CC BY
39
Голощапов А.П., Камилов Ф.Х.
БИОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИТОПАТОГЕННЫХ ЭФФЕКТОВ ЭКОТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ Муниципальное учреждение «Научноисследовательская генетическая лаборатория», СФ УГНТУ, г.Стерлитамак;
ГОУ ВПО «Башкирский ГМУ Росздрава», г. Уфа
Город Стерлитамак находится в южной зоне Республики Башкортостан, в которой представлена нефтедобыча, нефтепереработка и развитая химическая промышленность. Основными источниками загрязнения городской атмосферы являются пять крупных химических предприятий и две ТЭЦ. По данным [5], в начале 1990-х годов количество выбрасываемых в атмосферу предприятиями г.Стерлитамака специфических загрязнителей в абсолютном выражении составляло более 13 тыс. тонн. В структуре выбросов ароматические углеводороды составляли 19,3%, аммиак 13%, бензин 7,1%, хлорпроизводные - 4,6%. Более 6 тыс. тонн специфических вредных выбросов не были идентифицированы.
Кроме того, результаты долговременных экологических исследований демонстрируют, что для Республики Башкортостан характерно многолетнее загрязнение окружающей среды и пищевых продуктов полихлорированными дибензодиоксинами (ПХДД) и ди-бензофуранами (ПХДФ)[4], которые имеют высокую токсичность и отличаются чрезвычайной кумулятивной и биологической активностью [14, 15, 17, 18].
Так, плотность выбросов загрязняющих веществ на 1 га территории г.Стерлитамака является самой высокой среди городов и составляет 9,715 т. (в расчете на 1 жителя - 0,363 т.), г. Салавата - 7,966 т (на 1 жителя
- 0,534 т), г. Мелеуза - 6,516 т (на 1 жителя - 0,330 т), Уфы
- 4,639 т (на 1 жителя - 0,328 т). Очень высокий уровень загрязнённости атмосферного воздуха г.Стерлитамака связан, в первую очередь, с деятельностью находящихся на его территории предприятий энергетического, химического, нефтехимического комплексов и транспорта, количеством и составом выбрасываемых загрязняющих веществ, метеоусловиями рассеивания выбросов в атмосфере (Таблицы 1, 2) [2].
С целью выявления наиболее загрязненных жилых зон и оценки потенциального экологического риска для населения г.Стерлитамака проводилось комплексное биохимическое исследование детей, проживающих в различных районах г.Стерлитамака. В качестве биомаркеров химического загрязнения были использованы биохимические показатели неспецифической резистентности, прошедшие апробацию и рекомендованные для использования в натурных исследованиях [10, 13]. Планирование и проведение исследований, выбор районов и выделение «модельных» групп детей проведены в соответствии с рекомендациями [6, 7]. Для исследования были отобраны дети 1 и 2 групп здоровья, родившиеся в городе, проживающие в данном районе и посещающие детские комбинаты, расположенные вблизи постов Башгидромета. Были выделены 7 детских комбинатов в
6 районах города, расположенных в радиусе 0,5 км от стационарных постов Башгидромета. Характеристика загрязнений атмосферного воздуха в 5 районах города, за исключением контрольного, определялась на основе данных Башгидромета.
Исследовалось состояние систем детоксикации в 1990, 1994, 1998 г. у детей 5-летнего возраста, проживающих в различных по уровню загрязнения
Т аблица1.
Выбросы вредных веществ в атмосферу г.Сте рлитамака (тыс.тонн) [2]
Годы 1998 1999 2000 2001 2002
Всего по городу, в т. ч. 109,8 103,5 102,0 99,0 103,0
от стационарных источников 79,1 68,4 61,5 65,1 64,0
от транспортных средств 30,7 35,1 40,5 33,9 33,2
Таблица 2.
Комплексная оценка загрязнения воздушного бассейна в 2-х городах ______________Республики Башкортостан в 2002 году [ 2]_______________________
Город Индекс Уровень загрязнения
Уфа СИ 7,9 НП,% 8,1 ИЗА 11,2 Высокий, определяется концентрациями бенз(а)пирена и диоксида азота
Стерлитамак СИ 17 НП,% 8,6 ИЗА 12,2 Очень высокий, определяется концентрациями хлористого водорода и диоксида азота
атмосферного воздуха районах г.Стерлитамака.
В результате биохимического мониторинга систем детоксикации детского населения города установлено (таблица 3.) хроническое увеличение активности ацетилэстеразы, (фермент структурирован в мембраны микросом) в моче детей-дошкольников по сравнению с верхней границей возрастной нормы для данного биохимического показателя (15-25 нмоль/мл/мин) [9], что свидетельствует о нарушении проницаемости микросомальных мембран клеток тубулярного эпителия нефрона и «выходе» в межклеточное пространство и мочу структурированного в мембраны микросом фермента, а также об активации микросомального окисления, вызываемого гидрофильными ксенобиотиками. Необходимо отметить, что верхняя граница нормы для данного биохимического показателя превышена во всех изученных районах г.Стерлитамака, что обусловлено, на наш взгляд, хроническим неблагоприятным воздействием факторов городской среды на организм во всех районах.
Также установлено, что имеет место повышенная активность лизосомальной бета-галактозидазы по сравнению с возрастной нормой данного показателя (1,28-1,66 нмоль/мл/мин) [9] у детей, проживающих в всех городских районах, в том числе удаленных от химических промзон г.Стерлитамака. Повышенная активность фермента может быть обусловлена нарушением проницаемости лизосомальных мембран клеток тубулярного эпителия почек [20,21].
Биохимические показатели мочи детей-,
В ходе исследований осенью 1994 г. выявлено усиление процессов липопероксидации в районе 1, наиболее подверженном химическим выбросам. Не установлено значимых различий между уровнями малонового диальдегида в моче у детей, проживающих в остальных районах г.Стерлитамака: за исключением 3-го, во всех районах города верхняя граница нормы (0,8-2,2 нг/мл) превышена в 1,5-2 раза. Это подтверждает установленную в 1990 г. закономерность: у жителей г.Стерлитамака: процессы ПОЛ усилены, о чем можно судить по накоплению малонового диальдегида (верхняя граница его содержания была превышена в 1,3-2,2 раза), что может свидетельствовать об индукции процессов перекисного окисления липидов в организме детей, проживающих в г.Стерлитамаке, в результате образования органических перекисей при окислении гидрофобных молекул монооксигеназами [8], или возникновения радикальных форм ксенобиотиков в процессе их биотрансформации [16, 19].
Весной 1998 г. в ходе аналогичного биохимического исследования (таблица 4.) был отмечен повышенный уровень активности свободной малатдегидрогеназы в плазме у детей, проживающих в районах 1, 3 , 4 (по сравнению с контролем и с верхней границей возрастной нормы для данного показателя -
0,42 - 0,53 мкмоль/мл/мин). Это свидетельствует об увеличении проницаемости митохондриальных мембран и выходе ферментов в кровь, а также о дискоординации процессов цикла Кребса и дихотомического окисления глюкозы.
Таблица 3
■дошкольников г. Стерлитамака (М + тх )
Район Год Исследо- вания Сезон Кол-во детей АЭ ?-ГАЛ МДА
(нмоль/мл/мин) (нг/мг)
Контроль 1990 Весна 36 34± 7 0,28± 0,10 3,8± 1,3
1990 Осень 25 34± 5 3,03± 0,49 1,3± 0,2
1994 Осень 15 52±10 1,6± 0,2 2,43± 0,32
1 1990 Весна 25 68± 7** 0,44± 0,13 4,7± 0,7
1990 Осень 20 42± 11 2,47± 0,56 0,8± 0,2
1994 Осень 18 44± 10 2,4± 0,5 3,80± 0,60*
2 1990 Весна 18 17± 3*** 0,32± 0,10 2,7± 0,7
1990 Осень 13 - 3,21± 0,67 1,2± 0,3
1994 Осень 21 42± 9 2,2 ± 0,6 2,69± 0,55
3 1990 Весна 20 48± 7 0,48± 0,12 4,3± 0,8
1990 Осень 20 25± 5 1,48± 0,22** 0,9± 0,1
1994 Осень 16 41± 7 12,6± 7,3*** 1,90± 0,31
4 1990 Весна 21 41 ± 7 3,65± 0,63*** 1,2± 0,2**
1990 Осень 15 - 5,4± 2,3*** 3,64± 0,65**
1994 Осень 25 38± 6 - 2,9± 0,5
5 1990 Весна 20 - - -
1990 Осень 14 24 ± 3* 2,45 ± 0,59* 0,7 ± 0,1*
1994 Осень 13 54 ± 11 3,4 ± 1,4 4,40± 1,01*
Примечания: АЭ —ацетилэстераза; 7-ГАЛ - ?-галактозидаза;
МДА - малоновый диальдегид; - отсутствие данных; *** - Р< 0,001; ** - Р<0,01; * - Р<0,05 -статистическая значимость различий по сравнению с контролем
Таблица 4
Биохимические показатели плазмы детей г.Стерлитамака в весенний период (М + тх )
Район N Плазма Слюна
МДГ мкмоль/мл/мин АЭ мкмоль/мл/ми н ?-ГАЛ нмоль/мл/ми н АЭ мкмоль/ мл/ мин МДА нг/мл
Контроль 36 0,30 ± 0,12 1,86 ± 0,14 4,0 ± 2,0 9 ± 1 2,33 ± 0,18
1 25 0,83 ± 0,15*** 2,61 ± 0,25 *** 24,0 ± 7,0*** 13 ± 1** 2,95 ± 0,16**
2 18 0,43 ± 0,07 2,73 ± 0,28 16,6 ± 9,3 *** 10 ± 1 2,36 ± 0,17
3 20 0,77 ± 0,05*** 1,71 ± 0,20 0,9 ± 0,2 12 ± 1 3,20± 0,21***
4 21 0,83 ± 0,05*** 2,01 ± 0,26 7,0 ± 2,0 13 ± 2** 2,96 ± 0,24**
5 20 0,35 ± 0,04 2,15 ± 0,19 16,0 ± 3,0 13 ± 2 2,93 ± 0,33
Примечание: достоверность различий по сравнению с контролем ** - Р <0,01; *** - Р < 0,001;
АЭ -ацетилэстераза; МДГмалатдегидрогеназа; 7-ГАЛ - ?-галактозидаза; МДА - малоновый диальдегид
Параллельно проведенный анализ активности ацетилэстеразы у детей, проживающих в районе №2, достоверно (в 1,4 раза) превысил уровень контроля. Необходимо отметить, что верхняя граница нормы для данного показателя (0,49 - 0,53 мкмоль/мл/мин) превышена во всех исследованных районах. Это свидетельствует о лабилизации (высвобождении) мембраноструктурированного микросомального фермента с выходом его в кровь, и, следовательно, о значительных повреждениях мембранных структур гепатоцитов.
Весной 1998 г. уровни активности свободной бета-галактозидазы у детей, проживающих в 1 и 2 районах, достоверно превышали уровень этого показателя в контрольном районе. Это свидетельствует, по-видимому, о лабилизации лизосомальных мембран и попадании фермента во внеклеточное пространство и позволяет предположить гепатотоксическое действие факторов окружающей среды.
Необходимо подчеркнуть возможное негативное влияние на процессы липопероксидации, установленных в 1990 г. изменений в гормональном балансе населения города (Данные ОАО «Городского экологического центра «Техноэкология»»), свидетельствующих о напряжении системы «гипофиз-надпочечники». Они выражаются, по-видимому, в развитии стрессорной реакции - резистентности, и, как следствие, приводит к повышенному образованию глюкокортикоидов в коре надпочечников, на фоне исчерпания функциональных резервов синтеза АКТГ в гипофизе, а также снижении базальных уровней трийодтиронина и тестостерона.
Продолжительное повышение активности ацетилэстеразы в плазме и моче детей свидетельствуют о сохранении сильной нагрузки ксенобиотиками на организм человека во всех изученных районах г.Стерлитамака, а также о возможном гепато и нефротоксическом действии факторов городской среды (индукция микросомальных ферментов).
Установлено также, что во всех изученных районах города, а также контрольном отмечается усиление активности микросомальной ацетилэстеразы, индукция
перекисного окисления липидов (по содержанию малонового диальдегида) в слюне.
Данные метаболические сдвиги, по-видимому, вызваны воздействием химических факторов внешней среды, поскольку уровни активности фермента в контрольном районе и районе 5, наиболее удаленном от северной промзоны, не превышает возрастную норму.
Сохраняющиеся на протяжении ряда лет стойкие изменения указанных тестов свидетельствуют, по-видимому, о мембранотропных, цитопатогенных эффектах химических факторов в печени и почках и, следовательно, об их гепатотоксическом и нефротоксическом действии на организм человека во всех районах города [8, 12, 13].
Полученные результаты подтверждают, на наш взгляд, высокую информативность и целесообразность использования данной системы биомаркеров при оценке степени экологического риска для организма человека, осуществлении биомониторинга здоровья населения в городе с развитой химической промышленностью [1, 3, 11].
Литература
1.Гичев Ю.П. Загрязнение окружающей среды и здоровье человека (печальный опыт России). // Новосибирск..-2002.-230 С.
2.Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 2002 году»./ Уфа.- 2003.- 101 С.
3.Джангозина Д.М. Цитогенетические и клеточномолекулярные изменения при воздействии некоторых производственных факторов (обзор литературы)// Медицина труда и промышленная экология.- № 11.2002.- С.20-24.
4.Итоговый отчет 1995 г. по результатам выполнения Республиканской программы «Диоксин»./ Стерлитамак -1995.- 120 С.
5.Комплексная оценка состояния окружающей среды и здоровья населения г.Стерлитамака/ Под ред. проф. Аскаровой Я.Н. -Уфа. -1991. -280 С.
6.Корнеев Ю.Е. Методологические основы системы сбора, обработки и представления данных об изменениях в состоянии здоровья населения, связанных с загрязнением окружающей природной среды//
Гигиена и санитария. -1984.- №6.- С.26-28.
7.Корнеев Ю.Е., Даутов Ф.Ф. Методические вопросы количественной оценки влияния загрязненной атмосферы на состояние здоровья детского населения/ / Гигиена и санитария. -1982.- №6.- С.26-28.
8.Лукьянова Л.Д. Гепатоцит: Функциональнометаболические свойства. // М.-1985.- С.14.
9.Меркурьева Р.В., Лебедева Н.Т., Шпилевский Н.Н. и соавт. К обоснованию нормативных уровней некоторых биохимических показателей на примере детей
7 - 8 лет. // Гигиена и санитария.- 1985.- № 11. -С. 19-20.
10.Методические указания к оценке по системе биохимических, морфологических, иммунологических и физиологических показателей ранних изменений функциональных реакций организма человека при воздействии факторов окружающей среды./Под ред. акад. АМН СССР Сидоренко Г.И., проф. Меркурьевой Р.В. Пермь, Москва.-1986.-С.7-39.
11 .Мухамбетова Л.Х. Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды. (Под ред. Рахманина Ю.А.).//М.- 2001.-С.27-36.
12.Сидоренко Г.И., Можаев Е.А. Санитарное состояние окружающей среды и здоровье населения. / / М.- 1987.-215 С.
13. Современные биохимические методы в гигиене окружающей среды /Под ред. академика АМН СССР Сидоренко Г.И., Меркурьевой Р.В.- М.- 1982. -140 С.
14. Федоров Л. А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. // М.- Наука-
1993.- 266 С.
15.Цирлов И.Б. Хлорированные диоксины: биологические и медицинские аспекты. // Новосибирск.- 1988. -200 С.
16.Grover Ph. Glutatione S-transferases in detoxication./ / Biochem. Soc.Transact.-1982.-Voi.10.- №. 2. - P.72 - 73.
17.Kaiser R.E. Fundamental problems of environmental analysis.// Abst. Intern. symp. hromatogr. and mass spectrometry in environmental analysis.- St.Peterburg.-Russia.
1994.- P.5 - 6.
18.Khamitov R.Z., Maystrenko VN. Chlorinated dioxins and dibenzofurans - first results of systematic monitoring of Bashkortostan Republic.// Organo-halogen Compounds.- 1994.- Vol.20.- Р.145-146.
19.Weddle C.C., Hornbrook K.R., McCay P.B. Lipid peroxidation and alteration of membrane lipids in isolated hepatocytes exposed to carbon tetrachloride.// J.Biol. Chem. -1976.- Vol.251.- № 16.- P.4973 - 4978.
20.Yoshida M., Sunaga M., Hara I. et al. Elevation of urinary N-acetyl-?-D-glucosaminidase and ?-Galactosi-dase Activities in Workers with Long-Term Exposure to Aromatic Nitro-Amino Compounds.// Bull. Environ. Contam. Toxicol. -1989.- 43 -.P. 1-8.
21.Yoshida M., Hara I. Elevation of some urinary enzyme activities in rats administered with aromatic nitro-amino compounds. //J.Toxicol. Sci.13.-1990. - p.331.
