CC BY
24
Профессор П. И. Цапок, профессор Б. А. Петров
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДНОЕО ОБМЕНА ПРИ ТОКСИКО- ЭКОЛОЕИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ
ЗОЛООТХОДОВ ТЕПЛОЭНЕРЕОЦЕНТРАЛ ЕЙ
Кировская государственная медицинская академия
Среди важных экологических проблем г. Ки рова и области, требующих неотложного реше ния, выделяется загрязнение окружающей среды отходами, образующимися при сгорании топли ва на тепловых энергостанциях (ТЭЦ), посколь ку значительные количества зольных отходов не утилизируются, а складируются на золоотвалах, откуда попадают в воду, почву, а также содер жатся в впде пыли в воздухе [1.2]. В г. Кирове эксплуатируются ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5. в г. Кирово- Чепецке - ТЭЦ-3, выбросы, которых в атмосфе ру ежегодно составляют около 45 тыс. т загряз няющих веществ, в том числе - 15 тыс. т сернис того ангидрида, 1,5 тыс. т оксида углерода. 8 тыс. т диоксида азота и около 8,5 тыс. т прочих загрязнителей [3,4]. Золоотвалы ТЭЦ-3, расположенные в водоохранной зоне р. Вятка, представляют особую опасность, на них за весь период эксплуатации накоплено около 11 млн. т золо- шлаковых отходов. С другой стороны, разнооб разие качественного и количественного состава зольных отходов ТЭЦ существенно затрудняет гигиеническую оценку характера и степени опас ности данных отходов для организма человека и окружающей его природной среды. А это обус- ловлпвает необходимость проведения специаль ных исследований отвальных отходов золы в каждом конкретном случае [1].
Целью настоящей работы было изучить по казатели лппидного обмена в сыворотке крови и установить их роль при проведении токсико- экологической оценки золоотходов ТЭЦ и уста новлении их класса опасности.
С помошыо современных спектральных и физико-химических методов [5] изучен химичес кий состав и растворяемость зольных отходов, определен класс их опасности расчетным мето дом, а также на основе экспериментальных ис следований на лабораторных животных.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на 140 белых крысах-самцах с исход ной массой тела 220-250 г. из них 110 - состави ли 3 подопытные группы, которым соответ ственно вводили образцы проб отвальных золь ных отходов твердого топлива ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5, отобранные в местах складирования.
Токсикологический эксперимент включал следующие этапы:
1.Установление параметров токсичности трех образцов отходов золы по летальному эф фекту (LD5o).
2.Изучение общетоксического действия и ку мулятивных свойств зольных отходов ТЭЦ в ус ловиях подострого эксперимента.
Определение среднесмертельных доз (LD50) проведено при внутрибрюшинном введении об разцов золы белым крысам, содержащимся на стандартной диете в условиях вивария. Данный способ введения является наиболее приемлемым для оценки токсического действия малораство римых веществ в остром опыте, так как при этом исключается быстрая элиминация из орга низма и имеется возможность изучить эффекты после однократного введения [6].
Образцы золы тщательно измельчали, ра створяли раствором 0,85% натрия хлорида и сте рилизовали авгоклавированием при 120"С в те чение одного часа. Концентрация образцов оп ределялась путем высушивания до постоянной массы в вакуумном эксикаторе. В эксперименте изучены дозы: 2,0: 4,0; 8,0 и 10,0 г/кг массы тела. Контрольным животным вводили внутрибрю- шинно 5 мл 0,85% раствора натрия хлорида. На блюдение за животными в остром опыте осуще ствлялось в течение 15 дней. В ходе наблюдения обращали внимание на поведение, состояние, внешний вид, наличие аппетита, реакцию на внешние раздражители.
В условиях подострого эксперимента изучено общетоксическое действие зольных отходов топ лива при пероральном введении. Данный способ наиболее адекватно соответствует реальному пути поступления в организм человека зольных отходов ТЭЦ. Образцы проб золы, предвари тельно подвергнутых тщательному измельче нию, вводили крысам натощак в виде водных растворов эмульсий, полученных встряхиванием в течение 30 мин на аппарате Шютель с помо щью металлического зонда непосредственно в желудок. Доза образцов золы составляла 5,0 г/кг массы тела животных. Кормление животных проводилось спустя 3 часа после введения образ цов золы по стандартному рациону вивария [7]. В ходе эксперимента ежедневно проводили на блюдение и оценку клинического состояния жи вотных. Через 5 суток такая же доза образцов золы (5,0 г/кг) вводилась внутрижелудочно по вторно. Срок наблюдения за животными состав лял 14 суток, последующие 10 дней являлись вос становительным периодом.
В ходе подострого эксперимента с целью вы явления токсического эффекта зольных отходов определялись весовые коэффициенты внутрен них органов:печени,сердца, почек,легких, селе зенки, а также биохимические показатели сыво ротки крови.
В работе использованы информативные клас сические и современные биохимические методы исследования лппидного обмена [8 - 12].
Изучено содержание тотальных липидов. триацилглицеролов (ТАГ), общего холестерина (ХС) и его фракций - свободного и эфиросвязан- ного, липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), церулоплазмина и конечных продук тов липопероксидации, реагирующих с тиобар- битуровой кислотой (ТБК ап). Все полученные данные подвергнуты математической обработке.
Результаты исследования и их обсуждение
Для понимания возможного механизма дей ствия изучаемых зольных отходов нами изучен химический состав золы теплоэнергоцентралей. На ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 в качестве основного топливного материала используется, соответ ственно, уголь Челябинского, Богословского и Кузнецкого месторождений. Проведенные ре зультаты изучения химического состава показа ли, что отвальные зольные отходы изучаемых ТЭЦ по своему вещественному составу были от носительно близки в количественном отноше нии. Основными компонентами являются окси ды кремния (46,7-57,0%), алюминия (19,0-40,0%), железа (4,8-12,1%), кальция (3,2-4,4%), магния (1,4-2,5%), калия (1,7-1,9%). Кроме указанных оксидов, химический состав зольных отходов характеризовался присутствием целого ряда хи мических веществ (мышьяк, фтор, тяжелые ме таллы, бериллий, гафний, литий и другие), одна ко в количестве весьма незначительном, состав ляющем от сотых до тысячных процентов. Полу ченные нами данные согласуются с результата ми литературы о том, что химические элементы в зольных отходах находятся в виде оксидных соединений. При изучении растворимости золо отходов теплоэнергоцентралей установлено, что в водную вытяжку переходит менее одного про цента содержащихся в золоотходах веществ, из них на долю микроэлементов приходится не бо лее 0,005% от всей массы складируемой на золо- отвале золы. Суммарный индекс токсичности, рассчитанный по трем приоритетным компонен там (оксиды кремния, алюминия, железа) для изученных зольных отходов ТЭЦ варьирует от 5,4 до 9,9 и согласно требованиям «Временного классификатора токсичных промышленных от ходов» соответствует 3 классу опасности. Вмес те с тем, приоритетные компоненты, по кото рым были рассчитаны индексы токсичности - оксиды кремния, алюминия, железа, судя тто дан ным литературы, являются нетоксичными для человека и теплокровных животных, особенно при пероральном пути поступления в организм, вследствие практического отсутствия всасыва ния в желудочно-кишечном тракте. Следова тельно, полученные расчетным методом данные не позволяют объективно судить о реальной опасности зольных отходов ТЭЦ. Более приори тетным способом определения класса токсично сти промышленных отходов является экспери ментальный способ с использованием лабора торных животных.
Тщательное клиническое наблюдение за бе лыми крысами, которым в условиях острого эк сперимента внутрибрюшинно были введены три образца препаратов зольных отходов ТЭЦ в до зах 2-4-6-8-10 г/кг массы тела, показало, что только введение препаратов золы в дозе 8-10 г/ кг вызывало у ряда животных кратковременное угнетение поведенческих реакций. В дальнейшем поведение данных животных не отличалось от поведения животных, которым были введены меньшие дозы препаратов золы и от поведения животных контрольной группы. Гибели живот ных не наблюдали ни в одной из подопытных групп в течение 15 дней эксперимента, что по зволяет отнести отвальные зольные отходы ТЭЦ-3, ТЭЦ-4. ТЭЦ-5 к категории нетоксич ных.
В ходе проведения подострого эксперимен та при пероральном введении трех образцов зольных отходов ТЭЦ в суммарной дозе 10 г/кг массы тела гибели животных не наблюдалось.
Биохимические показатели сыворотки крови, характеризующие липидный метаболизм и со стояние оксидантно-антиоксидантной системы организма, представлены в таблице 1. Как вид но из представленных данных, большинство изу чаемых показателей практически не претерпева ли достоверных изменений в ходе проведенного эксперимента. Так, уровень общих липидов. ТАГ, ЛГ1НГ1, свободного ХС и церулоплазмина существенно не изменился в сыворотке крови ни в одной из подопытных групп по сравнению с контролем. Что касается содержания общего ХС, так динамика данного показателя характе ризовалась уменьшением и параллельным сни жением содержания эфиросвязанного ХС у жи вотных, которым перорально вводили образцы золоотходов ТЭЦ.
Наиболее выраженные сдвиги претерпевали показатели оксидантно-антиоксидантной систе мы организма. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) определяли хемилюминесцентным мето дом по максимальному показателю фотовспыш ек и 1т , дающему оценку содержания первичных Продуктов перекисного окисления [Г37Т4]7ТТзв?~ *стно7что одним из эффектов липопероксидации является появление хемилюминесценции при ре комбинации пероксидных радикалов с образова нием неустойчивого тетроксида, распад которо- гсгхппровождаеГгся выделением кванта света. Опенка конечных продуктов ПОЛ производи лась—стгетсгрофотометрически по определению хоДержания"продуктов. реагирующих" с тиобар бтттуровой Тшслотой (ТЕК ап). Антиоксидант-
оценивали методом хе-
милюштгтссценции по показателю светосуммы за "оеТ|£Х_Ье_в.ел и чин а указываетА а содержите лрадикаЛгГв. находящихся в конце свободноради "кальных реакций, и поэтому обратнТт тгдгодощд-
'опальная АОА. Кроме того, оценку активности антиоксипантнои системы давади погп-ношению
Im/S [151. Опп£леле 1 пте_общей светосуммы хеми- люминесценции (S) сыворотки крови показало, что она более чем в 2 раза превысила уровень контрольных белых крыс. Аналогичную направ ленность претерпевали показатели, характеризу ющие конечные продукты липопероксидации (ТБК ап) и максимальной фотовспышки (Im). АОА при этом была достоверно сниженной во всех группах подопытных животных по сравне нию с контролем.
Известно, что активация процессов ПОЛ приводит к нарушению структурной и функцио нально]! ориентации мембран, мембранного транспорта, модификации клеточных белков и развитию преморбидных и патологических состояний [13, 14]. Промежуточные и конечные продукты ПОЛ: гидроперекиси ненасьпненных~
'жирных кислот, малоновый диальдегид (МДА)~п —
Ti р одук ты. а ссоц 1111 p о в а н н ые_с _ Т Б д цщщ вые, конъюгаты и др. являются мутагенами [16 17]. Наибольшую опасность в этом отношении, по- видимому, представляют альдегиды, которые за счет образования белковых сшивок способны инактивировать ферменты, обеспечивающие це лостность генетических структур [17, 18].
В конечном итоге, токсическое действие зо лоотходов может быть связано с развитием ре акций липопероксидации и соответствующей де стабилизацией мембран, а также деполяризаци ей полисахаридов и нарушением структуры меж клеточного матрикса [19].
Таблица 1
Показатели Контроль тэц-з ТЭЦ-4 ТЭЦ-5
Общие липиды г/л 3,13+0,26 3,76±0.44 3,52+0,32 3,28+0,44
ТАГ, ммоль/л 1.3 8±(), 12 1,52±0,16 1.54+0.12 1,45+0,15
Общий ХС, ммоль/л 0,89±0,12 0,53+0,151 0.49+0,14* 0,57±0,11 *
Эфиросвязанный ХС, ммоль/л 0,54+0,06 0,36±0,03* 0,32±0,08* 0,37+0,09*
Свободный ХС, ммоль/л 0,32+0,08 0,20±0,04 0,17+0,08 0,24+0.10
Коэффициент эстерификации 61,0±5,0 67,9+2,4 65,3±2,3 64,9±3,1
ЛПНП, г/л 0,068+0,007 0,071+0,008 0,070+0,008 0,066±0,009
ЛОЛл(1гп/8л) 0,143±0,012 0,097±0,009* 0,079±0,008* 0,077+0,009*
1 - различия статистически достоверны
5.Методические рекомендации для структурно- функциональной оценки процессов адаптации при воздействии химических факторов окружающей сре ды. - М„ 1987. - 32 с.
6.Каспаров А.А.. Сапоцкий 11.13. Токсикометрия химических веществ, загрязняющих окружающую среду. - М„ 1986. - С. 45-53.
7.Цапок П.И.. Трушков В.Ф., Российский А. П.. Ка- дырмапюва Т.П. Сравнительная токсикология и био химия комплексного воздействия модифицирующих композиций на лабораторных животных. - Ланнмо- логия. - 1993. - № 1. - С. 100.
8.Камышников B.C. Справочник по клинико-био- химической лабораторной диагностике: В 2 т. Том 2.
-Мн.: Беларусь, 2000. - 463 с.
9.Лабораторные методы исследования в клинике. Справочник. /Под ред. В. В. Меньшикова. - М.: Ме дицина, 1987. - 368 с.
10.Клинический диагноз - лабораторные основы. /Под ред. В. В. Меньшикова. - М.: Лабинформ. 1997.
-320 с.
11 Цапок П.П., Галкин А.А. Л'емилюминесцент- ный метод определения продуктов перекисного окис ления липидов в сыворотке крови //Информацион ный листок № 175-98 Кировского ЦНТИ. - Киров: ЦНТИ, 1998. - 3 с.
12Папок П. П.. Гуляева С.Ф., Головина П. С.. Тук- мачев О.А. Биохимическое обоснование метаболичес-
п./мин 1157±45,4 213 8±46.9* 2375154,9* 2572+58,2*
Г' имГГ)Л 166+3,6 209±5,6* 189+4,2* 198±6,8*
Церулоплазмин, г/л 87,5±15,7 93,9 + 17,2 90,1± 10,7 84,6± 10,8
ТБК ап, мкмоль/л 3,12±0,79 7,99±0,62* 6,42+0.82* 6,12+0,56*
Показатели лимитного обмена в сыворотке крови белых крыс при пероральном в велении золоотходов ТЭЦ
(в дозе И) г/кг массы тела) (X+Sx)
Резюмируя вышеизложенное, можно прийти к заключению, что показатели липидного мета болизма в сыворотке крови белых крыс, кото рым перорально вводили золоотходы ТЭЦ. осо бенно, характеризующие состояние оксидантно- антиоксидантного баланса, несмотря на отсут ствие явного токсического эффекта, требуют дальнейшего глубокого изучения механизмов выявленных сдвигов.
Литература
1.Цапок II. П., Петров Б. А. Определение токсич ности золоотходов методом хемилюминесценции // Материалы научной сессии. Кировский филиал АЕ РФ. Вятское региональное отделение РАЕН. - Киров. 2001. - С. 251-252.
2.Цапок ПИ.. Петров Б.А. Токсико-гигиеничес- кая оценка золоотходов теплоэнергоцентралей //Актуальные вопросы обеспечения санитарно-эпидемио логического благополучия населения Приволжского Федерального округа: Мат. межрегион, науч.-пр. конф., посвящ. 80-летию санитарной службы России. - Киров, 2002. - С.166 - 168.
3.О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1998 году: региональный док лад. - Киров,
1999. - 160 с.
4.О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1999 году: региональный док лад. - Киров.
2000. - 168 с.
ких свойств минеральной волы «Нижне-Ивкино» // Вятский медицинский вестник. Киров. 1999. №4,- С. 57 60.
( 1 h J Владимиров /О. А., Азизова О. А., Леев А. А. и др. Свободные радикалы в живых системах. Биофизика: Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР. - М.. 199J_ Т. 29. - С. 1-252.
((14^Клебанов Г.И., Теселкин Ю.О., Бабенкова II.В. и олАнтиоксидантная активность сыворотки крови //Вестник Российской Академии медицинских наук. 1999. № 2. - С. 15-22.
15Луценко Е В. Влияние оптического излучения спектрального диапазона 600-750 нм на свободноради- кальпые процессы печени в ходе ее регенерации //Авю- реф. дисс... канд. биол. наук. Киров, 2002. 16 с.
16Мс Cord J.M. Human Disease, Free Radicals, and the Oxidant/Antioxidant Balance //Clin. Biochem. 1993. - Vol. 26, № 5. P. 351 - 357.
17 .Дурнев А.Д., Середенин С.Б. Мутагены. Скри нинг и фармакологическая профилактика воздей ствия. М.: Медицина. -1998. - С. 328.
18.Imlay J.A.. Linn S. DNA damage fnd oxygen radical toxicity//Science. 1988. Vol.210, №9. I>. 1302-1309. 19Дорманчева Е.И., Цапок ПЛ.. Петров Б.А. Оценка биохимического статуса населения, прожива ющего в районе с аномальным содержанием в почве мышьяка //Вятский медицинский вестник. Киров. 2002. -№2. С. 30 32.
Summary
CHARACTERIZATION OF LIPID METABOLISM BASED ON TOXICOLOGICAL AND BIOCHEMICAL ESTIMATION OF ASH WASTES OF HEAT AND POWER PLANTS
Professor P.I. Tsapok, Professor B.A. Petrov Department of Biochemistry. Department of Public Health and Public Health Organisation, Kirov State Medical Academy
Characteristics of lipid metabolism based on toxicological and hygienic estimation were studied. The role of cholesterol and its fractions, malonic dialdehyde, diene conjugates, «-tocopherol and blood serum ceruloplasma as criteria for determination of a hazard class of ash wastes was shown.
