CC BY
11УДК 575.224.23-034.725
М.А. Газалиева
генотоксические эффекты при воздействии соединений бериллия на организм рабочих
Карагандинская государственная медицинская академия, г. Караганда, Казахстан
Представлены результаты изучения генотоксических эффектов при воздействии соединений бериллия на организм рабочих. Показано, что чем выше стаж и возраст рабочих, тем выше уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови. Установлено, что в процессе получения бериллия и его соединений изменяется уровень хромосомных повреждений.
Ключевые слова: бериллий, хромосомные и хроматидные аберрации, генотоксический эффект, метафаза.
M.A. Gazalieva. Genotoxic effects caused in workers by beryllium compounds. The author represents results of studying genotoxic effects caused in workers by beryllium compounds. Increasing age and length of service apperared to correlate with higher level of chromosomal aberration in peripheral WBC. Findings are that obtaining beryllium and its compounds is associated with changed level of chromosomal damages.
Key words: beryllium, chromosomal and chromatid aberrations, genotoxic effect, metaphase.
Многолетние исследования, проведенные ведущими научными сотрудниками Национального центра гигиены труда и профессиональных заболеваний МЗ РК, показывают, что производственная и окружающая среда 80 % промышленных предприятий Республики не соответствуют санитарно-гигиеническим нормам. В разрезе областей наиболее высокий уровень профессиональной заболеваемости отмечается в Карагандинской (27,4 на 10 000 работающих) и в Восточно-Казахстанской (18,0) обл. Помимо профессиональной заболеваемости, высокой остается общая заболеваемость с временной утратой трудоспособности, снижается средняя продолжительность жизни, растет доля производственно-обусловленных заболеваний. Наибольшее число профессиональных заболеваний регистрируется на предприятиях ведущих отраслей промышленности: угольной, металлургической и химической [10].
Так как многие химические загрязнители внешней среды способны вызывать мутации, то одной из проблем гигиенического значения является проблема генетических последствий их воздействия, проявляющихся на хромосомном уровне и лежащих в основе злокачественной трансформации клеток, в увеличении заболеваемости и снижении устойчивости организма к действию факторов окружающей и производственной среды [1, 2, 16].
Оценка последствий действия мутагенов на человека в реальных условиях (при продолжи-
тельных комбинированных воздействиях мутагенов) проводится в основном путем цитогене-тического обследования людей, подвергавшихся вредному влиянию химических факторов [3].
Изучение аберраций хромосом (ХА) остается одним из важнейших критериев загрязнения окружающей и производственной среды мутагенами. Появление мутаций детерминируется изменениями молекулы ДНК, возникшими на основе нарушений метаболизма под прямым влиянием факторов внешней среды [13].
С этих позиций изучение мутагенности металлов имеет важное значение. Действие их ионов на хромосому происходит, по-видимому, следующим образом: ионы металлов могут атаковать хромосому по всей ее длине, однако наиболее доступны для них слабые места — с менее устойчивыми белками или с меньшим количеством какого-либо белка. Еще более сильное действие мутагена может проявляться в местах, лишенных белка, депрессивных локусах. Восстановления мутационных поражений в депрессивных локусах не происходит [7, 12].
Выявление лиц с нестабильностью генома, чувствительных к воздействию токсичных веществ, пыли, физических и других производственных факторов, может повысить эффективность решения вопросов профессиональной ориентации, проведения предварительных и периодических медицинских осмотров, лечения, реабилитации, рационального трудоустройства работающих [5].
Целью данной работы явилась проблема изучения генотоксических эффектов, возникающих у рабочих АО «Ульбинского металлургического завода» («УМЗ»), занятых на производстве по получению бериллия и его сплавов.
Бериллий относится к первому классу чрезвычайно опасных веществ. Повреждающий эффект бериллия обусловлен, в первую очередь, его цитотоксическим действием с повреждением клеточной мембраны, проникновением в цитоплазму, ядро и нарушением внутриклеточных ферментативных процессов [4, 12]. Высокое сродство бериллия с фосфорсодержащими соединениями (АТФ, нуклеиновые кислоты, щелочная фос-фатаза) дает основание предположить, что он может участвовать в развитии аллергических реакций и стимулировать развитие бластомо-генного роста. Сенсибилизированные бериллием лимфоциты стимулируют трансформацию макрофагов, фагоцитирующих бериллий, что приводит к формированию характерной эпителиоидно-клеточной гранулемы. Бериллий существенно изменяет биохимию морфологических структур ядра и может вызвать синтез аномальных белков с появлением аутоантигенов к белкам не только в ткани легкого, но и в других органах.
М а т е р и а л и м е т о д и к и. Обследовано 32 человека с четырех участков (суль-фатизации, выщелащивания, получения чернового и технического гидрооксида бериллия) гидрометаллургического отделения (ГМО) цеха № 1 бериллиевого производства АО «УМЗ» (основная группа), где на работников воздействуют водорастворимые соединения бериллия, концентрация которого достигает 3 ПДК [6]. У всех обследуемых было проведено анкетирование с целью выявления паспортных сведений, места и длительности проживания в данной местности, места работы, специальности, стажа работы, вредных условиях работы, состояния здоровья и др. По анкетным данным все обследованные ГМО были мужского пола, возраст колебался от 21 года до 45 лет, средний возраст составлял 34,7 года, по длительности проживания в данной местности максимальный срок составлял 43 года и минимальный — 8 лет. Общий стаж рабочих, как и стаж по специальности на данном производстве, варьировал от 1 года до 23 лет. Профессии обследуемых лиц в основном представлены аппаратчиками и слесарями-ремонтниками, из них 58 % служили в армии, 69 % — имели вредные привычки (в виде потребления алкоголя и курения), более 95 % обследуемых оценили свое состояние здоровья как нормальное.
По гигиенической оценке уровней загрязнения промышленной площадки бериллиевого предприятия и прилегающих районов установлено, что бериллиевое загрязнение окружающей среды отмечается на расстоянии более 60 км от данного объекта и составляет в почве 0,75 мг/ м3, в растительности 0,05 мг/кг золы [8].
Для сравнения и выявления достоверности данных при изучении выраженности генотокси-ческих эффектов была обследована контрольная группа, состоящая из 12 мужчин — операторов электроцеха ТЭЦ № 3 г. Караганды, не подвергавшихся воздействию бериллия. Средний возраст лиц контрольной группы составил 32,8 года с проживанием в данной местности не менее 10 лет. Все рабочие на момент обследования были здоровы.
Одним из условий при проведении обследования на генотоксические эффекты является отсутствие рентгенологического и химиотерапев-тического воздействия на обследуемых.
Распределение рабочих на группы в зависимости от стажа и возраста было следующим: I группа — от 0 до 5 лет, II группа — от 6 до 10 лет и III группа — от 11 лет и более, IV группа — от 21 до 30 лет, V группа — от 31 до 40 лет и VI группа — от 41 и более лет.
Генотоксические эффекты у рабочих ГМО бериллиевого производства изучали с помощью модифицированного полумикрометода культи -вирования лимфоцитов периферической крови с целью учета частоты и типов хромосомных аберраций [14, 15]. Основными достоинствами данной методики являются: доступность взятия материала (крови), циркуляция лимфоцитов в крови во всех тканях, хорошо разработанная техника культивирования лейкоцитов, их фиксации и приготовления препаратов метафазных хромосом [9], а также чувствительность метода, достаточная для выявления аномалий в малой популяции клеток [11].
Флаконы с кровью помещались в сумку-холодильник и в течение 24 ч доставлялись в лабораторию.
Постановка культуры лимфоцитов осуществлялась в специальном боксовом помещении. Культивирование лимфоцитов периферической крови проводилось общепринятым методом. В стерильные культуральные флаконы с кровью вносили по 0,2 мл фитогемагглютинина. По реакции агглютинации, происходящей между эритроцитами крови и фитогемагглютинина, можно было судить об активности. Затем добавляли остальные ингредиенты. Клетки культивировали в термостате при температуре 37 °С в течение 72 ч.
За 1,5 ч до начала фиксации в культуральные флаконы добавлялся колхицин. Гипотоническую обработку препаратов проводили 0,56 % раствором KCl. Фиксацию клеток производили смесью Карнуа (метанол-ледяная уксусная кислота в соотношении 3 : 1) не менее 3 раз. После фиксации суспензию клеток раскапывали на чистые обезжиренные предметные стекла, охлажденные дистиллированной водой, затем высушивали. Учет хромосомных аберраций проводили на препаратах, окрашенных дифференциальным красителем Гимза.
Основное назначение методических приемов при обработке клеточных культур и приготовлении из них хромосомных препаратов — получение на препарате достаточного количества метафазных пластинок с таким разбросом хромосом, при котором можно оценить размеры, соотношение длин плеч хромосом, наличие вторичных перетяжек, спутников и другие морфологические признаки каждой хромосомы кариотипа [9].
Анализ хромосомных препаратов производили на зашифрованных препаратах под световым микроскопом с увеличением 100 х 1,25.
Данные цитогенетического исследования заносили в специальные бланки-протоколы.
Статистический анализ проводили с помощью пакета прикладных программ «Statgraphics». Различие цитогенетических параметров в группах оценивали по критерию Стьюдента.
Р е з у л ь т а т ы. При проведении цитогенетических исследований у рабочих ГМО АО «УМЗ» было изучено 6400 метафаз в основной группе и 1800 — в контрольной, и в конечном результате выявлено общее количество ХА: в основной группе — 3,37 ± 0,22 % и в контрольной группе — 1,38 ± 0,27 %. Показатели основной группы превышали показатели контрольной группы более чем в 2 раза, данная разница являлась достоверной р < 0,01 (табл. 1).
Выявленные ХА, относящиеся к типу нестабильных хромосомных поломок, были разделены на 2 основные группы: хромосомного и хрома-тидного типов. Общее количество аберраций
хромосомного типа в основной группе составило 122, средняя частота которых соответствует 1,91 ± 0,17 %, в контрольной группе соответственно — 14 и 0,78 ± 0,20 %, разница показателей в 2,4 раза, что достоверно при р < 0,01.
Как видно из табл. 1, средняя частота клеток с аберрациями хроматидного типа в группе рабочих завода составила 1,91 ± 0,17 %, что превысило контрольные значения в 1,7 раза.
Для оценки влияния стажевого фактора на выход хромосомных повреждений был изучен уровень ХА, представленный в табл. 2.
При анализе частоты ХА у обследованных лиц в зависимости от стажа работы видно, что наиболее высокий уровень ХА наблюдался в 3-й стажированной группе, достигая уровня 4,45 ± 0,43 %, что по сравнению с контрольной группой выше в 3,0 раза, при р < 0,01. Во второй группе данный показатель составил 3,22 ± 0,37 %, что было выше контроля в 2,3 раза, при р < 0,05. У рабочих со стажем работы от 0 до 5 лет частота ХА составляла 2,35 ± 0,33 % и превышала контроль в 1,7 раза. Анализ результатов, представленных в табл. 2, показал зависимость между уровнем цитогенетических нарушений и стажем рабочих: чем выше стаж работы, тем выше уровень ХА у рабочих, занятых на берил-лиевом производстве.
При изучении типов хромосомных поломок в основной и контрольной группах было выявлено, что они представлены как аберрациями хромосомного, так и хроматидного типов. Аберрации хромосомного типа, представленные в основном парными фрагментами и разрывами по центромере, составляли 57,4 % от общего числа хромосомных поломок, выявленных в основной группе обследованных. Хроматидный тип аберраций соответственно составил 42,6 % от общего числа и отмечен хроматидными разрывами, одиночными фрагментами и делециями. Цитогенетические нарушения в контрольной группе в основном представлены аналогичными классами типов хромосомных аберраций (табл. 3).
При анализе полученных данных по типам
Т а б л и ц а 1
Частота и типы хромосомных аберраций у лиц основной и контрольной групп (Р ± т), %
Группа Всего изучено метафаз Всего ХА Частота ХА
Типы ХА
Хромосомного Хроматидного
Абс. Абс. Р ± m Абс. Р ± m Абс. Р ± m
Основная 6400 216 3,37 ± 0,22* 122 1,91 ± 0,17* 94 1,46 ± 0,14
Контрольная 1800 25 1,38 ± 0,27 14 0,78 ± 0,20 11 0,61 ± 0,18
* Достоверные изменения по сравнению с контрольной группой (р < 0,01).
ХА отмечался наиболее высокий уровень изучаемого показателя (2,72 ± 0,34 %) по аберрациям хромосомного типа в группе рабочих со стажем 11 и более лет, при р < 0,01. Достоверно превышающие контрольные значения выявлялись также в группах рабочих со стажем от 0 до 5 лет и от 6 до 10 лет, соответственно 1,65 ± 0,28 и 1,4 ± 0,25 %. Из данного типа аберраций достоверно превышающие показатели отмечались по парным фрагментам в I и III стажирован-ных группах (1,35 ± 0,25 и 2,31 ± 0,32 %). Удельный вес парных фрагментов в общем числе аберраций хромосомного типа составил 84,7 %, остальные 15,3 % — разрывы по центромере. В контрольной группе поломки хромосомного типа представлены также парными фрагментами (10 случаев), что составило 71,4 % от общего числа ХА и разрывами по центромере — 4 случая (28,6 %).
Аберрации хроматидного типа в основной группе составили: делеции 16,3 % (15 случаев), одиночные фрагменты — 10,9 % (10 случаев) и хроматидные разрывы — 72,8 % (67 случаев). В контрольной группе поломки хроматидного типа представлены аналогичными видами аберраций: делеции и одиночные фрагменты — по 2
случая, что составляло в общем 36,3 % и хроматидные разрывы — 7 случаев (63,7 %).
Из аберраций данного типа выделялся класс хроматидных разрывов, достигавший наиболее высокого уровня во II стажированной группе (1,45 ± 0,25 %), при р < 0,05. При суммированных показателях цитогенетических нарушений хрома-тидного типа выявлялись достоверные данные во II и III стажированных группах, соответственно 1,8 ± 0,28 и 1,72 ± 0,27 %, при р < 0,05.
Таким образом, повышение уровня аберраций в лимфоцитах периферической крови рабочих бериллиевого производства за счет повреждений как хромосомного, так и хроматидного типов указывает на химическую природу мутагенного воздействия.
Для оценки влияния возрастного фактора на выход хромосомных повреждений был изучен уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови у рабочих в зависимости от их возраста (табл. 4).
Как видно из табл. 4, наиболее высокий уровень хромосомных повреждений наблюдался в VI возрастной группе (от 41 и более лет) и составил 4,72 ± 0,49 %. Наименьшее число ХА отмечалось в IV группе (от 21 до 30 лет)
Т а б л и ц а 2
частота хромосомных аберраций у обследованных лиц в зависимости от стажа работы (р ± m), %
Стажированная группа Количество изученных метафаз Количество ХА, абс. ХА, Р ± m Аберрации хромосомного типа Аберрации хроматидного типа
Абс. Р ± m Абс. Р ± m
I 2000 47 2,35 ± 0,33 33 1,65 ± 0,28* 14 0,70 ± 0,18
II 2200 71 3,22 ± 0,37* 31 1,40 ± 0,25 40 1,80 ± 0,28*
III 2200 98 4,45 ± 0,43** 60 2,72 ± 0,34** 38 1,72 ± 0,27*
Контроль 1800 25 1,38 ± 0,27 14 0,78 ± 0,20 11 0,61 ± 0,18
* Достоверные изменения по сравнению с контрольной группой (р < 0,05). ** Достоверные изменения по сравнению с контрольной группой (р < 0,01).
Т а б л и ц а 3
типы хромосомных аберраций у обследованных лиц в зависимости от стажа работы (р ± m), %
Стажированная группа Аберрации хромосомного типа Аберрации хроматидного типа
Парные фрагменты Разрывы по центромере Всего Хроматидные разрывы Одиночные фрагменты Делеции Всего
Абс. Р ± m Абс. Р ± m Абс. Р±И1 Абс. Р ± m Абс. Р ± m Абс. Р ± m Абс. Р ± m
I 27 1,35 ± 0,25* 6 0,3 ± 0,12 33 1,65 ± 0,28* 12 0,6 ± 0,17 1 0,05 ± 0,04 1 0,05 ± 0,04 14 0,7 ± 0,18
II 27 1,22 ± 0,23 4 0,18 ± 0,09 31 1,4 ± 0,25* 32 1,45 ± 0,25* 4 0,18 ± 0,09 4 0,18 ± 0,09 40 1,8 ± 0,28*
III 51 2,31 ± 0,32** 9 0,4 ± 0,13 60 2,72 ± 0,34** 23 1,0 ± 0,21 5 0,22 ± 0,09 10 0,45 ± 0,14 38 1,72 ± 0,27*
Контроль 10 0,55 ± 0,17 4 0,22 ± 0,11 14 0,78 ± 0,20 7 0,38 ± 0,14 2 0,11 ± 0,07 2 0,11 ± 0,07 11 0,61 ± 0,18
* Достоверные изменения по сравнению с контрольной группой (р < 0,05).
* * Достоверные изменения по сравнению с контрольной группой (р < 0,01).
Т а б л и ц а 4
Частота и типы хромосомных аберраций у обследованных лиц в зависимости от возраста (Р + т), %
Возрастная группа Количество обследованных лиц Количество метафаз Количество ХА, абс. Общая частота ХА Хромосомные аберрации
хромосомного типа хроматидного типа
IV 10 2000 52 2,60 ±0,35 1,85 ± 0,30 0,75 ± 0,19
V 13 2600 79 3,03 ±0,33 1,75 ± 0,25 1,37 ± 0,22
VI 9 1800 85 4,72 ±0,49 2,25 ± 0,34 2,50 ± 0,36
обследованных лиц основной группы (2,60 ± 0,35 %). В V группе (от 31 до 40 лет) — изучаемый показатель установился на уровне 3,03 ± 0,33 %, что соответствовало промежуточному положению среди групп, обследованных по возрастному фактору.
Таким образом, при изучении влияния возрастного фактора на уровень ХА можно отметить следующую закономерность: с повышением возраста повышался уровень выхода хромосомных повреждений в лимфоцитах крови.
В ы в о д ы. 1. Повышенный уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови выявлен у рабочих гидрометаллургического отделения бериллиевого производства. 2. При воздействии соединений бериллия генотоксические эффекты усиливаются с увеличением возраста и стажа. 3. Выявленные цитогенетические эффекты у рабочих гидрометаллургического отделения бериллиевого производства обусловлены воздействием мутагенов химической природы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байжуманова Л.Т., Сраубаев Е.Н. // Гиг. труда.
2008. № 1 (18). С. 3—9.
2. Бигалиев А.Б., Абилев С.К. Генетика и окружающая среда. Караганда, 1989.
3. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды. М.: Медицина,
1989.
4. Гайсин А.Б., Сапаргалиева С.К., Пак Л.Р. // Материалы межд. науч. конф. молодых ученых, студентов и школьников «VII Сатпаевские чтения», сер. «Молодые ученые». Т. 20, ч. 1. Павлодар, 2007. С. 333—337.
5. Дыгин В.П., Филев Л.В., Петрова Т.Н. и др. / / Эргономика: Гигиена труда и охрана окруж. среды, токсикол. и профпатол. при работе с бериллием и его соед.: Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума «Бериллий-90», Ленинград, 3—5 июля 1990 г. С.-Пб. —М., 1992. С. 70.
6. Пак Л.Р. // XIII Межд. конгресс по реабилитации в медицине и иммунореабилитации. Всемирный форум по астме. Дубай: ОАЭ. Аллергология и иммунология, 2008.
Т. 9, № 1. С. 172.
7. Попов НД., Цветков С.А., Коновалова З.Б., Петрова С.П. // Эргономика: Гигиена труда и охрана окруж. среды, токсикол. и профпатол. при работе с бериллием и его соед.: Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума «Бериллий-90», Ленинград, 3—5 июля 1990 г. С.-Пб. — М., 1992. С. 66—67.
8. Самойлов В.Я., Седачев В.Г., Хлебалин В.И. // Там же. С. 22—23.
9. Святова Г.С., Абильдинова Г.Ж., Березина Г.П. Медико-генетическое тестирование экологически неблагоприятных регионов: Методические рекомендации. Алматы,
1998.
10. Сраубаев Е.Н. // Материалы Респ. науч.-практ. конф. с межд. участием «Современные вопросы гигиены труда и профзаболеваний», Караганда, 20—21 сентября 2007 г. Караганда: «Санат», 2007. С. 3—9.
11. Стандарты анализа препаратов хромосом при не-оплазиях кроветворения: методические рекомендации.
Киев, 2007.
12. Шушкевич Н.И. // Мед. труда. 2007. № 8. С. 10—14.
13. Emmanuel A. OIO-Amaize, Melcom A., James P., Tomas N. // Ergonomics: Labor hygiene and environment protection, toxicology and vocational medicine at working with beryllium and its compounds: Proceedings of the International Seminar «Beryllium-92»: lecture and report theses, Saint Petersburg, 2—4 June 1992. S.-Pb. — Moscow, 1992. P. 127—128.
14. Hungerford D.A. // Stain Technology. 1965. Vol. 40, N 6. P. 333—338.
15. Moorhead P.S., Nowell PS, Mellman W.J. // Exp. Cell. Res. 1960. Vol. 20. P.613.
16. Saltini C., Crystal R.G., Markham T. and Richeldi L. // Ergonomics: Labor hygiene and environment protection, toxicology and vocational medicine at working with beryllium and its compounds: Proceedings of the International Seminar «Beryllium-92»: lecture and report theses, Saint Petersburg,
2—4 June 1992. S.-Pb. — Moscow, 1992. P. 147.
Поступила 17.03.09
