CC BY
46
A.C. Ценеков, профессор Н.К. Вознесенский
ИЗМЕНЕНИЯ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОБМЕНА - КРИТЕРИЙ ОБЪЕКТИВИЗАЦИИ ВЫСОКОГО ПУЛЬМОНОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА У РАБОТНИКОВ ПЫЛЕВЫХ ПРОФЕССИЙ
Кировская государственная медицинская академия Кировский областной профцентр
Согласно современным представлениям в пато генезе заболеваний легких - не только пневмокони- озов, но и пылевых бронхитов ведущая роль отво дится активации свободнорадикального окисления (СРО). Пылевые частицы способны в разной степе ни стимулировать фагоцитирующие клетки и вызы вать образование активных форм кислорода (АФК). Интенсивность этого процесса зависит от свойств поверхности, химического состава, кристаллическо го строения и дисперсности пылевых частиц (1,2,4). Различия в активации фагоцитов и генерации ими АФК определяют характер биохимических, иммуно логических, морфологических и функциональных изменений, лежащих в основе заболевания.
При активации фагоцитов любой фиброгенной пылью в них развивается энергодефицитное состо яние. Стимуляция генетического аппарата фагоци та, вызванная дефицитом энергии (5), приводит, прежде всего, к образованию новых и увеличению размеров существующих митохондрий, что, с од ной стороны, увеличивает продукцию АТФ, а с другой -усиливает синтез активных форм кисло рода на единицу массы клетки. Это влечет за со бой включение второго этапа адаптационных из менений - повышение количества и активности ан- тиоксидантных ферментов: СОД, каталазы, перок-сидазы, глутатион-пероксидазы, а также низкомо лекулярных эндогенных антиоксидантов: глутати- она, убихинона и др. Если пылевая нагрузка не велика или пыль обладает слабой активирующей способностью (низкой цитотоксичностью), то в результате описанных адаптационных процессов жизнеспособность макрофага увеличивается. Од нако, при большой пылевой нагрузке и/или высо кой активирующей способности и цитотоксично- сти вдыхаемой пыли все задействованные адапта ционные механизмы оказываются недостаточны ми. Кониофаги начинают продуцировать медиа торы, формирующие воспалительную реакцию.
Полученные данные позволяют сделать важное заключение: безвредной пыли нет. Гибель конио- фага может произойти под влиянием любых нера створимых пылевых частиц. Для этого требуются только различные уровни запыленности воздуха и различная длительность пребывания в запылен ной атмосфере. В этом плане представляет инте рес изучение влияния низкотоксичных пылей: сва рочного аэрозоля и мелкодисперсной древесной пыли на состояние свободнорадикального окисле ния у работников в зависимости от длительности производственного контакта.
Материалы и методы. В исследование были включены 157 круглогодовых электросварщиков низколегированных сталей и 127 круглогодовых деревообработчиков. Критерием включения явля лось отсутствие в амбулаторной карте указаний на хронические заболевания бронхолегочной систе мы и клинических признаков острых респиратор ных заболеваний, своевременное прохождение пе риодического медицинского осмотра и допуск к работе в условиях запыленности.
Анализ условий трудовой деятельности элект росварщиков показал, что они подвержены воздей ствию сварочного аэрозоля с содержанием в дис персной фазе оксида железа 57-65%, оксида мар ганца 8 - 13,7%, диоксида кремния - около 5%, а в дисперсной среде оксид углерода, азота, озона и др. Уровень запыленности воздуха рабочей зоны (ВРЗ) превышал ПДК по железу в 1,9 раза, по мар ганцу - в 2 раза. Плотность сварочных работ со ставляла до 90% рабочего времени за смену. Сред ствами индивидуальной защиты органов дыхания сварщики не были обеспечены.
В процессе деревообработки столяры-станоч- ники подвергались воздействию ряда вредных про изводственных факторов, из них основным явля лась древесная пыль, содержащая диоксида крем ния менее 2%, толуол, формальдегид и др. Запы ленность ВРЗ по древесной пыли в среднем пре вышала ПДК в 1,2 раза. Плотность работ по изго товлению столярных изделий и мебели составля ла 80% продолжительности рабочей смены. Сред ствами индивидуальной защиты органов дыхания деревообработчики не были обеспечены.
Таким образом, работники обеих групп были подвержены влиянию пылей, способных вызывать активацию свободнорадикального окисления, что у электросварщиков можно объяснить воздействи ем прооксидантов - оксидов металлов переменной валентности (железа, марганца), оксидов азота, озона, углерода. У деревообработчиков способно стью активизировать СРО обладают компоненты мелкодисперсной древесной пыли, пары толуола, формальдегида и др.(3,4).
Для изучения свободнорадикального окисле ния и антиоксидантной активности использовал ся метод индуцированной хемилюминесценции (XJI) [1,3]. В сыворотке крови регистрировали мак симальное значение интенсивности железо-инду-
цированного свечения (I ) и суммарное значение хемилюминесценции - светосуммы за 30 секунд (Б ср.ЗОсек.). Максимальная интенсивность све чения прямо пропорциональна содержанию в сыворотке липоперекисей в момент исследова ния, суммарный показатель интенсивности све чения прямо пропорционален концентрации ли поперекисей в субстрате и обратно пропорцио нален содержанию антиоксидантов. Для расче та антиоксидантной активности сыворотки нами использовался коэффициент (К) равный отноше нию максимального значения интенсивности свечения к суммарному значению свечения за 30 секунд (1Шах/8 ср.ЗОсек.) [3].
При изучении уровня свободнорадикального окисления у сварщиков низколегированных сталей выявлено (табл. 1), что при стаже от 0 до 5 лет мак симальное значение интенсивности свечения со ставляло 25,03 ± 0,32*10 имп/сек и достоверно не отличалось от показателей контрольной группы: 25,60 ± 0,60*10 имп/сек (р* > 0,05). Суммарный показатель интенсивности свечения - светосумма за 30 секунд был существенно выше контрольных показателей (33,60±0,60*10 имп/сек) и составил 36,03 ± 0,53* 10 имп/сек (р* < 0,01), что является косвенным указанием на угнетение антиоксидан тной системы. Антиоксидантная активность соста вила в среднем 0,69 ± 0,01 условных единиц, что достоверно ниже показателя в контрольной груп пе 0,76 ± 0,01 усл.ед. (р* < 0,01). Анализ получен ных результатов позволяет сделать заключение, что при минимальном стаже оптимальное содер жание свободных радикалов (СР) в сыворотке кро ви, адекватно отражаемое показателем 1™, обес печивается за счет повышенного расхода антиок- сидантов с развитием дефицита в АО-системе. Это сопровождается увеличением суммарной хемилю минесценции.
Таблица 1
Состояние свободнорадикального окисления липидов у электросварщиков низколегированных сталей в зависимости от стажа ______________________________________________ трудовой деятельности_____________________________________________________
Показатель Контрольная группа Стажевые группы
До 5 лет 5-10 лет 10-15 лет Более 15 лет
п = 45 п = 69 п = 28 п = 30 п = 30
1 щах (... 103 имп/сек) 25,60±0,60 25,03±0,32 23,62±0,59*+ 25,29±0,85 24,53±0,74
Scp30"(- • • Ю3имп/сек) 33,60±0,60 36,03±0,53" 32,33±0,98+++ 35,12±0,91 + 35,24±0,81
АОА (усл.ед.) 0,76±0,02 0,69±0,01" 0,73+0,02 0,72±0,02 0,70±0,02*
Примечание: * - знак достоверности к показателям контрольной группы;
+ - знак достоверности к показателям предыдущей стажевой группы. Один знак - р < 0,05; два знака - р < 0,01; три знака - р < 0,001.
У электросварщиков со стажем работы от 5 до 10 лет максимальный уровень Fe-индуцированной хемилюминесценции существенно снизился как по сравнению с предыдущей группой (р+ < 0,05), так и группой контроля (р* < 0,05) и достиг 23,62 ± 0,59* 103 имп/сек. Суммарное содержание свобод ных радикалов в сыворотке Scp30„ также снизилось до 32,33± 0,98*103 имп/сек (р+Р< 0 ,001). Учитывая тот факт, что уровень антиоксидантной активное ти при этом был выше, чем в первой стажевой груп пе (соответственно 0,73±0,02 усл.ед. и 0,69±0,01 усл.ед.; р+ > 0,05 при t = 1,79), можно предполо жить, что при стаже от 5 до 10 лет полностью pea лизуются процессы долговременной адаптации, стимулированные дефицитом энергии (5), возни кающим вследствие активного фагоцитоза пыле вых частиц. Однако, на фоне продолжающейся пылевой нагрузки подобная активация оказыва ется недостаточной и при стаже от 10 до 15 лет, несмотря на неизменный уровень АОА (0,72±0,02 усл.ед), содержание свободных радикалов Scp30„ в среде вновь нарастает до 35,12±0,91 * 103 имп/сек (р+ < 0,05), как и уровень 1шах(25,29±0,85*103 имп/сек; р+>0,05 при 1=1,67). В пользу недостаточной акти вации АОА свидетельствует тот факт, что при дальнейшем увеличении срока экспозиции (при стаже более 15 лет) происходит стабилизация сво боднорадикального метаболизма на уровне, харак терном для группы работающих менее 5 лет. При этом нельзя упускать из вида тот факт, что в груп пе работников со стажем более 15 лет находятся лица, прошедшие своеобразный отбор производ ственным фактором, отличающиеся более стабиль ными показателями функционального состояния дыхательной системы. Однако, изучение их сво- бодно-радикального статуса позволяет сделать заключение о проявляющихся тенденциях к сни жению антиоксидантной активности крови до 0,70 ± 0,02 усл.ед. (р* < 0,05). Полученные данные, ве роятно, можно объяснить с позиций дезадаптации
к вдыханию низкотоксичного сварочного аэрозо ля в течение длительного времени.
У деревообработчиков при стаже работы до 5 лет1 составил 16,56 ± 0,20* 103 имп/сек, что дос-тах ' - 1
товерно ниже, чему лиц контрольной группы (25,60±0,60*10' имп/сек; р* < 0,01). При этом 8ср3а 30 секунд в этой стажевой группе был равен 35,37 ± 0,54*10' имп/сек, что выше контрольных пока зателей (33,60 ± 0,60*103 имп/сек; р* < 0,05). АОА составила 0,47 ± 0,01 усл.ед. что достоверно ниже показателя в контрольной группе (0,76 ± 0,02 уел. ед.; р* < 0,001; табл. 2). Полученные данные ука зывают на то, что у деревообработчиков, подвер гшихся ингаляционному воздействию древесной пыли в концентрациях, не превышающих или не значительно превышающих ПДК, уже при мини мальном стаже развиваются изменения свободно радикального метаболизма. Они заключаются в снижении интенсивности максимального свечения (I ) и более высоком суммарном показателе ин тенсивности свечения (8ср3о,.) по сравнению с конт рольной группой. Это соответствует увеличению концентрации липоперекисей в сыворотке и сни жению антиоксидантной активности. По мнению Б. Т. Величковского (2000 г.) подобные изменения возникают в результате долговременной адапта ции к многократному и длительному воздействию производственного фактора, обеспечивающего более экономное расходование энергетических и структурных ресурсов.
Таблица 2
Состояние свободнорадикального окисления липидов у деревообработчиков в зависимости от стажа трудовой деятельности
Показатель Контрольная группа Стажевые группы
До 5 лет 5-10 лет 10-15 лет Более 15 лет
п = 45 п= 52 п= 19 п = 9 п = 47
1тахЮ3 (имп/сек) 25,60±0,60 16,56+0,20*** 19,21+0,17*** + + + 15,73+0,83*** +++ 16,08+0,26***
8срЗО"(Ю3 имп/сек) 33,60±0,60 35,37+0,54* 31,63±0,95+++ 40,30+1,18"* + + + 36,42+0,76**+ +
АОА (усл.ед.) 0,76±0,02 0,47+0,01*** 0,61+0,01*** +++ 0,39+0,02*** + + + 0,44+0,01 ***+
Примечание: * - знак достоверности к показателям контрольной группы;
+ - знак достоверности к показателям предыдущей стажевой группы. Один знак - р < 0,05; два знака - р < 0,01; три знака - р < 0,001. При увеличении стажа работы от 5 до 10 лет был отмечен достоверный рост 1шах до 19,21 ±0,17* 103 имп/ сек (р' < 0,001; р+ < 0,001), а также тенденция к сни жению 8ср30„ до 31,63±0,95*103 имп/сек (р+ < 0,001). При этом уровень антиоксидантной активности был достоверно выше, чем в первой стажевой группе (р' < 0,001; р+ < 0,001). Таким образом, у деревообра ботчиков при стаже более 5 лет происходит актива ция процессов свободнорадикального метаболизма и стабилизация их на новом энергетическом уровне. При увеличении срока экспозиции более 10 лет по казатели СРО по сравнению с предыдущей группой значительно изменились -1 до 15,73 ± 0,83* 103 имп/
тахл' '
сек (р* < 0,001; р+ < 0,001), 8ср30„ до 40,30 ± 1,18*103 имп/сек (р' < 0,001; р+ < 0,001) и антиоксидантная активность до 0,39 ± 0,02 уел. ед. (р* < 0,001; р+ < 0,001). При стаже более 15 ле г 1ш ¡х в среднем состави ло 16,08 ± 0,26* 103 имп/сек и статистически досто верно отличалось от показателя контрольной груп пы (р* < 0,001; р+ > 0,05), а 8ср30„ была равна 36,42 ± 0,76*103 имп/сек (р* < 0,01; р+< 0,01). При этом анти оксидантная активность была достоверно выше од поименного показателя контрольной и предшеству ющей групп (р* < 0,001; р+ < 0,05).
Полученные данные позволяют сделать неко торые заключения относительно изменений сво боднорадикального метаболизма у работников деревообрабатывающего производства под влия нием высоко дисперсной органической пыли. Эти изменения возникают в период срочной адаптации к данному производственному фактору и закреп ляются при долговременной адаптации на опти мальном для этих условий уровне. Этот уровень характеризуется более низкой выработкой свобод ных радикалов и менее активными процессами антиоксидантной защиты. Дальнейшие изменения свободнорадикального окисления и антиоксидан тной активности зависят от сроков контакта с органической пылью. Следовательно, на измене ния свободнорадикального метаболизма у дерево- обработчиков оказывают влияние как производ ственный фактор (органическая пыль), так и срок контакта, в течение которого активность свобод норадикального окисления может достоверно ме няться в сторону как активации, так и снижения. Подобные колебания активности свободноради- кального окисления в зависимости от стажа тру довой деятельности отражают общие закономер ности адаптации организма к вредному производ ственному фактору.
Результаты проведенных исследований нагляд но продемонстрировали, что пыль, обладающая низкой цитотоксичностью, способна активировать свободнорадикальный метаболизм. Процессы дол говременной адаптации по принципу обратной связи сопровождаются активацией антиоксидант- ной системы. Это в определенной степени может повышать устойчивость легочной ткани при пы левой нагрузке. Тем не менее, сказанное вовсе не означает, что интенсификация процессов СРО не грозит возникновением патологических изменений в организме. Напротив, именно фазовые колеба ния как повышения активности выработки свобод ных радикалов, так и снижения антиоксидантной защиты таят в себе угрозу развития патологичес ких процессов. Как показали проведенные иссле дования, при увеличении
стажа наблюдаются пе риоды максимального увеличения активности сво- боднорадикальных процессов, которые могут со впадать с максимальным угнетением антиоксидан тной активности. В частности, острый период адаптации к воздействию как сварочного аэрозо ля, так и высокодисперсной древесной пыли сопро вождается снижением суммарной антиоксидант ной активности. Этот процесс является своеобраз ной «платой» за сдерживание индукции свободных радикалов, но не способен обеспечить адекватное снижение их содержания в гуморальной среде. Это период трудовой деятельности является первым, на протяжении которого риск развития бронхо- легочных заболеваний максимален. Именно в этот период происходит первый этап «естественного от бора производственным фактором», с которым хо рошо знакомы профпатологи, когда часть лиц, вновь принятых на работу в условия запыленное ти, вынуждены менять квалификацию в связи с не способностью адаптироваться к данным услови ям труда. Этот этап протекает однотипно при воздействии пыли разного состава. Различия но сят количественный характер и выражаются в более глубокой «гипоантиоксидднтемии потреб ления» у деревообработчиков. Вероятно, это свя зано с тем, что древесная пыль обсеменена бак териальной и грибковой флорой, а эти микро организмы способны в наибольшей степени акти вировать «респираторный взрыв» в фагоцитиру ющих клетках и, соответственно, повышать рас ход антиоксидантов.
В дальнейшем в зависимости от активности пыли адаптационные процессы развиваются по разному. У электросварщиков адекватная актива ция антиоксидантной системы сдерживает выра ботку свободных радикалов и снижает их присут ствие в гуморальной среде на протяжении длитель ного времени. Однако при продолжительной экс позиции антиоксидантная активность постепенно истощается. При стаже более 15 лету электросвар щиков возникает второй период максимального риска развития профессионально-обусловленных заболеваний. К их числу относятся, в первую оче редь, хронические заболевания верхних дыхатель ных путей.
Динамика свободнорадикальных процессов при воздействии древесной пыли иная. При стаже более 10 лет у деревообработчиков резко снижа ется антиоксидантная активность. Одновременно отмечается рост содержания свободных радикалов в гуморальной среде, причем их активность не ли митируется противорадикальной системой. Возни кает риск развития респираторных заболеваний и бронхитов. При анализе клинико-эпидемиологи- ческой ситуации именно в этот период заболевае мость работников лавинообразно нарастает - пре имущественно за счет болезней органов дыхания. В течение длительного времени вопрос о том, по чему рост заболеваемости у деревообработчиков по сравнению со сварщиками возникает при мень шем стаже и более выражен, несмотря на меньшую фиброгенность древесной пыли, оставался откры тым. Результаты, полученные при данном иссле довании во многом прояснили ситуацию. Кисло родные радикалы и пероксид водорода инактиви- руют клеточные ферменты протеазы и еще в боль шей степени - ингибиторы протеаз, в частности, альфа-1-антитрипсин. В результате возникает хро ническая относительная недостаточность ингиби торов протеаз. Это, как известно, приводит к дес трукции коллагенового и эластического каркаса легких, лежащей в основе эмфиземы. Тонкие элас тические волокна межальвеолярных перегородок разрушаются быстрее, чем их пучки в стенках бронхов. В результате возникает постоянное суже ние просвета респираторных путей, особенно вы раженное в бронхиолах, лишенных хрящевого ос това. Создаются предпосылки для развития об- структивного синдрома, который имеет в своей основе не спазм бронхиальной мускулатуры, а на рушение равновесия эластического натяжения между легочной паренхимой и бронхами. При спо койном дыхании и небольших объемах вдоха и выдоха воздухообмен может оставаться нормаль ным. Однако при физической нагрузке, вслед ствие невозможности заметно увеличить объемы вдоха и выдоха, выявляются признаки снижения объемных скоростей воздушного потока в лег ких. Коварство этого патологического процес са заключается в том, что в течение длительного периода видимого благополучия он развивает ся незаметно для работника и наблюдающего его врача. Клинические проявления формируются, когда течение заболевания приобретает необрати мый характер и практически полностью выходит из-под контроля.
В данном исследовании разработаны критерии отбора работников в группы высокого риска раз вития бронхо-легочных производственно-обуслов ленных заболеваний на основании оценки их сво боднорадикального статуса. Показано, что отсут ствует линейная зависимость между степенью рис ка и сроком экспозиции пылевого фактора. Это свидетельствует о том, что профилактические ме роприятия следует начинать при ранних сроках контакта, продолжать в периоды максимально ак тивной выработки свободных радикалов и сниже ния антиоксидантной активности. Только такой подход позволит сформировать длительную науч но-обоснованную систему первичной медицинской профилактики бронхолегочных производственно- обусловленных заболеваний.
Список литературы:
1 Величковский Б. Т. Основные патогенетические механизмы профессиональных заболеваний легких пы левой этиологии// Медицина труда и промышленная экология, - 1998.-№ 10.-С. 28-38.
2Величковский Б. Т. Молекулярные и клеточные ос новы экологической пульмонологии. //Пульмонология,- 2000,- № 3. - С. 10-18.
3Вознесенский Н.К, Величковский Б. Т. Профессио нальные заболевания от воздействия дыма оксида цин ка (литейная лихорадка, экзогенный фиброзирующий альвеолит).// Киров. - 2000. - С. 14-29.
4.Коркина Л.Г., Величковский Б. Т. Роль свободных радикалов в пылевой патологии легких // Кислородные радикалы в химии, биологии и медицине. - Рига. - 1988. -С.153-163.
5 Меерсон Ф.З. О цене адаптации. // Патологичес кая физиология и экологическая терапия. - 1986. - Вып. З.-С. 9-19.
Summary
ANALYSIS OF THE FREE RADICAL STATUS OF WORKERS INVOLVED IN DUST ENVIRONMENT CONDITIONS AS
ONE OF THE PATHOGENIC APPROACHES
TO THE FORMATION OF PULMONOLOICAL RISK GROUPS A. S. Tsenekov, N. K. Voznesensky
Kirov State Medical Academy, Kirov Regional Center of Professional Diseases, Kirov
157 low alloyed steel welders and 127 woodworking machine workers were studied. Parameters of free radical metabolism were investigated. Those were the maximal level of iron-induced chemiluminescence (I max) and summary luminescence within 30 seconds (S max). All the above people were healthy individuals and did not have any evidence of functional disorders or loss of working ability during initial medical examination and evaluation.
It was revealed that increase of iron-induced chemiluminescence and decrease of antioxidant activity correspond to periods of maximal increase of temporary inability. The risk level of the development of health disorders did not depend on the duration of exposure to dust factors. It is suggested that the parameters of free radical oxidation and antioxidant activity should be used as criteria for the formation of pulmonological risk groups and the beginning of primary medical prophylaxis.
Keywords: free radical oxidation, antioxidant activity, low alloyed steel welders, woodworking machine workers.
