CC BY-ND
39
сентябрь №9 (222) ЗНифО
33
БИОХИМИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ НЕГАТИВНЫХ ЭФФЕКТОВ У ДЕТЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ПОСТУПАЮЩИХ В ОРГАНИЗМ С ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ
М.А Землянова, Н.Е Федорова, Ю.В. Кольдибекова
BIOCHEMICAL MARKERS OF ADVERSE EFFECTS IN CHILDREN EXPOSED TO CHLORORGANIC COMPOUNDS THROUGH DRINKING WATER
M.A. Zemlyanova, N.V. Fedorova, Y.V. Koldibekova.
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
Статья посвящена обоснованию биохимических маркеров негативных эффектов у детей при воздействии хлорорганических соединений, поступающих в организм с питьевой водой. Доказана зависимость изменения биохимических показателей, характеризующих клеточное и функциональное состояние гепатоцитов, нарушение окислительно-восстановительных и детоксикационных процессов в организме при повышенном содержании в крови хлороформа, дибромхлормета-на, 1,2-дихлорэтана, тетрахлорметана.
Ключевые слова: биомаркеры эффектов, хлорорганические соединения, оксидантно-антиоксидантные процессы, перекисное окисление липидов, гепатотоксическое действие.
The article is devoted to the justification of biochemical markers of adverse effects in children exposed to chlororganic compounds through the consumption of drinking water. Is proven dependence of biochemical parameters characterizing the cellular and functional status of hepatocytes, the violation of the redox processes in the organism with increased content in the blood chloroform, dibromhlormetane, 1,2-dichloroethane, carbon tetrachloride.
Keywords: biomarkers of effects, chlororganic compounds, oxidant-antioxidant processes, lipid peroxidation, hepatotoxic action.
Состояние источников питьевого водоснабжения, низкий уровень внедрения современных технологий водоочистки и обеззараживания в отношении наиболее устойчивых химических и биологических агентов, высокая (более 60 %) изношенность разводящих сетей напрямую связаны с низким качеством питьевой воды, подаваемой населению [1]. Особенно неблагоприятная ситуация складывается с источниками питьевого централизованного водоснабжения из открытых водоемов, т. к. 42 % от их числа на сегодняшний день не отвечают санитарным правилам и нормам. В большей степени не соответствует гигиеническим нормативам содержание в пробах ряда химических веществ, нормируемых по санитарно-токсикологическому признаку, в т. ч. хлора, хлороформа (до 8—13 % нестандартных проб) [3]. Опасным для здоровья человека остается фактор микробиологического загрязнения питьевой воды. В 40 субъектах Российской Федерации отмечается превышение среднероссийского показателя доли проб воды из водопроводной сети, не соответствующих гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям, из них в 17 субъектах — от 1,5 до 18 раз [3].
Низкое качество питьевой воды, потребляемой населением, обусловливает необходимость интенсивного обеззараживания воды перед подачей в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения путем гиперхлорирования на станции водоподготовки. Эта процедура является источником загрязнения питьевых вод не только остаточным хлором, но и такими химическими соединениями, известными как три-галометаны: хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихролэтан, дихлорбромметан. Данные соединения образуются в питьевой воде вследствие взаимодействия активного хлора с органическими веществами, и представляют опасность для здоровья населения [1, 3].
Значительную роль в механизме токсического действия хлорорганических соединений играют процессы свободно-радикального окисления, запускающие перекисное окисление липидов, что приводит к нарушению функциональных свойств мембран, подавлению активности мембраносвязанных ферментов, тем самым вызывая значительные расстройства со стороны внутренних органов, в частности, существенные изменения в культуре клеток печени [3, 4].
34
ЗНиСО Сентябрь №9 (222)
Цель настоящего исследования — обоснование биохимических маркеров негативных эффектов у детей при воздействии хлорорга-нических соединений, поступающих в организм с питьевой водой.
Материалы и методы. Для обоснования биохимических маркеров негативных эффектов обследовано 574 ребенка в возрасте 3—7 лет, посещающих детские дошкольные учреждения, потребляющих питьевую воду с избыточным содержанием хлорорганических соединений. Для проведения сравнительного анализа обследована группа детей организованных коллективов в количестве 224 человека аналогичного возраста, проживающих на территории, где качество питьевой воды отвечало требованиям санитарных норм (группа сравнения).
Оценка воздействия хлорорганических соединений на организм детей включала в себя определение содержания хлороформа, 1,2-дихлорэтана, дибромхлорметана, тетрахлор-метана в крови методом газохроматографиче-ского анализа равновесного пара. Состояния окислительно-восстановительных процессов оценивалось по содержание малонового ди-альдегида (МДА) и гидроперекиси липидов в сыворотке крови, по активности Cu/Zn-супероксиддисмутазы (Cu/Zn-СОД), глута-тионпероксидазы (ГлПО), каталазы и общей антиоксидантной активности плазмы крови (АОА). Исследование клеточного и функционального состояния печени выполнялось по активности аланинаминотрансферазы (АЛАТ), аспартатаминотрансферазы (АСАТ), щелочной фосфатазы, по содержанию общего белка и альбумина в сыворотке крови. Процессы де-токсикации и метаболизма в организме оценивали по уровню дельта-аминолевулиновой кислоты (Д-АЛК) в моче. Определение биохимических показателей в сыворотке крови и моче проводили с помощью стандартных унифицированных методов [5].
Математическую обработку результатов обследования осуществляли с помощью параметрических методов статистики, линейного и нелинейного регрессионного анализа. Для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Фишера, критерий Стьюдента. Сравнительную оценку вероятностей взаимосвязи между признаками в группах оценивали по отношении шансов (odd ratio — OR) с анализом доверительного интервала. Различия полученных результатов считали статистически значимыми при р < 0,05 [2].
Результаты и их обсуждения. Данные химико-аналитического исследования свидетельствуют о достоверной идентификации в крови обследованных детей представителей хлорорганических соединений, являющиеся чужеродными веществами для организма. У 97 % детей группы наблюдения содержание хлороформа в крови составило 0,0013— 0,230 мг/дм3, у 60 % детей — дибромхлорметана в концентрации 0,00002—0,0007 мг/дм3, у 52 % детей — 1,2-дихлорэтана в концентрации 0,002—0,150 мг/дм3, у 100 % детей — тетрахлор-метана в концентрации 0,00001—0,015 мг/дм3. Обнаруженные хлорорганические соединения в крови детей группы сравнения не идентифицированы.
Сравнительный анализ отклонения биохимических показателей позволил выявить повышенное содержание в крови продуктов перекисного окисления липидов. Уровень гидроперекиси липидов в сыворотке крови у детей группы наблюдения в среднем составило (498,3 ± 24,13) мкмоль/дм3, что в 1,5 раза выше показателя в группе сравнения (352,9 ± 26,363) мкмоль/дм3 р = 0,000. В обследуемой выборке установлено среднее содержание МДА в плазме крови (2,79 ± 0,08) мкмоль/ см3, что достоверно выше в 1,2 раза данного показателя у детей группы сравнения (2,25 ± 0,056) мкмоль/см3, р = 0,000. Выявлена достоверная зависимость вероятности повышения МДА и гидроперекиси липи-дов от повышенного уровня в крови 1,2-дихлорэтана,тетрахлорметана^2 = 0,10—0,54; 4,88 < F < 101,23; р = 0,000—0,028; OR = 15,65) (табл. 1).
Отмечено напряжение состояния анти-оксидантной защиты, что подтверждают отклонения показателей внутриклеточных ферментов и интегральный показатель восстановительных процессов. Количество проб с повышенной активностью Си/7и-СОД (28,4 % случаев), ГлПО (83 %) и каталазы (76 %) в сыворотке крови детей группы наблюдения в 2,0—2,5 раза превышает частоту проб аналогичных показателей в группе сравнения (р = 0,000). Обращает на себя внимание частота регистрации повышенного уровня общей АОА (44 % случаев), что в 4 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения (21 %). Выявлена достоверная зависимость вероятности повышения активности Си/7и-СОД, каталазы, ГлПО и общей антиоксидант-ной активности при идентификации в крови дибромхлорметана, 1,2-дихлорэтана, тетрах-
сентябрь №9 (222) ЗНифО
35
Таблица 1. Параметры моделей зависимости «маркер экспозиции—маркер эффекта», характеризующие окислительно-восстановительные процессы у детей группы наблюдения (р < 0,05)
Маркер экспозиции Маркер эффекта Направление изменения показателя ь„ Ь1 R2 F Р
Хлороформ ГлПО Повышение 1,12+0,001 32,71+5,00 0,74 291,98 0,000
АСАТ Повышение 0,84+0,0057 29,03+0,0 0,32 106,86 0,000
Общий белок Понижение -1,94+0,0 5,58+1,31 0,10 23,74 0,000
Альбумины Понижение -1,22+0,0017 18,3+4,172 0,26 80,28 0,000
Дибром-хлорметан ГлПО Повышение 1,53+0,004 33,92+8,79 0,04 4,27 0,000
Каталаза Повышение 1,15+0,0035 1,92+0,029 0,22 50,77 0,000
Д-АЛК Повышение -0,18+0,0 1,1+0,001 0,05 13,72 0,000
1,2- дихлорэтан МДА Повышение -0,15+0,0 2,28+0,0 0,10 4,88 0,028
Гидроперекиси липидов Повышение -0,36+0,0 -2,32+0,0 0,54 16,24 0,000
Си^п СОД Повышение -2,24+0,001 29,94+4,02 0,78 251,38 0,000
АСАТ Повышение -2,25+0,0 16,31+0,0 0,58 291,86 0,000
Д-АЛК Повышение -0,18+0,0 1,1+0,001 0,10 13,72 0,000
Тетрахлор-метан АОА Повышение 0,48+0,0005 137,78+6,15 0,24 66,95 0,000
Гидроперекиси липидов Повышение -0,47+0,010 -39,39+0,00 0,48 15,91 0,000
МДА Повышение -1,66+0,001 155,42+21,35 0,36 101,23 0,000
ГлПО Повышение 1,89+0,003 -266,4+83,78 0,48 92,8 0,000
Си^п СОД Повышение -3,60+0,002 67,29+7,47 0,56 117,49 0,000
АСАТ Повышение -2,01+0,003 110,09+0,0 0,25 70,89 0,000
Общий белок Понижение -0,64+0,0031 198,3+76,785 0,45 142,07 0,000
Альбумины Понижение -0,23+0,0 224,53+45,522 0,40 145,91 0,000
лорметана и хлороформа (R2 = 0,04—0,78; 4,27 < F < 291,98; р = 0,000) у детей группы наблюдения.
Установлена повышенная проницаемость мембраны клеток печени при интенсификации процесса перекисного окисления липи-дов. У детей обследуемой группы выявлено достоверное превышение среднего значения активности АСАТ (32,87 ± 1,095) Е/дм3 относительно показателя группы сравнения (24,25 ± 2,505) Е/дм3 (р = 0,003). При этом доля проб с повышенной активностью данного фермента (26 %) превышает в 2 раза показатель в группе сравнения. У детей группы наблюдения установлена зависимость веро-
ятности увеличения активности АСАТ от повышенного уровня в крови 1,2-дихлорэтана, хлороформа, тетрахлорметана = 0,25—0,58; 70,89 < F < 291,86; р = 0,000; OR = 13,5), а также снижение общего белка и альбумина при содержании в крови хлороформа и тетрах-лорметана = 0,10—0,45; 23,74 < F < 145,91; р = 0,000).
О нарушении процессов метаболизма в организме детей обследуемой выборки свидетельствует большая частота встречаемости проб с повышенным содержанием Д-АЛК в моче (48,9 %, что в 1,8 раза превышает показатель в группе сравнения, р = 0,006). У детей группы наблюдения установлена достовер-
36
ЗНиСО сентябрь №9 (222)
Таблица 2. Эффекты и маркеры эффекта при хронической внешнесредовой экспозиции хлорорганических соединений
№ п/п Маркер экспозиции Концентрация в крови, мг/дм3 Эффект Маркер эффекта Критериальная оценка степени выраженности нарушений относительно физиологической нормы
низкая средняя высокая
1 1,2-дихлорэтан 0,0159—0,0233 Активация процессов окисления и нарушение метаболизма Повышение гидроперекиси липи-дов на 5 % 20 % 30 %
тетрахлорметан 0,0009—0,0015 Повышение МДА на 5 % на 15 % на 35 %
хлороформ 0,0089—0,0137 Повышение Д-АЛК на 10 % на 20 % на 40 %
2 1,2-дихлорэтан 0,0159—0,0233 Активация антиокси-датных процессов Повышение АОА на 5 % на 10 % на 15 %
тетрахлорметан 0,0009—0,0015 Повышение Си/7п-СОД на 5 % на 10 % на 15 %
хлороформ 0,0089—0,0137 Повышение ГлПО на 10—15 % на 30 % на 70 %
дибромхлорме-тан 0,0001 Повышение каталазы на 10 — 15 % на 35 % на 80 %
3 1,2-дихлорэтан 0,0159—0,0233 Цитолиз гепатоцитов и снижение белоксинте- зирующей функции печени Повышение активности АСАТ на 5 % на 15 % на 35 %
тетрахлорметан 0,0009—0,0015 Снижение общего белка на 5 % на 10 % на 15 %
хлороформ 0,0089—0,0137 Снижение альбумина на 5 % на 10 % на 15 %
ная связь между содержанием в крови 1,2-дихлорэтана и дибромхлорметана и повышенным уровнем Д-АЛК в моче = 0,05—0,10; F = 13,72; р = 0,000).
Обобщение полученных результатов в ходе проведения исследований позволило обосновать негативные эффекты и соответствующие им маркеры при хронической внешнесредо-вой экспозиции хлорорганических соединений (табл. 2.).
Выполнена критериальная оценка и установлены уровни показателей, характеризующие начальное проявление негативных эффектов при идентификации в крови
детей хлорорганических соединений. Установлено:
— активация процессов окисления (повышение уровня гидроперекиси липидов, МДА в плазме крови на 5 % относительно физиологической нормы);
— интенсификация антиоксидантных процессов (повышение уровня АОА и активности Си/7п-СОД на 5 %, повышение активности каталазы эритроцитов и ГлПО в сыворотке крови на 10—15 %);
— увеличение проницаемости мембраны гепатоцитов и снижение белоксинтзирую-щей функции печени (повышение активности
сентябрь №9 (222) ЗНифО
37
АСАТ, снижение содержания общего белка и альбумина на 5 % в сыворотке крови);
— нарушение метаболических процессов (повышенное выведение Д-АЛК с мочой на 10 %).
Выводы. Таким образом, при концентрации хлороформа, дибромхлорметана, 1,2-дихлорэтана, тетрахлорметана на уровне 0,00001 — 0,015 мг/дм3 установлены следующие биомаркеры негативных эффектов: повышение содержания гидроперекиси липидов и МДА в сыворотке крови, характеризующие активацию процессов окисления; повышение уровня АОА и активности Си/7и-СОД, каталазы и ГлПО, свидетельствующие об усилении антиоксидантной защиты в организме в ответ на процессы окисления; повышение активности АСАТ, снижение уровня общего белка и альбумина в сыворотке крови и повышенное выведение Д-АЛК с мочой, характеризующие клеточное и функциональное нарушение печени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2009 году». М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010. 456 с.
2. Гланц С. Медико-биологическая статистика /Под ред. Н.Е. Бузикашвили и соавт. М.: Практика, 1998. 459 с.
3. Иксанова Т.И., Малышева А.Г., Растянников Е.Г., Егорова Н.А. Оценка комплексного действия хлороформа питьевой воды //Гиг. и сан. 2006. № 2. С. 8—11.
4. Лазарев Н.В., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Т I. Органические вещества. Л.: Химия, 1976. 592 с.
5. Клиническое руководство по лабораторным тестам /Под ред. проф. Норберта У. Тица; Перевод с англ. /Под ред. В.В. Меньшикова. М.: ЮНИМЕД-пресс, 2003. 960 с.
Контактная информация: Землянова М.А.,
тел.: 8-342-237-25-47
^ntaet information: Zemlyanova M.A.,
phone: 8-342-237-25-47
