Химические элементы являются ключевыми элементами важнейших биохимических процессов человеческого организма. По различным оценкам их перечень в составе тканей превышает восемьдесят наименований [4]. В этой связи определённый интерес представляют размеры «пулов» отдельных химических элементов в организме и их зависимость от внешней среды, и в частности от поступления с пищей [3]. Исследованию данной проблемы посвящено большое количество исследований [8,10]. Отдельные авторы отмечают важность оценки как общего поступления химических элементов с пищей, так и биодоступность, где немаловажную роль играют эффекты взаимодействия микронутриентов между собой, а именно субстрат-связывающая способность [2,6,11]. Наибольший интерес в плане адсорбционных и ионообменных свойств привлекают пищевые волокна, что объясняется наличием большого числа связывающих групп на поверхности биополимеров последних [1,7], которые и определяют и величину эндогенных потерь химических элементов в ходе энтерального обмена [6].
Цель исследования: изучить особенности обмена токсичных элементов в организме в зависимости от уровня потребления пищевых волокон с рационом питания.
Материалы и методы. В исследовании приняли добровольное участие 232 студента в возрасте 21±1,8 года, из них юношей 66 (28,4%), девушек – 166 (71,5%), обучающихся на различных факультетах Оренбургского государственного университета. Оценка количества потребляемой пищи респондентами была проведена методом 24-часового (суточного) воспроизведения питания [3]. Анализ химического состава пищевых продуктов выполнен с помощью программы оценки фактического питания «Аспон-питание», разработанной под руководством проф. И.М. Воронцова в Санкт-Петербургской медицинской академии. Содержание химических элементов в биосубстрате (волосы) определено по технологии РУ №ФС 2007/128 от 09.07.2007 в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва, аттестат аккредитации ГСЭН.RU. ЦОА.31) с использованием атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрального анализа на оборудовании производства Perkin Elmer Corp. (Optima 2000DV, ELAN 9000). Для получения целостного представления об общих закономерностях накопления токсичных элементов использован относительный показатель концентрации элементов в биосубстратах. Суммарный коэффициент токсической нагрузки вычислялся по формуле: Кtox = КAl + КTi + КCd + КHg + К Pb + КSn , где К Al …. КSn – отношение содержания элемента в волосах конкретного человека к содержанию, соответствующему 50 центилю [5,6,9]. При оценке потребления пищевых волокон в составе среднесуточного рациона питания были использованы рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ, определяющих уровень адекватного потребления пищевых волокон 20 г/сут. [7]. В зависимости от потребления пищевых волокон юноши и девушки были разделены на три группы: I группа – юноши с грубым дефицитом в рационе пищевых волокон (менее 10 г/сут); II группа – юноши с умеренным дефицитом в рационе пищевых волокон (от 10 до 20 г/сут); III группа – юноши с адекватным содержанием в рационе пищевых волокон (20 г/сут и более). Аналогичным образом в зависимости от уровня потребления пищевых волокон на три группы были разделены девушки. Статистическая обработка результатов исследований проводилась с использованием программ «Excel», «Statistica». Оценка корреляционных взаимосвязей проводилась с помощью ранговой корреляции по Спирмену.
Результаты и их обсуждение. Анализ суточного потребления пищевых волокон юношами показал, что у 12 (18,1%) респондентов уровень потребления был адекватным, у 34 (56,6%) умеренно дефицитным, у 20 (30,3%) - грубо дефицитным. Среди девушек адекватный уровень потребления наблюдался у 7 (4,2%), умеренный дефицит у 79 (47,6%), грубый дефицит – 80 (48,2%) респондентов. Как следует из табл. 1, выявлена прямая зависимость поступления эссенциальных химических элементов и уровня содержания в рационе пищевых волокон. У юношей I группы поступление кальция было в 1,6 раза достоверно ниже (p<0,05), чем во II группе, и в 3,9 ниже, чем в III группе респондентов. Потребление йода в I группе юношей в 1,9 раза достоверно ниже, чем во II группе (p<0,05) и, в 3 раза ниже (p<0,05) чем в III группе юношей. Прямая зависимость прослеживалась так же по меди, фосфору, фтору и цинку. Сходная тенденция имела место в группах девушек с различным уровнем потребления пищевых волокон (табл. 1). Анализ содержания эссенциальных и условноэссенциальных элементов в волосах юношей и девушек с различным уровнем потребления пищевых волокон выявило обратную зависимость количества поступающих волокон с пищей и содержания в волосах ряда элементов. Так, обратная зависимость прослеживалась как у девушек, так и юношей по накоплению Fe, Mn, K, Ni, I, Si.
Таблица 1. Поступление химических элементов с пищей в зависимости от уровня поступления пищевых волокон, мкг/сут.
Примечание: здесь и далее ⃰ , ⃰ ⃰ , ⃰ ⃰ ⃰ - достоверная разница (p<0,05, p<0,01, p<0,001) содержания химических элементов между группами с различным уровнем потребления пищевых волокон внутри половой группы
Как следует из табл. 2, выявлена обратная зависимость количества поступающих волокон с пищей и содержания в волосах мышьяка и кадмия. Так, наблюдалось снижение содержания мышьяка в волосах при адекватном потреблении пищевых волокон в 1,3 раза у юношей и в 1,2 у девушек вторых групп. Что касается кадмия, как у юношей, так и девушек с адекватным потреблением пищевых волокон (III группы), концентрация данного элемента в 2 раза была достоверно ниже (p<0,05), чем у респондентов с грубым дефицитом их потребления. Аналогичная закономерность имела место для всех оцениваемых токсичных и потенциально-токсичных элементов. Так, по нашим данным, у юношей III группы наблюдалось достоверно более низкое содержание в волосах ртути в 2 раза (p<0,01), олова в 1,6 раза, свинца в 2,8 раза (p<0,01) по сравнению с I группой респондентов. Расчёт показал в 1,5 раза более низкий суммарный коэффициент токсической нагрузки у юношей с адекватным потреблением пищевых волокон (III группа). В сравнении, относительная концентрация токсичных элементов у девушек для алюминия была в 1,3 раза, титана в 1,7 раза, ртути в 1,3 раза, свинца в 1,7 раза, олова в 1,3 раза ниже в группе с адекватным приёмом пищевых волокон (III группа). Суммарный коэффициент токсической нагрузки был ниже в 1,7 раза у девушек с адекватным потреблением пищевых волокон III группы.
Таблица 2. Содержание химических элементов c различной биологической значимостью в волосах студентов, мкг/г.
При изучении корреляционной зависимости между значениями поступающих с пищей пищевых волокон и химическими элементами в волосах было установлено, что самый высокий коэффициент обратной корреляции наблюдался по содержанию в волосах титана (r = - 0,9), алюминия (r = - 0,72), свинца (r = - 0,65), олова (r = - 0,6).
Вывод. Уровень потребления пищевых волокон оказывает влияние на обмен ряда эссенциальных, условно-эссенциальных и токсичных элементов.