CC BY-ND
21
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА РАЗВИТИЕ ДОНОЗОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ИММУННОЙ И АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМ У ДЕТЕЙ
М.А. Землянова, В.Н. Звездин, Т.С. Лыхина, Ю.В. Городнова
HYGIENIC EVALUATION OF EFFECTS OF TECHNOGENIC CHEMICAL FACTORS OF ENVIRONMENT ON THE DEVELOPMENT OF PRENOSOLOGICAL CHANGES IN IMMUNE ANTIOXIDANT SYSTEMS OF CHILDREN
M.A. Zemlyanova, V.N. Zvezdin, T.S. Lykhin, U.V. Gorodnova
ФГУН«Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора
Статья посвящена гигиенической оценке развития донозологических изменений иммунной и антиоксидантной систем у детей в условиях хронической контаминации биосред. Были установлены изменения лабораторных показателей иммунной и антиоксидантных систем у детей. Мониторинг данных показателей позволит выявлять нарушение процессов адаптации на донозологическом уровне и своевременно проводить их профилактику и коррекцию для снижения риска развития экологически обусловленной заболеваемости.
The article describes hygienic assessment of prenosological changes in immune and antioxidant systems in children in conditions of chronic contamination of biological media. The change of laboratory indices of immune and antioxidant systems in children. Monitoring these indicators will identify the violation of adaptation processes in prenosological level and in a timely manner to their prevention and correction to reduce the risk of environmentally caused disease. Keywords: technogenic chemical factors, contamination of biological medium, immune system, antioxidant system, disadaptation, stress adaptation, hygienic assessment, markers of adverse effects.
Урбанизированная среда обитания человека в современных условиях характеризуется наличием комплекса неблагоприятных факторов, оказывающих влияние на него с раннего детства. В этот комплекс входят химические соединения техногенного происхождения, ставшие неотъемлемой частью экологической системы крупных промышленных городов [1]. Устойчивое многосредовое воздействие химических факторов способствует поступлению и накоплению избыточного количества техногенных химических веществ в организме, что в дальнейшем может привести к ряду негативных эффектов в различных звеньях иммунной и антиоксидантной систем у детей. Такие состояния создают предпосылки для формирования неинфекционной аллергической патологии и частым респираторным заболеваниям, которые могут появляться при нарушении адаптивных механизмов детского организма. Тенденция к формированию таких предпосылок особо выражается на фоне изменения показателей антиоксидантной системы, которая также подвергается воздействию техногенных химических факторов среды обитания.
Цель настоящего исследования — определение маркерных показателей донозологиче-ских изменений иммунной и антиоксидант-ной систем у детей, проживающих в промышленно развитом районе.
Материалы и методы. Для научного обоснования маркерных лабораторных показателей, отражающих изменения иммунного и антиоксидантного ответов в условиях негативного влияния техногенных химических факторов, было выполнено углубленное обследование 350 детей в возрасте от 3 до 7 лет, проживающих в зонах максимального риска для здоровья. Для проведения сравнительного анализа было обследовано 50 детей контрольной группы, проживающих в условиях относительного санитарно-гигиенического благополучия.
Оценка воздействия химических факторов включала в себя анализ спектра и уровня содержания приоритетных компонентов выбросов промышленных предприятий в биосредах детей, обладающих токсическим иммунотропным и сенсибилизирующим действием на организм (свинец, хром, никель, марганец, бензол, толуол, стирол, метанол,
хлороформ, дихлорэтан, дихлорбромметан, формальдегид).
Лабораторные диагностические исследования влияния контаминантной нагрузки на нарушение иммунорезистентности организма выполнялись по содержанию сывороточных иммуноглобулинов A, M, G и показателям фагоцитарной активности, степени сенсибилизации (содержанию общего иммуноглобулина Е, уровню абсолютной и относительной эози-нофилии). Оценка влияния контаминантной нагрузки на состояние антиоксидантной системы и интенсивности окислительных процессов осуществлялась по показателю общей антиоксидантной активности плазмы крови (АОА) и по содержанию малонового диальдегида (МДА) в крови [2; 3].
Для обоснования маркерных показателей, отражающих негативное воздействие токсикантов на иммунную систему ребенка, было выполнено математическое моделирование причинно-следственных связей между воздействием загрязняющего вещества (маркер экспозиции) и ответной реакцией организма (маркер эффекта). Зависимость «маркер экспозиции — маркер эффекта» описывали с помощью модели логистической регрессии [4]:
1
Vi =---тт—т , где
1 + e+bi( х_ ^
р. — вероятность отклонения лабораторного показателя (маркера ответа) от физиологической нормы при воздействии /-маркера экспозиции;
X — концентрация контаминанта в крови (маркера экспозиции);
хд — максимальный недействующий уровень маркера экспозиции;
Ьд , bj — параметры математической модели.
Результаты и обсуждения. Анализ определяемых концентраций металлов в организме при первичном обследовании детей показал, что было зарегистрировано статистически достоверное повышенное содержание хрома в крови (превышение референтного уровня в среднем составило 1,8 раза, р < 0,0005). Количество детей с повышенным уровнем хрома в крови составило 68 % от общего числа обследованных, при этом наибольшие уровни превысили референтное содержание в 3,9 раза. Установлено статистически достоверное повышенное содержание марганца в крови детей (средняя концентрация превысила референтный уровень в 2,8 раза, р < 0,0005), количество
детей с повышенным содержанием марганца в крови составило 69 %. У 60 % детей установлено статистически достоверное повышенное содержание свинца в крови (р = 0,002). Определяемые концентрации никеля в крови всех детей имели статически достоверные различия с референтным уровнем (р < 0,0005), кратность превышения составила 5,8 раза. Из перечня определяемых органических соединений в биосредах регистрировались статистически достоверные повышенные концентрации следующих контаминантов:
толуол — средняя концентрация в обследованной группе детей составила 0,0031 мг/дм3 (количество детей с наличием толуола в крови — 46 %, р = 0,000);
бензол — 0,0006 мг/дм3 (количество детей с наличием бензола в крови составило 19 %, р = 0,001).
стирол — в диапазоне 0,04—1,95 мг/дм3 (количество детей с наличием стирола в крови составило 29 %).
Данные соединения являются ксенобиотиками, которые не определялись в организме детей контрольной группы. Из перечня определяемых органических соединений практически у всех обследуемых детей (90 %) была установлена повышенная концентрация формальдегида в крови (превышение фоновых уровней в среднем составило 10,6 раза, р < 0,0005, а у 94 % обследуемых детей установлена повышенная концентрация метилового спирта в крови (превышение фоновых уровней в среднем составило 3,4 раза, р < 0,0005). Было установлено достоверное превышение фонового уровня по следующим хлороргани-ческими соединениям:
1,2-дихлорэтан — у 63 % детей, при р = 0,000;
дихлорбромметан — у 65 % детей, при р = 0,000;
хлороформ — у 100 % детей, при р = 0,000. В результате лабораторного обследования выявлено, что у большинства детей (32,0—57,4 %) с повышенной контаминацией биосред иммунная система находилась в состоянии напряжения адаптации. Это прослеживается по содержанию общего иммуноглобулина Е (гуморальный тип реагирования), который превышал физиологический уровень у 57,4 % детей, при этом его среднее значение составило 153,0 МЕ/мл, р = 0,000 (при норме не более 50 МЕ/мл для данного возраста). Клеточный тип реагирования характеризовался наличием абсолютной и относительной
эозинофилии у 18,9 % и 26,7 % детей соответственно. О напряжении адаптации иммунной системы по клеточному типу также свидетельствует повышение фагоцитарного числа у 10,8 % детей, процента фагоцитоза — у 19,6 %, абсолютного фагоцитоза — у 45,3 % (р < 0,05). Напряжение процессов адаптации иммунной системы детей с повышенной контаминацией может быть обусловлено несколькими механизмами влияния техногенных химических факторов. За счет возможного усиления перекисного окисления липидов при прямом повреждении клеточных мембран формальдегидом, хлорорганическими соединениями, бензолом и толуолом. Образование клеток с поврежденными мембранами стимулирует ма-крофагальную и гуморальную системы. Также запускающим фактором могут быть гаптенные свойства ароматических углеводородов, ионов тяжелых металлов и хлорорганических соединений, образующих конъюгаты с рецепторами белков организма. Избыточная активация гуморального и клеточного звеньев иммунитета приводит к сенсибилизации организма детей, что создает предпосылки для реализации аллергической и аутоиммунной манифестации при срыве адаптивных механизмов детей к условиям среды обитания. У отдельных детей иммунный ответ характеризовался истощением резервов адаптации за счет истощения клеточного звена (снижение фагоцитарного числа у 15,1 % детей, процента фагоцитоза — у 12,6 %, абсолютного фагоцитоза — у 6,7 %, при р < 0,05) и гуморального звена (снижение IgG у 23,5 % детей, IgA — у 15,2 %, при р < 0,05). Данные изменения в организме детей могли быть обусловлены воздействием хрома, свинца, формальдегида, стирола, толуола, угнетающих пролиферацию всех ростков кроветворения, что снижает рост плазматических клеток и макрофагов. Снижение клеточных показателей иммунитета связано, возможно, со способностью свинца угнетать ферменты тка-
невого дыхания и снижать клеточную осмоустойчивость. При сочетанной контаминации возможно угнетение ферментов, инактивирующих химические загрязнения и продукты их метаболизма, что усиливает негативный эффект последних (например при контаминации метанолом). В результате углубленного лабораторного обследования детей было выявлено снижение антиоксидантной активности у 41,5 % (p < 0,05) и ее повышение — у 46 % детей (p < 0,05) на фоне повышения содержания малонового альдегида в плазме крови у 21 % детей (p < 0,05). Снижение активности можно расценивать как декомпенсацию в результате истощения антиокислительных резервов, а её повышение как компенсаторную реакцию в условиях напряжения адаптации [4; 5].
Результаты математического моделирования причинно-следственных связей между повышением содержания загрязняющих веществ в крови и неблагоприятной ответной реакцией иммунной и антиоксидантной систем организма показали достоверную связь повышения общего иммуноглобулина E c повышением содержания в крови никеля, бензола, формальдегида. По уровню эозинофилии получены адекватные модели по повышению в крови никеля, толуола, стирола, хлорорга-нических соединений. Были установлены достоверные связи снижения показателей фагоцитоза и повышения содержания в крови практически всех исследуемых соединений. Также были получены достоверные модели, адекватно отражающие связь снижения иммуноглобулинов с повышением бензола, толуола, стирола, хлорорганических соединений, хрома и метанола. По изменению уровня АОА плазмы крови получены адекватные модели по повышению в крови марганца, толуола, 1,2-дихлорэтана, формальдегида. Установлены достоверные связи повышения содержания в крови МДА и повышения содержания в крови марганца, бензола, метанола.
Параметры моделей зависимости отклонения лабораторных показателей от уровня контаминации биосред (р < 0,05)
Маркер экспозиции Маркер эффекта Параметры модели R2 F
bG b1
1 2 3 4 5 б
Свинец Снижение фагоцитоза абс. -4,22 10,72 0,12 33,55
Снижение процента фагоцитоза -3,02 7,50 0,13 46,80
Хром Снижение ^ G в сыворотке крови -1,79 10,84 0,08 28,49
Снижение ^ А в сыворотке крови 0,17 13,14 0,16 66,98
Снижение фагоцитарного числа в крови -1,02 15,47 0,23 100,9
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,60 11,55 0,13 42,95
Продолжение
1 2 3 4 5 б
Никель Повышение ^ Е общего в сыворотке крови -1,73 6,82 0,26 42,01
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,63 4,27 0,10 11,62
Повышение эозинофилов отн. в крови -1,78 4,60 0,15 18,70
Марганец Снижение фагоцитарного индекса в крови -3,42 25,83 0,27 91,69
Снижение фагоцитарного числа в крови -0,93 17,27 0,30 102,8
Снижение АОА плазмы крови -0,55 -0,44 0,08 19,57
Повышение МДА в плазме крови -2,91 -59,2 0,10 26,39
Бензол Повышение ^ Е общего в сыворотке крови -0,34 205,7 0,57 449,7
Снижение IgG в сыворотке крови -1,51 43,42 0,07 24,72
Снижение ^М в сыворотке крови -0,58 68,73 0,07 25,82
Снижение процента фагоцитоза в крови -2,37 273,7 0,88 2244
Повышение МДА плазмы крови -1,07 235,8 0,65 638,7
Толуол Повышение эозинофилов абс. в крови -1,69 38,92 0,06 21,30
Снижение IgG в сыворотке крови -1,56 17,08 0,03 9,660
Снижение фагоцитоза абс. в крови -1,50 23,02 0,57 389,0
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,73 62,98 0,49 308,6
Снижение АОА плазмы крови -0,67 35,47 0,30 142,9
Стирол Снижение IgG в сыворотке крови -1,50 10,12 0,40 78,54
Повышение эозинофилов отн. в крови -1,07 17,97 0,82 455,8
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,57 14,22 0,33 50,51
Метанол Снижение IgА в сыворотке крови -2,91 1,26 0,55 125,10
Повышение МДА в плазме крови -6,40 1,97 0,87 291,1
Хлороформ Снижение IgА общего в сыворотке крови -0,65 -34,9 0,13 12,75
Повышение эозинофилов отн. в крови -1,93 112,6 0,51 93,65
Снижение фагоцитарного индекса в крови -3,95 122,7 0,82 328,6
Повышение эозинофилов абс. в крови -1,68 55,82 0,84 349,5
1,2-дихлорэтан Снижение фагоцитоза абс. в крови -4,12 269,4 0,96 1405
Снижение IgА общего в сыворотке крови -0,89 14,92 0,22 25,65
Снижение фагоцитарного числа в крови -1,85 35,24 0,52 92,61
Снижение процента фагоцитоза крови -2,60 75,37 0,86 452,8
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,13 28,58 0,89 55,07
Повышение эозинофилов отн. крови -1,68 55,82 0,84 349,5
Повышение АОА плазмы крови -0,70 7,96 0,12 13,69
Дихлорбром- метан Снижение IgА общего в сыворотке крови -0,37 186,3 0,09 8,650
Снижение процента фагоцитоза крови -2,39 334,4 0,19 16,19
Повышение эозинофилов отн. крови -1,59 711,4 0,55 88,89
Повышение ААЛК в моче -1,90 484,6 0,65 145,0
Формальдегид Повышение АОА плазмы крови -0,40 8,24 0,35 109,1
Повышение ^Е общего в сыворотке крови -0,76 3,30 0,11 24,89
Снижение фагоцитоза абс. в крови -3,49 13,25 0,22 36,24
Снижение альбумина в сыворотке крови -4,06 14,18 0,22 31,70
Снижение фагоцитарного индекса в крови -2,97 8,35 0,17 37,70
Снижение процента фагоцитоза крови -2,13 8,35 0,12 25,22
Примечание: R2 - коэффициент детерминации, F - критерий Фишера
Выводы. Таким образом, при гигиенической оценке изменения лабораторных показателей у детей с повышенной контаминацией биосред выявлены начальные признаки нарушений функций иммунной и антиоксидант-ной систем. Изменения показателей у большинства обследованных детей имели донозо-логический характер, свидетельствующий о напряжении процессов адаптации, а у отдель-
ных детей - развитии дезадаптации. Эти изменения частично обусловлены напряжением, а у некоторых детей и срывом работы антиокси-дантной системы (маркерами этого процесса является уровень антиоксидантной активности плазмы крови и уровень малонового диальдегида крови). Маркерами неблагоприятных эффектов со стороны иммунной системы детей, проживающих в условиях воздействия
тяжелых металлов, ароматических углеводо- 2, родов, алифатических альдегидов и хлорорга-нических соединений, являются общий ^Е, показатели фагоцитоза, уровень абсолютной и относительной эозинофилии в крови. Мони- 3
торинг данных показателей позволит выявлять нарушение процессов адаптации на донозоло-гическом уровне и своевременно проводить их профилактику и коррекцию для снижения риска развития экологически обусловленной 4.
заболеваемости.
5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2008 6,
году: Государственный доклад. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспостребнадзора, 2009. 467 с.
Медицинские лабораторные технологии и диагностика: Справочник. Медицинские лабораторные технологии в 2-х томах / Под ред. проф. А.И. Карпищенко. С.-Пб.: Интермедика, 2002. 408 с.
Клиническое руководство по лабораторным тестам / Под ред. проф. Нор-берта У Тица. Перевод с англ. Под ред. В.В. Меньшикова. М.: ЮНИМЕД-пресс, 2003. 960 с.
Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977. 356 с. Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. Изд. 7-е пер. и доп. Т. 1. Органические вещества. Л.: Химия, 1976. 592 с. Toxicological profile for 1,2-dichloroethane. U.S. Department of Health and Human services, Public health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2001. 196 p.
