Цифровая система комплексной оценки микроэлементов для превенции хронических
заболеваний
Скальный А. В.
Директор Центра биоэлементологии и экологии человека ПМГМУ им. Сеченова
Заведующий кафедрой Медицинской элементологии РУДН
Вице-президент Института микроэлементов ЮНЕСКО
Кварки
Лептоны
Переносчики взаимодействий
Фундаментальные частицы
Адроны
Ядра
Субатомный мир
Атомы
Молекулы
Микромир
Макромир
Поле
Вещество
Существо
Биоэлементы
Биоэлементология это направление фундаментальной науки, изучающее переходное состояние вещества (эволюцию от биологически инертного к живому), формирование и изменение биоэлементов, которые являются жизненно важными или условно важными для живой материи, под влиянием различных физических взаимодействий.
Медицинская элементология
Научная школа медицинской элементологии и биоэлементологии
The building blocks of life
(J.D.Marth, 2008)
Эффект | Краткая характеристика эффекта | Витамины | Элементы | |
Макро- | Микро- | |||
Адаптационно-трофический | Оптимизация функционального состояния ЦНС, обмена веществ и трофики тканей | B1,B2,PP,B6, B15,A,C и E | P, Mg, K, S | Se, Zn |
Антиинфекционный | Повышение устойчивости организма к инфекциям, стимуляция выработки антител, усиление фагоцитоза, защитных свойств кожи и слизистых, нейтрализация токсинов | С,А, витамины группы В, Е | Ca | Zn, Mn, Li, Si |
Антианемический | Нормализация и усиление кроветворения | В12, фолиевая кислота, С, В | | Fe, Cu, Co, Mn |
Антигипоксический | Поддержание окислительно-восстановительных процессов при снижении доставки кислорода к тканям или нарушении тканевого дыхания | В1,В2,В5,В6,В15С, Е, А | S | Se, Zn, Fe, Co, Mn |
Детоксицирующий | Повышение способности печени инактивировать и выводить токсические или чужеродные вещества | В2,РР, В6,В12,В15, холин, липоевая кислота, карни-тин, F | Mg, S | Zn, Cu, Fe, Se |
Основные лечебно-профилактические эффекты витаминов, макро- и микроэлементов при воздействии экстремальных факторов
(А. С. Лосев, А.В. Скальный, 2003)
Эффект | Краткая характеристика эффекта | Витамины | Элементы | |
Макро- | Микро- | |||
Нормализация жирового обмена | Снижение уровня холестерина, профилактика атеросклероза, ускорение распада жиров в организме | В6,В15, холин, липоевая кислота, пантотеновая кислота, U | | Cr, Zn, Mo, Se |
Нормализация углеводного обмена | Ускорение окисления глюкозы, облегчение ее захвата клетками и снижение концентрации в крови (в том числе при сахарном диабете), снижение уровня молочной кислоты | В1,В5, липоевая кислота | Mg | Cr, Zn, Mn |
Анаболический | Стимуляция синтеза структурных и сократительных белков, процессов регенерации и восстановления, повышение активности ферментов пластического обмена | В1,В2,РР, В5,В6, фолиевая кислота, В12,В15, F, U | S, P, Mg | Zn, Co, Cr, Mo |
Нейротропный | Усиление синтеза медиаторов (ацетилхолина, серотонина, ГАМК, дофамина) в ЦНС и миелина (защитного компонента оболочки нервных стволов) | В1,В2,В6,РР, В12, F,E,U | S, Mg, P | Se, Zn, Fe, Li |
Основные лечебно-профилактические эффекты витаминов, макро- и микроэлементов при воздействии экстремальных факторов
(А. С. Лосев, А.В. Скальный, 2003)
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС
ВНУТРЕННИЕ ФАКТОРЫ
ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ВОЗРАСТ
ПОЛ
и др.
СИНЕРГИЗМ
АНТАГОНИЗМ
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
(ЭКОЛОГИЯ)
ПИЩА, ВОДА
БИОГЕОХИМИЯ
ЗДОРОВЬЕ
Элементный статус
Элементный статус человека уникален и тесно связан с функциональными параметрами и состоянием здоровья
Анализ биосубстратов
Повышение
эффективности
Учитывая роль биоэлементологии как интегративной науки о жизни, параметры элементного статуса могут быть использованы для повышения прогностического и/или диагностического потенциала имеющихся систем
Применение данных об элементном статусе в машинном обучении для создания прогностических/диагностических моделей
Внутриутробное развитие
1 – 5 лет
Подростковый возраст
18 – 45 лет
> 50 лет
Пожилой возраст
NB! Период снижения содержания эссенциальных (жизненно важных) микроэлементов сочетается с накоплением токсичных элементов.
Гормональные перестройки
Гормональные перестройки
Половые различия элементного статуса
Волосы
различия по содержанию целого ряда химических элементов
Кровь
гендерные особенности выражены в меньшей степени (система гомеостаза)
Физиологические аспекты взаимосвязи обмена химических элементов и этапов жизни человека
СИНЕРГИЗМ и АНТАГОНИЗМ
Ca | P | Mg | Na | S | Fe | Mn | Zn | Cu | Mo | Cd | F | Co | Cr | I | Sn | Se |
P | Ca | Ca | K | Se | Mn | Cu | Fe | S | W | Zn | Al | Fe | Zn | Co | Fe | S |
Al | Mg | F | Li | Zn | Cu | P | Ca | Ag | S | Cu | Ca | | V | Mn | Cu | As |
Zn | Mn | Be | | | Co | Fe | Cu | Fe | Cu | Fe | Mg | | | Pb | | Hg |
Mg | As | | | | Zn | Co | Pb | Mo | Mn | Hg | | | | | | Cd |
Pb | | | | | Pb | Mg | Cd | P | | Pb | | | | | | Ag |
| | | | | | | | Cd | | Se | | | | | | Pb |
| | | | | | | | Zn | | | | | | | | Au |
Химический элемент
Антагонисты
МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Всасывание
Транспортировка
Хранение
Выведение
Проект
«ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС НАСЕЛЕНИЯ РОССИИ»
Выполнен в рамках
ФЦП «Национальная система химической и биологической
безопасности Российской Федерации (2009–2014 гг.)»
При участии “Научный токсикологический центр ФМБА России”
Northwestern District�1995 children�9395 adults
Southern District�474 children �2522 adults
North-Caucasian District �617 children �3283 adults
Volga District�1556 children �10728 adults
Ural District�605 children �3868 adults
Siberian District�2038 children �8059 adults
Far Eastern District�1662 children �2780 adults
Central District�4794 children �22378 adults
Основные результаты
Опыт в проведении популяционных исследований
Дефицит
Селен – 24 – 45% популяции России
Цинк – 18 – 46% популяции России
Кобальт – 60 – 90% популяции России
Избыток:
Кадмий – 3 – 16% популяции России
Ртуть – 1 – 13% популяции России
Мышьяк – 3 – 19% популяции России
Проект отмечен
Национальной экологической премией В. И. Вернадского – 2016
Связь содержания химических элементов в волосах с заболеваемостью
Класс заболеваний (по МКБ-10) | Избытки | Дефициты |
Инфекционные заболевания (I) | - | Mg, Mn, Se |
Новообразования (II) | - | - |
Болезни крови (III) | - | Ca, Mg, Zn, Mn |
Болезни эндокринной системы (IV) | Ca, Mg, Zn | Cr, I |
Расстройства поведения и психики (V) | Pb | Fe |
Болезни нервной системы (VI) | Pb, Cd, Cr | Mg, I |
Болезни органов кровообращения (IX) | Zn, Se, Cr | Fe |
Болезни органов дыхания (X) | Cd | Fe, Mn |
Болезни органов пищеварения (XI) | - | - |
Болезни кожи (XII) | Ca, Mg, Zn | - |
Болезни опорно-двигательного аппарата (XIII) | - | Fe, Mn |
Болезни мочеполовой системы (XIV) | Zn | Fe, Cu, Cr |
Пороки развития (XVII) | Ni, Fe, Cr | Mg, Zn |
Изменение лабораторных показателей (XVIII) | - | Ca, I |
Травмы и отравления (XIX) | Pb, As, Ni, Cu | - |
Класс заболеваний | Избытки химических элементов | Дефициты химических элементов |
Инфекционные заболевания | Se | Cu |
Новообразования | Mg, Se | Mn |
Болезни крови | - | Fe, Cr |
Болезни эндокринной системы | Pb, Cd, Cr | Mg, Zn |
Расстройства поведения и психики | - | Mg, Fe, Mn |
Болезни нервной системы | Cd | Ca, Mg, Zn |
Болезни органов кровообращения | - | Mg, Zn, Mn |
Болезни органов дыхания | Ni | Cu |
Болезни органов пищеварения | - | Mg, Zn, Se |
Болезни кожи | Zn, Cu, Mn | - |
Болезни опорно-двигательного аппарата | - | Mg, Zn, Cu, Mn |
Болезни мочеполовой системы | - | Fe |
Пороки развития | - | Mn |
Изменение лабораторных показателей | Pb | - |
Травмы и отравления | Se | Ca, Se |
Детей
Взрослых
Показатель | Волосы | Сыворотка крови | ||
R+ | R- | R+ | R- | |
Масса тела |
| Ca, Mg, P |
|
|
Индекс весоростовой |
| Ca, Mg |
| K, As |
Индекс Кеттле |
| Mg, Mn |
|
|
Индекс Пинье | Ca, Mg, P, Mn |
| As | Se |
Должная жизненная ёмкость лёгких |
| Ca, P |
|
|
Индекс жизненный | K, Na, Al | Zn |
| Ca |
Окружность грудной клетки |
| Ca, Mg, P | Se | As |
Экскурсия грудной клетки |
| Ni | Ca | Ni |
Индекс Эрисмана |
| Ca, Mg, Mn | Se |
|
Индекс силы кисти |
| Ca, Mg, K, Na, P, Be |
| K |
ЧСС в покое | Ca, Co, Se, Hg |
|
|
|
ЧСС после задержки дыхания | Zn |
|
|
|
ЧСС после 1 минуты отдыха |
|
|
| K |
Функциональное состояние организма | Al |
|
| Cd, Co |
Адаптационный потенциал организма |
| Fe | Ca, Se |
|
Взаимосвязь элементного статуса с физическим и функциональным состоянием организма
Элемент | Возраст | ИМТ | Артериальное давление (САД) | |
Al |
| | | |
As | 0,12 |
| 0,12 | |
Cd | 0,11 | | 0,11 | |
Hg | 0,18 | 0,21 | 0,18 | |
Pb | 0,21 | 0,26 | 0,19 | |
Zn | -0,18 | -0,22 | -0,27 | |
Ca | -0,15 | -0,13 |
| |
Mg | -0,15 | -0,17 | -0,20 | |
K | 0,25 | 0,27 | 0,18 | |
Na | 0,19 | 0,17 | 0,35 | |
Mg/Al |
| 0,18 |
| |
Mg/Cd |
| 0,22 |
| |
Cu/Cd |
| 0,15 |
| |
Mg/Pb |
| 0,28 |
| |
Zn/Pb |
| 0,32 |
| |
Se/Hg |
| 0,21 |
|
Взаимосвязь элементного статуса с факторами риска возраст-ассоциированных заболеваний
Роль микроэлементов в развитии возраст-ассоциированных заболеваний на примере метаболического синдрома
«+» | Параметр | «-» |
Al 0,18 As 0,21 Cd 0,25 Hg 0,22 K 0,30 Na 0,27 | АЛТ | Ca 0,25 Mg 0,22 Zn 0,16 Cu 0,17 |
Al 0,15 Hg 0,18 | ГГТ |
|
Al 0,19 Hg 0,16 K 0,20 Na 0,33 | ТАГ | Ca 0,17 Mg 0,15 Zn 0,25 |
Al 0,18 Pb 0,15 | Глюкоза | Zn 0,17 |
Cd 0,24 | HbA1c | Zn 0,18 Cu 0,27 |
Ca 0,41 Mg 0,38 Zn 0,17 Cu 0,34 | ЛПВП | As 0,35 K 0,18 Na 0,30 |
Zn 0,32 | Инсулин | Al 0,30 Pb 0,25 |
Skalny, A.V.; Timashev, P.S.; Aschner, M.; Aaseth, J.; Chernova, L.N.; Belyaev, V.E.; Grabeklis, A.R.; Notova, S.V.; Lobinski, R.; Tsatsakis, A.; Svistunov, A.A.; Fomin, V.V.; Tinkov, A.A.; Glybochko, P.V. Serum Zinc, Copper, and Other Biometals Are Associated with COVID-19 Severity Markers. Metabolites 2021, 11, 244. https://doi.org/10.3390/metabo11040244
�
Исследование взаимосвязи между элементным статусом и тяжестью COVID-19
выполнено нами на базе клинических центров Сеченовского университета
Aaseth J., Tinkov A.A., Strand T.A., Alehagen U., Hollan I., Skalny A. V., Alexander J. (2020) Early nutritional interventions for raising viral infection resistance and mitigating a progressive course of COVID-19 – A rapid review. Nutrients
Взаимосвязь нарушения обмена химических элементов в организме с тяжестью COVID-19
Взаимосвязь пищевых и экотоксических факторов с уровнем интеллекта, проявлениями психопатологических синдромов и заболеваний
Вещество | Уровень интеллекта | Деменция | Синдром двигательного возбуждения с гиперактивностью | |||
дефицит | избыток | дефицит | избыток | дефицит | избыток | |
Витамины | C, Ниацин В6, В1 | - | В9, В12, PP, B6, C, D, Е | фосфаты, Cu | ниацин В6, В1 | - |
Химические элементы | Mg, Ca, Fe, I, Zn | Cu, Mn, Al, Cd, Pb | Ca, Se, Zn | Ca, Cu, Si, Al, | Ca, Mg, Fe, Zn | Cu |
Вещество | Депрессия | Маниакально депрессивный психоз | Шизофрения | |||
дефицит | избыток | дефицит | избыток | дефицит | избыток | |
Витамины | В6, В2, В1, В12, С, В9, Биотин |
| В9, В12, С, В6, РР |
| В9, B6,С, РР, В12 | В9 |
Химиче-ские элементы | Ca,Mg, K, Fe, Cu, Li, Pb | Mg | Li, Cа NaCl | Li, V | Mn, Zn, Li | Cu |
Наличие корреляционных связей между уровнем химических элементов в волосах детского населения и заболеваемостью психическими расстройствами
Уровень�содержания | Дети | |
R+ | R- | |
Избыток | Al, Hg |
|
Норма |
| Al, Hg, P |
Дефицит | Ca, P |
|
Важно отметить, что фосфор и его соединения оказывают выраженное влияние на энергетический обмен, а ртуть, алюминий являются известными нейротоксикантами.
Exley, C., & House, E. R. (2011). Aluminium in the human brain. Monatshefte für Chemie-Chemical Monthly, 142(4), 357-363.
Oliveira, C. S., Piccoli, B. C., Aschner, M., & Rocha, J. B. T. (2017). Chemical speciation of selenium and mercury as determinant of their neurotoxicity. In Neurotoxicity of Metals (pp. 53-83). Springer, Cham.
Аутизм
Психопато-
Подобный
синдром
Нарушение
речи
Когнитивные
расстройства
Инфантильный
психоз
↓Fe
↑Cu
↑Co
↓Mn
↓Zn
↓I
Se
Cr
I
-10%
+10%
-30%
-20%
-50%
-40%
-70%
-60%
-90%
-100%
-80%
+100%
+80%
+90%
+60%
+70%
+40%
+50%
+20%
+30%
- 29%
- 41%
+ 13%
Уровень контроля (здоровые дети)
Fe
+ 5%
Cu
+ 8%
Hg
Cr
Se
-10%
+10%
-30%
-20%
-50%
-40%
-70%
-60%
-90%
-100%
-80%
+100%
+80%
+90%
+60%
+70%
+40%
+50%
+20%
+30%
- 29%
- 31%
+ 35%
Уровень контроля (здоровые дети)
Cu
+ 16%
Pb
+ 55%
Хелатирование
Антиоксиданты
Антагонисты тяжелых металлов (Se, Zn)
Питание
Антагонисты глутамата
Противовоспали-тельные / иммуно-модуляция
др. токсиканты
Расстройства аутистического спектра
Нейровоспаление
Воспалительные
ферменты
Аутоиммунные
нарушения
Противо-
воспалительные
механизмы
Fe
Cu
Mg
I
Cr
Ni
Mn
Cd
Взаимосвязь нарушений обмена химических элементов с развитием аутизма
1. Элементный статус детей с аутизмом
2. Взаимосвязь элементного статуса с синдромальной картиной аутизма
4. Потенциальные мишени коррекции эко-обусловленного развития аутизма
3. Взаимосвязь элементного статуса с нейровоспалением
Обследовано
> 1 000 человек
Концентрация макро- и микроэлементов в норме (1) и при диагнозе ишемический инсульт (2)
Fe мкг/мл
Mg мкг/мл
Se мкг/мл
Cu мкг/мл
Mn мкг/мл
Zn мкг/мл
Корреляция сывороточной концентрации химических элементов с маркером повреждения нервной ткани S100B
Взаимосвязь нарушений обмена химических элементов с развитием ишемического инсульта
Взаимосвязь обмена металлов и металлоидов у пациентов с доброкачественными и злокачественными опухолями молочной железы
Обследовано 103 женщины с доброкачественными (фиброзно-кистозными) опухолями молочной железы, 107 пациентов с раком молочной железы (стадия II), а также 100 здоровых женщин. Определение содержание микроэлементов проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на NexION 300D (PerkinElmer, USA)
Цель – изучение содержания эссенциальных микроэлементов в волосах и сыворотке крови женщин с доброкачественными и злокачественными опухолями молочной железы с поиском сходных и различных паттернов.
Параметр | Модель 1 | Модель 2 | ||
β | p | β | p | |
Возраст | 0.087 | 0.145 | 0.177 | 0.055 |
ИМТ | 0.052 | 0.377 | 0.144 | 0.123 |
Co | 0.033 | 0.635 | -0.115 | 0.181 |
Cr | 0.225 | 0.003 * | 0.006 | 0.947 |
Cu | -0.144 | 0.019 * | -0.092 | 0.315 |
Fe | -0.023 | 0.748 | -0.015 | 0.866 |
Mn | -0.087 | 0.230 | -0.234 | 0.024 * |
Se | -0.017 | 0.760 | -0.044 | 0.681 |
V | 0.089 | 0.226 | -0.183 | 0.046 * |
Zn | -0.087 | 0.161 | -0.172 | 0.069 |
Multiple R | 0.387 | 0.461 | ||
Adjusted R | 0.150 | 0.213 | ||
Adjusted R2 | 0.120 | 0.144 | ||
P model | < 0.001 * | 0.002 * | ||
Данные представлены в виде коэффициента регрессии (β), * - p < 0.05 | ||||
Таблица. Регрессионная взаимосвязь между уровнем микроэлементов в волосах (Модель 1) и сыворотке (Модель 2) с увеличением злокачественности опухоли
Наряду с увеличением сывороточной концентрации меди отмечалось увеличение соотношений Cu/Zn и Cu/Mn, что может указывать на роль антагонизма металлов в онкогенезе
Выводы
Результаты исследования показали, что развитие злокачественных опухолей молочной железы связано с прогрессированием снижения циркулирующего уровня марганца и цинка на фоне кумуляции меди.
Skalny, A. V., Sekacheva, M. I., Aschner, M., Lobanova, Y. N., & Tinkov, A. A. (2022). Systemic essential metal and metalloid levels in patients with benign breast disease and breast cancer. Biological Trace Element Research, 1-10.
Легенда:
H ― избыток (> q75); L ― дефицит (< q25); N ― “норма” (q25 < X < q75); Me ― медиана; r – корреляция
СмертностьM+Ж =
Формула зависимости между элементным статусом и демографией
(+r)
(-r)
Легенда:
H ― избыток (> q75); L ― дефицит (< q25); N ― “норма” (q25 < X < q75); Me ― медиана; r – корреляция
РождаемостьM =
РождаемостьЖ =
Элементный статус и рождаемость
(+r)
(-r)
(+r)
(-r)
Штабной состав авиации | | |
Летный состав | | |
Рабочие атомной промышленности | | |
Рабочие металлурги-ческой промышлен-ности | Конверторное производство | |
Производство холоднокатан-ного листа | | |
Газоперера-батывающий завод | Рабочие | |
Менеджеры | | |
Оценка элементного статуса работников предприятий
Обследовано:
> 150 предприятий
> 10 000 работников различных сфер
> 100 000 обследуемых
> 1000 клин-лаб
показателей
> 100 000 000
анализов
Элементный статус: 25 (волосы); 18 (кровь); 18 (моча) включая Se, Zn, As, Hg, Cd, etc…
Демографические показатели:
Пол, возраст, регион проживания, профессия
Анамнез: наличие заболеваний по МКБ-10
Антропометрия
Клинико-лабораторные маркеры
Формирование базы данных ( )
Regional distribution of hair Se
Выявление критических нарушений элементного статуса
Оценка рисков для здоровья
и прогрессирования заболеваний
Оценка эффективности коррекции
Элементный статус
Клинические характеристики
Персональные характеристики
Пол, возраст
Регион, профессия
Особенности питания
Антропометрия
Вредные привычки
Физическая активность
Уровень микроэлементов в крови, волосах, моче
+ Микронутриенты (витамины, аминокислоты)
Анамнез
Диагноз по МКБ-10
Клинические характеристики заболеваний (тяжесть)
Инструментальные методы
Лабораторные маркеры
Применение системы прогнозирования в схеме ведения пациентов с нарушениями элементного статуса
I
II
III
IV
V
Жалобы, анамнез жизни, анамнез заболевания, особенности диеты
Анализ сыворотки крови, мочи методом ИСП-МС
+ другие маркеры
Анализ волос методом ИСП-МС
Коррекция элементного статуса (препараты серии “DS” и “Био»)
Повторный анализ волос после завершения курса коррекции
Подозрение на нарушение обмена МЭ
Оценка риска нарушений здоровья
Оценка риска нарушений здоровья
Персонализированная коррекция
Оценка эффективности коррекции (снижения рисков)
Перспективы
ИИ
Элементный
статус
Новые мишени
Эффективное
лечение
Рынок услуг
превентивной
медицины
Точность диагноза
Превентивная
медицина
Снижение
экономического
ущерба
ПРЕССА О НАС
Сотрудничество коллектива с научными центрами БРИКС
*
*Признан экстремистской организацией и запрещен на территории РФ.