в волосах с изменениями в структуре ЩЖ.

Нами предложен способ определения структурных нарушений ЩЖ, который базируется на исследовании микроэлементного состава (концентрации йода) волос. При этом при концентрации йода меньше 0,27 мкг/г определяют диффузные изменения в ЩЖ, а при значении более 4,2 мкг/г — очаговые изменения в органе. Указанные пороговые концентрации йода в волосах являются нормативными. В связи с этим предложенный способ рекомендован нами для скрининга диффузных и очаговых изменений ЩЖ и позволяет сократить издержки в диагностике заболеваний ЩЖ.

Одним из важнейших практических аспектов изуча-емой проблемы является использование макро- и микроэлементных препаратов для коррекции различных нарушений и увеличения функциональных резервов организма. На этом фоне показанные нами феномены антагонизма эссенциальных (йод, цинк, селен) и токсичных (свинец и кадмий) микроэлементов могут быть применены в практике с целью уменьшения токсического действия последних.

В рамках этой проблемы нами проведено специальное исследование эффективности монопрепаратов йода (150 мкг), селена (50 мкг) и цинка (5 мг), а также их комплекса (йод, селен, цинк) для нормализации уровня эссенциальных микроэлементов и снижения концентраций токсичных. Контингент пациентов-волонтеров (всего 56 человек) составили работники промышленного производства, связанные с вредными условиями труда, у которых при предварительном обследовании зарегистрированы повышенные уровни токсичных элементов (ртути, кадмия и свинца). В качестве контрольной группы выступили служащие, чья деятельность не была связана с вредными производственными факторами. Общая численность исследуемой выборки пациентов составила 68 человек, из которых 12 вошли в контрольную группу обследуемых, а оставшиеся — в 4 группы по 14 человек, которым были назначены вышеперечисленные препараты. Все группы обследуемых были определены на основе рандомизации по возрастно-половой принадлежности. Длительность применения препаратов составила 3 месяца при ежедневном употреблении. Основным критерием эффективности применения этих препаратов явилось снижение концентрации ртути, кадмия и свинца в волосах при повторном обследовании.

Исследование показало эффективность монопрепарата йода в отношении ртути, цинка — в отношении кадмия и свинца и неэффективность монопрепарата селена.

Комплексное применение препаратов приводило к существенному усилению эффектов и лучшему нормализующему (вытесняющему) действию в отношении всех трех токсичных микроэлементов.

Кроме того, были изучены эффекты применения комплекса препаратов в отношении структурного состояния и функции ЩЖ в различных группах пациентов, отличающихся не только профессиональной принадлежностью, но и нутриентной обеспеченностью организма. Показано, что прием препаратов сопровождался достоверным увеличением уровня накопления йода, цинка и селена в волосах всех групп наблюдения. Субклинические признаки тиреоидной недостаточности, также встречавшиеся во всех группах и обусловленные алиментарным или относительным дефицитом эссенциальных микроэлементов, после трехмесячного применения комплекса препаратов нивелировались на фоне нормализации уровня накопления эссенциальных микроэлементов и снижения уровня токсичных. Препараты были эффективны и в группе работников химических производств, контактировавших с различными углеводородами, для которых были характерны относительно невысокие концентрации токсичных микроэлементов и слабые проявления гипотиреоидизма в виде умеренного повышения продукции ТТГ.

В этом случае эффекты были обусловлены, по-видимому, дополнительным поступлением йода в организм. Современные данные о струмогенных факторах указывают на различные механизмы антитиреоидного действия вредных факторов среды, в том числе не затрагивающие напрямую биосинтез тиреоидных гормонов. Так, антитиреоидное действие показано для ряда циклических углеводородов, обладающих структурным сходством с тироксином и трийодтиронином и вызывающих относительную тиреоидную недостаточность. Причиной интереса к этому классу веществ являются их широкое использование в промышленности, в частности при производстве пластмасс, и, как следствие, нарастание концентраций этих веществ в объектах окружающей среды, питьевой воде, продуктах питания и т.д.

Полученные данные, с одной стороны, свидетельствуют об универсальности использованного нами комплекса эссенциальных микроэлементов с точки зрения его эффективности при нормализации функции щитовидной железы. С другой стороны, результаты нашего исследования указывают на необходимость дифференцированного подхода при коррекции состояния тиреоидной системы с помощью препаратов микроэлементов. При этом индивидуализация должна учитывать как исходное состояние тиреоидной системы, так и особенности вредных производственных факторов и сопутствующие обстоятельства (уровень токсичных микроэлементов, характер питания).

Выводы

1. Установлены протективные эффекты йода, селена и цинка в отношении щитовидной железы и антитиреоидное действие токсичных микроэлементов кадмия и свинца в угнетении клеточных структур ткани щитовидной железы, передней доли гипофиза и гипоталамуса, приводящем к снижению продукции тиреоидных гормонов и дисбалансу регуляторных механизмов щитовидной железы.

2. Доминирующим средовым (экологическим) фактором, влияющим на микроэлементный статус организма, явилась профессиональная принадлежность обследованных, которая определяла накопление в волосах токсичных микроэлементов (кадмий, свинец, ртуть, мышьяк), а также ряда эссенциальных микроэлементов (хром, кобальт, железо), относящихся к производственным поллютантам. Максимальные концентрации и соответствующие суммарные коэффициенты накопления отмечены в профессиональных группах, связанных с металлообработкой, и у работников электроэнергетических предприятий.

3. При сопоставлении концентраций микроэлементов в волосах в группах, отличающихся по уровню накопления йода и по профессиональной принадлежности, выявлены параллелизм в накоплении эссенциальных микроэлементов и отрицательная взаимосвязь концентрации йода с содержанием токсичных микроэлементов.

4. Идентифицированы ключевые факторы — устойчивые объединения признаков, доминирующие в факторной структуре переменных, характеризующие связь алиментарного поступления эссенциальных микроэлементов в организм, особенностей микроэлементного гомеостаза и антагонизма, а также уровня накопления токсичных микроэлементов со структурной организацией и функцией щитовидной железы. Анализ факторной структуры указывает на параллелизм в протиреоидном действии эссенциальных микроэлементов цинка и селена, а также на антитиреоидное действие токсичных микроэлементов.

5. Установлена зависимость частоты структурных нарушений в щитовидной железе от уровня йода (< 0,27 мкг/г и > 4,2 мкг/г ) в волосах, которая позволяет рекомендовать определение этого показателя для скрининговой оценки вероятности диффузных или очаговых изменений в органе.

6. Обоснованы рекомендации по применению препаратов йода, селена и цинка с целью нормализации функции щитовидной железы, базирующиеся на их антагонистических эффектах в отношении токсичных микроэлементов (кадмия, свинца и ртути).


Список литературы

1. Утенина В.В., Плигина Е.В., Утенин В.В. и др. Дисбаланс микроэлементов в организме детей с экологозависимой патологией // Гигиена и санитария. — 2002. — № 5. — С. 57-59.
2. Нотова С.В., Барышева Е.С., Утенина В.В., Губайдулина С.Г. Современные подходы к профилактике заболеваний, связанных с алиментарным дефицитом йода // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2004. — № 4 (Биоэлементология). — С. 64.
3. Нотова С.В., Губайдулина С.Г., Барышева Е.С. Особенности микроэлементного анализа волос студентов с миопией // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2004. — № 38. — С. 207-208.
4. Нотова С.В., Барышева Е.С., Лебедев С.В. и др. М.Г. Влияние микроэлементов на морфофункциональные показатели щитовидной железы // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2006. — № 2 (Биоэлементология). — С. 64-67.


Вернуться к номеру