CC BY
41
УДК 616-071:577.12:66:547.53
ИНФОРМАТИВНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ БИОМАРКЕРЫ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ РАННИХ НАРУШЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ У РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ХИМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ Г.В. Тимашева, А.Б. Бакиров, Р.Р. Галимова
ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», Уфа, Россия
Представлены результаты комплексных лабораторных обследований работников нефтехимических производств с применением биохимических и гематологических методов исследования. Установлены наиболее выраженные и ранние изменения в процессах окислительного метаболизма (снижение активности каталазы, повышение уровня малонового диальдегида и мочевой кислоты) и уровнях показателей липидного обмена сыворотки крови, выявлено повышение доли лиц с нарушениями по данным показателям с увеличением стажа работы на производстве. Выявлены признаки анемии (эритропения, снижение уровня гемоглобина) и лейкопения у обследуемых работников. На основании полученных результатов обоснованы лабораторные маркеры, применение которых целесообразно использовать для диагностики ранних доклинических нарушений у работников нефтехимических производств.
Ключевые слова: нефтехимическое производство, лабораторные исследования, показатели окислительного метаболизма, липидограмма, маркеры ранних нарушений
INFORMATIVE LABORATORY BIOMARKERS FOR
DETECTING EARLY HEALTH AGGRAVATION IN WORKERS EXPOSED TO CHEMICAL FACTORS G.V. Timasheva, A.B. Bakirov, R.R. Galimova
Ufa Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, Russia
This paper reviews the results of complex laboratory examinations among rubber manufacturing workers using biochemical, hematologic, and immunologic methods. The most pronounced and early changes in oxidative metabolism processes (reduced catalase activity, increased malonicdialdehyde and uric acid levels) and rates of blood serum lipid metabolism indicators were determined. The examination has revealed an increased number of workers with disorders related to these indicators with increasing length of work. Signs of anemia (erythropenia, decreased hemoglobin levels) and leucopenia among workers examined were detected. Diagnostic sensitivity factors of laboratory tests studied have been determined. Based on the data obtained, we have developed laboratory markers that are suitable for diagnosing early preclinical disorders among manufacturing workers
Key words: petrochemical production, laboratory studies, oxidative metabolism indicators, lipidogram, markers of early disorders
К числу ведущих базовых отраслей Российской экономики, определяющих уровень научно-технического прогресса страны, относится нефтехимическая отрасль, которая включает производства органического синтеза, мономеров и др. На протяжении многих лет сотрудники Уфимского НИИ медицины труда и экологии человека изучали условия труда и состояние здоровья работников различных производств крупнейшего нефтехимического комплекса «Газпром нефтехим Салават», расположенного в Республике Башкортостан [1,4,13].
Гигиеническими исследованиями установлено, что основным вредным фактором рабочей среды в производствах жидкого топлива - гептила, этилбензол-стирола являлся химический фактор, который был представлен вредными веществами 1-3 класса опасности. Так, в производстве гептила нитрозодиметиламин и диметилгидрозин относятся к веществам 1 класса опасности. В производствах, этилбензола и стирола бензол относится к веществам 2 класса опасности, этилбензол и стирол - к 3 классу опасности. По характеру действия вредные вещества, находящиеся в воздухе рабочей зоны, обладают преимущественно раздражающим, нейротоксичеким, общетоксическим, гонадотропным, канцерогенным, мутагенным эффектами, а также обладают выраженным гепатотропным действием.
Оценка условий труда показала, что работники производства подвергались различным уровням воздействия вредных веществ: при стабильном течении технологического процесса в производствах гептила, этилбензола и стирола концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышали соответствующих ПДК. При выполнении газоопасных работ, связанных с разгерметизацией оборудования (отбор технологических проб, чистка фильтров, насосов и др.) максимальные концентрации вредных веществ в производстве жидкого топлива достигали 8,2-10,0 ПДК, в производстве этилбензола и стирола - 1,3-3,5 ПДК.
В целом, согласно Руководству Р2.2.2006-05 условия труда в производстве гептила соответствуют вредным - 3-му классу 4-ой степени вредности, в производстве этилбензола стирола - классу 3.3[4].
Известно, что в основе механизма токсического действия большинства химических соединений лежит их способность взаимодействовать с молекулами клеточных органелл и мембран, что обуславливает нарушение внутриклеточного метаболизма в организме у работников, одним из проявлений которых является повышенное образование свободных радикалов в организме и связанное с этим усиление процессов пероксидации липидов [5,8,9]. Важно подчеркнуть, что изменение метаболических процессов предшествует развитию различных заболеваний, в том числе заболеваний, обусловленных профессиональными факторами. Прогнозы донозологического состояния, поиск ранних изменений в организме являются эффективным путем снижения профессиональных заболеваний [2,3,7,10,11,12, 14,15].
Целью данной работы явилась разработка лабораторных критериев диагностики ранних нарушений состояния здоровья у работников, подвергающихся воздействию вредных производственных факторов нефтехимических производств.
Материалы и методы
Было изучено состояние здоровья 578 работников по производству гептила и 350 работников производства этилбензола, стирола в рамках углубленного периодического медицинского осмотра, проведенное специалистами института. Обследуемые были мужского пола, основными профессиональными группами были аппаратчики и слесари по ремонту оборудования. Группу сравнения составили 168 слесарей КИПиА, не имеющие контакта с вредными производственными факторами. В производстве гептила более половины обследованных (59,4 %) были в возрасте старше 40 лет, в возрасте 30-39 лет -27,7 %, лица моложе 30 лет - 12,9 %. Стаж в производстве 5-10 лет имели 38,5 %, 11-15 лет -23,0 %, более 15 лет -38,5 %. В производстве этилбензола, стирола - основную группу составили аппаратчики производства, средний возраст которых составил 37,4±1,3 лет при стаже работы 13,7±1,6 лет; слесарей КИПиА - 38,8±0,7 и 14,6±0,7 лет, соответственно.
В работе использовали комплекс биохимических и гематологических методов. Биохимические методы включали оценку состояния сердечно-сосудистой системы (содержание общего холестерина (ОХ), холестерина липопротеидов высокой плотности (ХС ЛПВП), триглицеридов (ТГ), холестерина липопротеидов низкой плотности (ХС ЛПНП), индекс атерогенности (ИА) и функционального состояния печени (активность ферментов аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), у-глутамилтрансферазы (ГГТ), щелочной фосфатазы (ЩФ) и содержание билирубина), определялись показатели окислительного метаболизма (перекисное окисление липидов по уровню малонового диальдегида (ПОЛ), мочевая кислота и активность каталазы), уровень белка и белковые фракции, проводился анализ периферической крови с лейкоцитарной формулой. Лабораторные исследования проводились согласно общепринятым методикам [6].
Результаты исследования обработаны с использованием пакета прикладных программ статистического анализа «Statists for Windows» с определением средних величин, показателя достоверности по коэффициенту Стьюдента (t) и уровня значимости (р). Стажевая детерминированность нарушений здоровья определена с помощью коэффициента корреляции (r). Для определения лабораторных маркеров ранних метаболических нарушений при воздействии химических факторов производства было проведено изучение изменений частоты отклонений от норм лабораторных показателей у обследованных работников в зависимости от стажа работы. Для оценки информативности лабораторных показателей использовали расчет диагностической чувствительности (КДЧ) на основании расчета отклонения значений лабораторных показателей от нормативных величин по формуле: КДЧ = ZN-K/ZN*100% , где ZN-значение показателя у конкретного обследуемого, К-среднее референтное значение лабораторного показателя. Далее проведено ранжирование процента отклонений от нормы по пятиступенчатой шкале, что позволило определить информативные биомаркеры ранних метаболических нарушений у работников данных производств.
Результаты
В производствах гептила и этилбензола-стирола распространенность хронических неинфекционных заболеваний среди работников основных профессий имела свои особенности и зависила от конкретных условий труда. В производстве гептил, где ведущим вредным фактором являются вещества гепатотоксического действия, болезни органов
пищеварения диагностированы практически у каждого второго аппаратчика (49,6%), болезни органов кровообращения у 28,3%, костно-мышечной системы у 24,8%. В производстве этилбензола-стирола болезни органов кровообращения были диагностированы у каждого третьего аппаратчика(35%), болезни костно-мышечной системы у 24,1%, болезни органов пищеварения у 21,5%.
У работников производства гептила установлены выраженные изменения показателей окислительного стресса. У значительной доли обследованных с заболеваниями сердечнососудистой системы (ССЗ) и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) выявлено повышение ПОЛ, понижение уровня витамина А и Е, повышение активности каталазы, уровня молекул средней массы и содержания мочевой кислоты по сравнению с практически здоровыми (рис.1). В тоже время, у практически здоровых лиц выявлен снижение уровня показателей антиоксидантного статуса - витамина А у 43,2% и повышение активности каталазы в сыворотке крови у 52,1%, что можно отнести к метаболическим фактором риска, происходящим при воздействии производственных факторов. Определялись высокие значения среднемолекулярных пептидов у большинства обследованных и у практически здоровых, которые характеризуют процессы эндогенной интоксикации организма.
1оаоо
ПОЛ каталаза ср.мол.254 ср.мол.280 вит.А вит.Е
■ ЖКТ ■ ССЗ ■ здоровые
Рисунок 1 Частота отклонений показателей свободно-радикального окисления и антиоксидантной системы у работников производства гептил в зависимости от клинических диагнозов.
Обнаружены значительные изменения показателей липидного спектра по частоте отклонений от нормы: среднее значение уровня холестерина составляли 4,96 ммоль/л, превышение нормативных данных наблюдалось у 42,3% обследованных. Одновременно обнаружено повышение содержания ТГ у 27,6%, значение индекса атерогенности превышало нормальный уровень у 70,0% обследованных, у 40,0% превышены ЛПНП и значительно снижены показатели ХС ЛПВП у 55,8% лиц. С увеличением стажа также отмечается повышение отклонений от нормы. Установлено, что изменения показателей
липидного спектра встречались чаще, чем клинические проявления заболеваний сердечнососудистой системы, которые установлены у 32,6% обследованных лиц, что подтверждает диагностическую значимость исследования липидов в донозологической диагностике сосудистой патологии.
Особенностью нарушений биохимического статуса у работников производства гептил является выраженные изменения в показателях белкового обмена (рис.2). При этом, большая частота диспротеинемий выявлена у работников с заболеваниями желудочно-кишечного тракта по сравнению с практически здоровыми: снижение уровня альбумина у 20%, что характеризует нарушение синтетической функции печени, и повышение содержания а-1-глобулинов у 20%, а-2-глобулинов у 46% лиц.
£50
° 30
>5
3520
I
От
№
ниже N
Ь-ГЛО6УЛ У- глобул
о 0
чр
ниже N
а-2 глоб белковые фракции ■ ЖКТ ■ ССЗ
Рисунок 2 Частота отклонений показателей белковых фракций у работников производства гептил в зависимости от клинических диагнозов.
У обследованных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы встречается повышенный уровень фракции а-1, а-2-глобулинов, что свидетельствует об активном воспалительном процессе. У практически здоровых лиц производства понижение альбуминов не обнаружено.
Энзимодиагностика обнаружила повышение активности у - глутамилтрансферазы у 18%, лактатдегидрогеназы у 22% и аланинаминотрансферазы у 13% работников производства гептила с заболеваниями ЖКТ. С увеличением стажевой нагрузки частота гиперферментемии ГГТ и АЛТ возрастала, что не отрицает токсического действия химических факторов производства на функциональное состояние гепатобилиарной системы у работников производства гептила.
Результаты гематологических обследований выявили тенденцию повышения содержания гемоглобина у работников всех стажированных групп. При стаже 5-10 лет и 1116 лет 9,0%, при стаже работы более 17 лет - 6,9% имели повышенный уровень гемоглобина. Полученные данные, вероятно, свидетельствуют об активизации эритропоэза, развивающегося в ответ на действие химического фактора в связи с гипоксией и мобилизацией компенсаторных механизмов, что, вероятно, происходит под влиянием неблагоприятного воздействия факторов производства. Одновременно, выявлялись
признаки анемии - эритропения - у 7,2%, снижение уровня гемоглобина у 5,2% работников производства. Исследования лейкоцитарной формулы выявило повышение лимфоцитов у 28,4% и моноцитов у 12,5% обследованных. Установлено, что у работников основной группы чаще выявлялся лимфоцитоз по сравнению с группой сравнения (р<0,05). Чаще всего лимфоцитоз был обнаружен у аппаратчиков, у слесарей изменений по данным показателям не обнаружено.
Результаты биохимического обследования работников производства этилбензола-стирола выявили дисбаланс в системе «свободно-радикальные процессы - антиоксидантная активность», а именно повышение содержания продуктов ПОЛ у 73,1%, понижение антиоксидантной активности организма - снижение уровня витамина Е у 60,0% и витамина А у 39,0%, повышение антиоксидантной активности у 55,2% обследованных.
Сравнительный анализ показателей окислительного стресса у работников с различными заболеваниями показал статистически значимое увеличение содержания продуктов ПОЛ и снижение витаминов А, Е, повышение активности каталазы у значительной доли обследованных с ССЗ и болезнями органов пищеварения по сравнению с практически здоровыми (рис.3).
Рисунок 3 Частота отклонений показателей свободно-радикального окисления и антиоксидантной системы у работников производства этилбензола- стирола в зависимости от клинических диагнозов.
При сравнении частоты отклонения гематологических показателей от нормы установлены изменения показателей красной и белой крови у обследуемых производства. У работников основной группы достоверно чаще (р<0,05), чем у работников группы сравнения, были изменены показатели красной крови. Так, у аппаратчиков, наряду с лейкопенией (9,8+2,5%), достоверно чаще выявлялись признаки анемии (эритропения - у 6,5+2,0%, снижение уровня гемоглобина у 5,6+1,9% работников), вероятно, связанные с нарушением
гемопоэза вследствие депрессии кроветворения при влиянии бензола. Следует обратить внимание, что у аппаратчиков были выявлены незрелые формы эритроцитов -ретикулоцитоз в пределах 1,3-1,8% у 6,0% обследованных. Данные нарушения наряду с лейкопенией, вероятно, характеризуют проявление неспецифической реакции организма в ответ на раздражение костного мозга вредными веществами, присутствующими в воздухе рабочей зоны производственных помещений.
Анализ лейкоцитарной формулы установил, что у работников основной группы чаще выявлялся лимфоцитоз (16,5+2,8 %) по сравнению с группой сравнения (4,9+1,7%, р<0,05). Динамика частоты отклонения показателей гемограммы на протяжении всего стажа работы отражает особенности развития реакции организма работников. Для первых лет работы характерно снижение числа эритроцитов и гемоглобина, на протяжении последующих лет наблюдается постепенная стабилизация, а затем умеренное и стойкое повышение показателей красной крови, что свидетельствует об адаптационном характере явления. Изменения гематологических показателей у работников производства характеризуют проявление неспецифической реакции организма в ответ на раздражение костного мозга химическими веществами
При сопоставлении распространенности заболеваний сердечно-сосудистой системы и нарушений липидного обмена установлено, что гиперхолестеринемия, гипертриглицеридемия, сдвиги в липопротеидном спектре, проявляющиеся в нарастании фракции ХС ЛПНП, снижении ХС ЛПВП были обнаружены во много раз чаще, чем клинические проявления заболеваний. Обращает внимание высокая частота дислипопротеидемий у работников с небольшим стажем работы (5-10 лет), что позволяет предполагать формирование атерогенных процессов у большей доли обследованных (рис.4). Полученные результаты подтверждают значимость исследований метаболизма липидов в донозологической диагностике ССЗ. Известно, что возраст существенно влияет на содержание холестерина и его фракций в крови человека. Анализ результатов обмена липидов в зависимости от возраста установил, что частота повышения холестерина у работников производства превышала таковые значения у лиц контрольной группы.
Рисунок 4 Частота отклонений показателей липидного спектра у работников с заболеваниями системы кровообращения производства этилбензола- стирола в зависимости от стажа
Результаты расчета диагностической чувствительности и ранжирования процента отклонений от нормы по пятиступенчатой шкале, показали, что в производстве гептила наиболее значимыми явились показатели свободно-радикального окисления и антиоксидантной активности, энзимодиагностика и показатели белкового обмена. В производстве этибензола и стирола значимыми являются показатели окислительного метаболизма и антиоксидантной системы, интоксикации организма, показатели липидного обмена, энзимодиагностика.
На основании полученных результатов были обоснованы информативные биомаркеры ранних метаболических нарушений у работников изученных нефтехимических производств. Для работников производства гептила к биомаркерам были отнесены лабораторные показатели: малоновый диальдегид, мочевая кислота, активность каталазы, активность цитоплазматических ферментов (АСТ, АЛТ, ГГТ), показатели интоксикации организма (средние молекулы) и белковые фракции.
Для работников производства этибензола-стирола к лабораторным критериям были отнесены: показатели окислительного метаболизма и антиоксидантной системы, средние молекулы, показатели липидного обмена, энзимодиагностика, анализ периферической крови с лейкоцитарной формулой. Данные показатели рекомендованы регулярно исследовать у работников изученных нефтехимических производств для выявления ранних нарушений состояния здоровья и предупреждения развития заболеваний, связанных с производственной деятельностью.
Список литературы:
1. Валеева Э. Т.Профессиональные заболевания и заболевания, связанные с условиями труда, у работников производства гептила / Э. Т. Валеева, Р. Р. Галимова, Г. В. Тимашева //Общественное здоровье и здравоохранение. -2012. - № 1. - С. 28-32.
2. Измеров Н.Ф. Концепция долгосрочного социально-экономического развития российской федерации на период до 2020 г. («стратегия 2020») и сохранение здоровья работающего населения России / Н. Ф. Измеров //Медицина труда и промышленная экология.- 2012. -№ 3. - С. 1-8.
3. Измеров Н.Ф. Актуализация вопросов профессиональной заболеваемости / Н. Ф. Измеров // Здравоохранение Российской Федерации. - 2013. - № 2. - 14-17.
4. Карамова Л.М.Профессиональный риск для здоровья работников химических и нефтехимических производств: монография / Л. М. Карамова, Л. К. Каримова, Г. Р. Башарова. -Уфа, 2006. - 306 с.
5. Изучение окислительного метаболизма в профпатологии / В.А.Кирьянов, Н.А.Павловская, Л.М.Сааркоппель и др. //Медицина труда и промышленная экология. - 2004. - № 4. С. 2226.
6. Клиническая лабораторная диагностика. Справочник для врача / под ред. В.А. Яковлева.-СПб.: Гиппократ, 1997.-С.127-134.
7. Кузьмина Л. П. Патоморфоз современных форм профессиональных заболеваний / Л. П. Кузьмина, Н. И. Измерова, Т. Б. Бурмистрова //Медицина труда и промышленная экология. - 2008. - № 6. - С. 18-24.
8. Мышкин В. А. Окислительный стресс и повреждения печени при химических воздействиях / В. А. Мышкин, А. Б. Бакиров. - Уфа, 2010. 176 с.
9. Мышкин В. А. Окислительный стресс как фактор риска вторичных повреждений печени химическими веществами / В. А. Мышкин, А. Б. Бакиров, Э. Ф. Репина //Здравоохранение Российской Федерации. - 2011. - № 4. -32-33.
10. Несмеянова Н. Н.Доклиническая оценка резистентности организма при воздействии токсических веществ / Н. Н. Несмеянова, Л. М. Соседова //Клиническая лабораторная диагностика. - 2009. - № 2. - С. 16 - 19.
11. Павловская Н. А. Выбор лабораторных биомаркеров для раннего выявления неблагоприятного действия вибрации на организм / Н. А. Павловская, Л. И. Антошина //Клиническая лабораторная диагностика. - 2012. - № 1. - С. 13-15.
12. Роль лабораторных исследований в диагностике ранних метаболических нарушений у работников нефтехимического производства / Г.В.Тимашева, Л.П.Кузьмина, Г. Г.Бадамшина,Л.К.Каримова // Медицина труда и промышленная экология. - 2013. - № 3. - С. 15-20.
13. Тимашева Г. В. Критерии ранней диагностики нарушений состояния здоровья у работников производства гептила / Г. В. Тимашева, Р. Р. Галимова //Здравоохранение Российской Федерации. - 2011. - № 5. - С.10.
14. Тимашева Г. В.Особенности изменения биохимического статуса у работников, занятых в условиях химического комплекса / Г. В. Тимашева, А. Б. Бакиров, Г. Г. Бадамшина //Здоровье населения и среда обитания. - 2013. - № 7. -9-13.
15. Тимашева Г. В.Влияние производственных факторов на показатели гемограммы у работников современного нефтехимического производства / Г. В. Тимашева, Г. Г. Бадамшина, Л. К. Каримова //Здоровье населения и среда обитания. - 2012. - № 12. - 21-24.
