На базе лаборатории мониторинга окружающей среды химического факультета ТГУ проведен ряд исследований, в ходе которых химики изучали зольный остаток растений, волос человека и шерсти животных. Целью анализа было выявить закономерности накапливания химических элементов, в том числе токсичных, в биологических объектах. В результате удалось установить, что состав и распределение химических элементов в волосах неодинаковы для женщин и мужчин, а также людей одного пола, но разного возраста и с различным уровнем сопротивляемости организма к отрицательным воздействиям переменных факторов окружающей среды.
Химики выяснили, что накопление микроэлементов в волосах зависит от пола человека / ©Пресс-служба ТГУ
Знание этих принципов поможет ученым понять роль тех или иных элементов в жизнедеятельности отдельных организмов и целых биосистем местного, регионального и планетарного масштаба. Полученные данные важны и для улучшения качества жизни людей, в частности, для выработки рекомендаций по сбалансированному питанию.
Статья «Периодические зависимости распределения химических элементов в биологических объектах» написана объединенной группой химиков ТГУ и ТГАСУ и опубликована в журнале «Вестник Томского государственного университета. Химия», входящем в базу данных Chemical Abstracts Service и в перечень российских рецензируемых научных журналов («список ВАК»).
В 2017 году ученые лаборатории мониторинга окружающей среды химического факультета ТГУ разработали и опробовали принципиально новую технологию исследования волос, в основу которой положен метод дуговой атомно-эмиссионной спектрометрии с многоканальным анализатором эмиссионных спектров.
Биосубстрат сжигают в специальной камере при температуре 400–450°С и изучают его зольный остаток. Новый метод позволил получить большое количество информации о живом организме, выявить повышенное содержание токсичных элементов и дисбаланс жизненно важных элементов.
«Ранее мы анализировали химический состав волос людей. Полученные данные томские медики использовали для уточнения диагноза пациентов, – объясняет один из авторов методики, ученый химического факультета ТГУ Владимир Отмахов. – Теперь мы расширили состав изучаемых объектов – для получения новых фундаментальных данных о закономерностях распределения химических элементов в биологических объектах. В список добавлены шерсть животных, надземная часть растений, рыба».
Чтобы выяснить влияние условий среды обитания и экологических особенностей местности на содержание макро- и микроэлементов в волосах жителей, химики изучили волосы людей, проживающих в Томске, Усть-Каменогорске (сегодня относится к Казахстану, ранее входил в Томскую губернию Российской империи, – NS), Кызыле и селе Парабель Томской области. В исследовании участвовали добровольцы в возрасте 18-55 лет.
«Наши исследования показали, что периодические зависимости носят в целом однотипный характер, – говорит Владимир Отмахов – Однако для каждого региона они имеют свои особенности. Например, у населения, проживающего в Усть-Каменогорске, обнаружен дисбаланс по семи элементам – Ba, Ca, Al и другим, в Томске по шести элементам – повышенное содержание в волосах имеют Al, Ва, P, W, пониженное содержание – Ni, Cu. В Кызыле наблюдается большое превышение Ag, Al, Ba, Ca, P, Mg, Mn, Zn, а также недостаток Cu, W. У жителей села Парабель выявлено избыточное содержание Ag, Al, Ba, Mn, P, Zn. Повышенное содержание вольфрама (W) обнаружено только в Томске.
Недостаток и избыток тех или иных элементов обусловлены разными факторами, в том числе условиями, в которых человек работает, его средой обитания и питанием. Вместе с тем ученые установили, что состав и распределение химических элементов в волосах неодинаковы для женщин и мужчин, а также людей одного пола, но разного возраста и с различным уровнем сопротивляемости организма к отрицательным воздействиям переменных факторов окружающей среды.
Как отмечают авторы статьи, в целом концентрация химических элементов у людей с возрастом снижается. Однако для ряда элементов характерны исключения, которые связаны, по-видимому, с индивидуальными особенностями организма. Так, содержание жизненно важных биологических элементов у женщин и мужчин разного возраста изменяется неодинаково.
Например, содержание кальция у женщин в возрасте 20–30 лет в 6,7 раза выше, чем у мужчин, в возрасте 50–60 лет – в 7,9 раза, а в возрасте 80–90 лет разница снижается и составляет 3,3 раза. Возможно, это отчасти объясняет тот факт, что женщины в среднем живут дольше мужчин.
Полученные данные важны как с точки зрения фундаментальной науки, так и для принятия мер по улучшению качества жизни людей, например, за счет выработки рекомендаций по питанию, которое позволит поправить баланс важных элементов в организме.
Помимо человеческих волос химики изучили еще целый ряд объектов: шерсть некоторых животных (лошадь, бык, лось, корова), надземные части лекарственных и сельскохозяйственных растений (мелисса, ромашка лазбазник, эвкалипт и другие), а также содержание химических элементов в организме баклана и трески. По результатам исследований выявлены интересные закономерности.
В 2018 году ученые химического факультета по заказу биологов ТГУ с помощью атомно-эмиссионного спектрального анализа оценили содержание жизненно важных, токсичных и потенциально токсичных химических элементов в организме клещей. На основании результатов анализа было установлено, что повышенное содержание ряда металлов в иксодовых клещах влияет на их биологию и морфологию, приводя к снижению их иммунитета и повышению восприимчивости к возбудителям инфекций.
«При изучении зольного остатка лекарственных растений были установлены некоторые особенности усвоения ими целого ряда опасных для здоровья людей элементов, таких как мышьяк, вольфрам, ванадий, кобальт и другие, – говорит Владимир Отмахов. – В биологии хорошо известно, что все химические элементы необходимы для нормального функционирования живых организмов. Определяющим фактором являются их концентрация и гармония взаимодействия с основными биогенными элементами.
Установленные закономерности позволили выдвинуть предложение для работников сельского хозяйства о целесообразности посева пищевых культур, необходимых человеку, совместно с лекарственными травами, такими как лабазник, ромашка и другими, поскольку они способны быстрее поглощать и усваивать «опасные» элементы. Таким образом, продукт, предназначенный для питания людей, будет экологически чище».
