CC BY
921. Сидоров П.И., Скребцова Н.В., Совершаева СЛ. // Гиг. и сан. — 2006. — № 3. — С. 11—15.
22. Социально-экологические последствия ракетно-космической деятельности / Под ред. М.В. Черкасова.
— М.: ЦНЭП, СоЭС, 2000.
23. Темиргалиева С.О., Абдрашева Б.Ж. // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы здоровья человека и формирования среды обитания». — Караганда, 2002.
— С. 313—314.
24. Тишин А.П., Худяков В.А. // Материалы межд. научно-практ. конф. «Актуальные проблемы здоровья человека и формирования среды обитания». — Караганда,
2001. — С. 313—314.
25. Токбергенов Е.Т. // Актуальные вопросы формирования здорового образа жизни, профилактики заболеваний и укрепления здоровья. — 2005. — № 1. — С.
74—76.
26. Токбергенов Е.Т. // Здоровье и болезнь. —
2005. — 5 (42). — С. 12—14.
27. Токбергенов Е.Т., Сраубаев Е.Н. // Вестн. Казахского Национального мед. ун-та. — 2005. — № 3
(29). — С. 83—86.
28. Трушляков В.И., Шалай В.В., Шатров Я.Т. // Монография. — Омск, 2004.
Поступила 29.10.07
УДК 613.632-034.74
К.И. Садыков
КЛЕТОЧНАЯ И ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩЕЙ ПЫЛИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний МЗ РК, г.Караганда
Экспериментальные исследования позволили определить биохимические, цитологические, цитохимические, генетические изменения при воздействии марганецсодержащей пыли на уровне концентрации, характерной для рабочих мест в условиях открытой добычи руды. Цитологическое действие проявлялось накоплением деструктивно измененных клеток в легких, печени, надпочечниках. Выявлен цитогенетический эффект, проявляющийся в повышении частоты хромосомных аберраций и анеуплоидии в клетках костного мозга.
Ключевые слова: марганецсодержащая пыль, ингаляционная затравка, клеточная реакция, альвеолярные макрофаги, нейтрофилы, хромосомная аберрация, бронхоальвеолярный лаваж, перекисное окисление липидов.
K.I. Sadykov. Cellular and cytogenetic evaluation of manganese-containing dust in experiment.
Experimental studies helped to define biochemical, cytogenetic, cytochemical, genetic changes under influence of manganese-containing dust with concentrations characteristic for workplaces of open-cast mining. Cellular effect was accumulation of destructed cells in lungs, liver, adrenals. Cytogenetic effect also included increase in chromosomal aberattions and aneuploidy frequency in bone marrow.
Key words: manganese-containing dust, inhalation prime, cellular reaction, alveolar macrophages, neutrophils, chromosomal aberration, bloncho-alveolar lavage, lipid peroxidation.
Учитывая рост химического загрязнения окружающей человека среды в условиях открытых разработок руд, важнейшей задачей, которая должна решаться гигиенистами и специалистами медико-биологического профиля, — это прогнозирование отдаленных генетических эффектов, в том числе и мутаций, индуцированных воздействием химических веществ [6].
Жайремский горно-обогатительный комбинат — крупнейшее объединение в Республике Казахстан по переработке первичных марганцевых руд, глубокому обогащению руды и про-
изводству марганца. С каждым годом данное предприятие увеличивает перерабатывающие мощности и объем производства [12].
Ряд технологических процессов — добыча, дробление, транспортировка, сушка концентратов сопровождаются значительным пылеобра-зованием. Основные пути поступления пыли — респираторный и желудочно-кишечный тракт. Некоторая часть вдыхаемых частиц может выводиться из легких путем мукоцилиарного клиренса и проглатываться, становясь доступной для всасывания из желудочно-кишечного
тракта [2]. Легко проникая через тонкие стенки альвеол в капиллярное русло, микроконцентрации металлов в составе пыли поступают в плазму и, связываясь с белками, распределяются с кровотоком по всему организму. Марганец концентрируется в тканях, богатых митохондриями, высокие концентрации обнаруживаются в печени, надпочечниках, почках
[13, 14].
Целью настоящей работы явилось изучить молекулярно-клеточные реакции со стороны легких — органа-«мишени» и частоту структурных нарушений хромосом в клетках костного мозга крыс, подвергнутых воздействию марганецсо-держащей пыли.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Для изучения воздействия марганецсодержащей пыли, поступающей в организм через органы дыхания, был использован метод динамического запыления животных в камерах.
Для создания определенной концентрации пыли использовались дозаторы порошкообразных веществ, позволяющих учитывать аэродинамические законы распределения пылевого потока и одновременно подвергать воздействию большую группу животных. Разработанное А.И. Бурхановым и соавторами [1] устройство отличается от существующих затравочных камер тем, что пылевой поток, поступающий с циклоном через центральное отверстие на дне камеры, обеспечивает создание равномерной, устойчивой и выбранной концентрации пыли в зоне дыхания. Осуществляли двойной контроль концентрации пыли в камерах: весовым методом (общая масса витающей пыли) и вдыхаемой пыли животными посредством устройства к пробоотборнику специального дозатора обеспечивающий отбор проб со скоростью, близкой к параметрам вдоха белой крысы.
Химический состав пыли: Mn — 15 %, Fe — 3,4 %, Си — 0,01 %, Zn — 0,04 %, оксид кремния — 0,28 %. Затравка проводилась в камерах 5 раз в неделю, при 4-часовой экспозиции. Пыль обладала высокой дисперсностью — свыше 80 % составляли частицы размером не более 5 ммк [5]. Концентрация 25 мг/м3 представляла для нас интерес с той точки зрения, что при открытой добыче руды концентрация пыли на рабочих местах превышала ПДК в среднем до 25 мг/м3. В эксперименте на 28 белых крысах-самцах весом 180—200 г (20 опытных, 8 контрольных) дана оценка биологического действия осевшей пыли при открытой добыче марганецсодержащей руды. Общая длительность эксперимента — 4 мес.
Данные пылевого контроля обрабатывали вероятностным методом с расчетом средневзвешенной концентрации пыли (Хвзв), стандартного геометрического отклонения (бг) и медианы (Ме). Пылевую экспозицию выражали как произведение вдыхаемой концентрации пыли (Хвзв) мг/м3 на объем воздуха (м3), прошедшей через органы дыхания крысы за 4 мес ингаляции [10].
Для получения бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) у животных под слабым эфирным наркозом вскрывали мышцы передней поверхности шеи, выделяли трахею и вводили в ее просвет стальную иглу, которую фиксировали. Через иглу в легкие вводили 2 мл физиологического раствора и отсасывали его, получая БАЛ в количестве 1,5 мл. Цитологические и цитохимические исследования альвеолярных макрофагов (АМ), деструктивных альвеолярных макрофагов (ДАМ), нейтрофилов (НФ), деструктивно измененных нейтрофилов (ДНФ) выполнены на клетках БАЛ, а также на отпечатках с органов печени, надпочечников, по методу С. Ваудзен, А.Б. Танкель, Ж.Ж. Лаорит. Функциональное состояние фагоцитов оценивали по методу О.Г. Алексеевой, А.П. Волковой. Отпечатки с органов высушивали в термостате (при 37 °С). фиксировали в смеси Никифорова, окрашивали гематосилином с эозином. Для определения соотношения клеточных элементов (в %) в каждом наблюдени подсчитывали по 300 клеток. Подсчет и оценку цитохимических реакций проводили по Ь.С. Kaplow с вычислением среднего цитохимического коэффициента (СЦК) [11]. Крысам за 3 ч. до опыта внутрибрюшинно вводился 0,04 % раствор колхицина из расчета 1 мл на 100 г массы животного. От каждого животного анализировалось 100 метафазных пластинок.
Для определения биохимических показателей готовили гомогенаты тканей на фосфатном буфере, рН = 7,4, уровень оксида азота ^О) определяли по методу П.П. Голикова [4]; малоновый диальдегид (МДА) по методу Э.Н. Коробейниковой [9]; диеновые ко-ньюгаты (ДК) и кетодиены (КД) по И.А. Волчегорскому [3]; каталазу по методу М.А. Королюк [7]; средние молекулы (СМ) по А.Н. Ковалевскому [10].
Полученный материал обрабатывали статистически с использованием критериев достоверности Стьюдента. Различия считались достоверными при р < 0,05.
Р е з у л ь т а т ы. Полученные результаты по истечении 4 мес эксперимента показали в БАЛ увеличение КД в 1,2 раза, N0 увеличено
на 80 %, МДА на 62 %. При исследовании гомогената легких выявлено увеличение ката-лазы в 1,1 раза, накопление СМ в 2 раза, NO на 68 %.
Развивается комплекс биохимических защитных реакций, направленных на устранение первичного очага повреждения. В нашем случае это проявляется накоплением средних молекул в БАЛ и легких и активацией антиоксидантной системы — каталазы в легких, что характеризует формирование эндогенной интоксикации в легочной системе. В настоящее время при воздействии пылевых частиц генерацию активных форм кислорода (АФК) связывают с активацией лейкоцитов в процессе фагоцитоза, степень выраженности которой зависит от интенсивности генерации оксида азота. Так, уровень оксида азота возрастал в БАЛ и легких на 81 и 68 % соответственно.
При исследовании клеточного состава БАЛ выявлена тенденция к возрастанию количества дегенерированных форм нейтрофилов и альвеолярных макрофагов в 2 и 1,4 раза соответственно.
Количество полноценных АМ снижается до 62,6 ± 4,1, что на 26 % ниже контрольных величин. Возрастает количество дегенериро-ванных реснитчатых эпителиальных клеток в 6 раз. В отношении механизма действия тяжелых металлов известно, что они попадают в клетки в основном с помощью транспортных систем, которые используются для переноса необходимых организму макро- и микроэлементов. Можно полагать, что микроконцентрации металлов могут конкурировать за места связывания в транспортных системах клеток, а также за активные центры биогенных металлов — катализаторов и оказывать токсическое действие [6].
При исследовании клеток печени наблюдалось снижение количества нормальных светлых
гепатоцитов в 3,5 раза и повышалось количество дегенерированных светлых клеток в 4,7 раза. В светлых клетках — гепатоцитах в цитоплазме встречались вакуоли разных размеров, наполненные цитоплазматической жидкостью, что приводило к вакуольной дистрофии митохондрий, лизосом и эндоплазматического ритикулома.
Наблюдалось увеличение эозинофилов на 75 %, нейтрофилов — 4,4 раза, что свидетельствует о гепатотоксичности пыли и развитии метаболической недостаточности в клетках печени.
Цитоморфологические показатели клеток надпочечников крыс свидетельствуют о накоплении нейтрофильных гранулоцитов до 1,5 ± 0,3 % по сравнению с контролем 0,09 ± 0,2 %, а следовательно, о хроническом воспалительном процессе в мозговом веществе надпочечников. Выявлено снижение активации моноаминоксида-зы в надпочечниках на 48 %. Цитотоксичность пыли, проявляющаяся на уровне гепатоцитов и в активности МАО в надпочечниках, способствует развитию дисбаланса в иммунной системе, что сопровождается снижением неспецифической резистентности организма и развитием реактивно-токсического гепатита.
Возникновение и характер патологических изменений в респираторной системе тесно связано с функциональной компетентностью защитных механизмов на уровне фагоцитарной способности альвеолярных макрофагов и нейтрофилов. Эффекторные свойства этих клеток сводятся к поглощению чужеродных частиц и наработке биологически активных молекул, обладающих цитотоксическими свойствами. Возможно, что наблюдаемые процессы являются следствием адаптации организма на длительное воздействие пыли. Вместе с тем при более длительном воздействии может нарушаться равновесие компенсаторно-восстановительных и деструктивных процессов, что может привести
Т а б л и ц а 1
Биохимические показатели в респираторной системе при воздействии МСП в концентрации 25 мг/м3
Показатель ДК, нмоль/мл КД, нмоль/мл Каталаза, мкк/мл NO, нмоль/л МДА, мкмоль/л СМ, у.е.
БАЛ
Контроль 0,83 ± 0,03 0,57 ± 0,05 0,105 ± 0,03 1,6 ± 0,13 2,4 ± 0,0 0,1 ± 0,05
Опыт 1,1 ± 0,2 1,3 ± 0,02++ 0,05 ± 0,01 2,9 ± 0,18++ 3,9 ± 0,03++ 0,31 ± 0,09++
Легкие
Контроль 3,40 ± 0,06 1,09 ± 0,15 0,7 ± 0,02 2,2 ± 0,19 2,49 ± 0,5 0,52 ± 0,08
Опыт 3,33 ± 0,3 0,51 ± 0,19 1,52 ± 0,09+++ 3,7 ± 0,4++ 1,70 ± 0,21 1,04 ± 0,08++
Достоверность: + — 0,05; ++ — 0,01.
Т а б л и ц а 2
Частота хромосомных аберраций и анеуплоидии в клетках костного мозга крыс при ингаляционной затравке
МСП
Изучено метафаз Всего аберраций Хроматидного типа Хромосомного типа Гипоплоидные клетки
Абс. % Абс. % Абс. % Абс. %
1500 (опыт) 97 6,47 ± 0,63 57* 3,80 ± 0,49** 40 2,67 ± 0,41* 186 12,40 ± 0,85
1000 (контроль) 24 2,4 ± 0,20 21 2,10 ± 0,45 3 0,30 ± 0,17 54 5,39 ± 0,71
Достоверность: * 0,05; ** 0,001.
к патологии [2]. Снижение полноценных АМ в БАЛ и накопление нейтрофилов в печени, надпочечниках создают условия для реализации общих механизмов цитотоксичности, связанных с повреждением клеточных мембран, нарушением внутриклеточного гомеостаза Са2+ , процессов энергетического обмена, синтеза белка и деление клетки. Авторы [13, 14] отмечали, что марганец подавляет функцию макрофагов не только в крови, но и в альвеолах, повышая, таким образом, чувствительность организма к респираторным инфекциям. Это позволяет понять механизм заболеваний бронхолегочной системы и объяснить повышение частоты заболеваний органов дыхания при воздействии марганецсодержащей пыли.
Проанализировано 1500 метафаз в опытной группе и 1000 метафаз в контрольной группе (табл. 2). В опытной группе на количество проанализированных метафаз приходится 57 одиночных фрагментов (3,80 ± 0,49 %, р < 0,05) и 40 аберраций хромосомного типа, что составляет 2,67 ± 0,41 %, р < 0,001. В контрольной группе одиночные фрагменты составляют 21 (2,10 ±_0,45 %, р < 0,05) на 1000 метафаз, парные фрагменты 3 (0,30 ± 0,17, р < 0,001).
Полученные результаты показывают значительные изменения плоидности клеток в опытной группе по сравнению с контрольной. Так, среди 1500 проанализированных метафаз опытной группы количество гаплоидных клеток достигло 186, что составило 12,40 ± 0,85 %, тогда как в контрольной группе отклонение числа клеток с измененными наборами хромосом в сторону гипоплоидии составило 54 (5,39 ± 0,71 %, р < 0,001) на 1000 изученных метафаз.
Хроническое воздействие марганецсодержа-щей пыли в концентрации 25 мг/м3 вызывает выраженный цитогенетический эффект, проявляющийся в увеличении частоты аберраций хромосом в клетках костного мозга до 97 % по сравнению с уровнем в контроле — 24 % (р < 0,01). Цитогенетический анализ перестроек хромосом показал, что действие марганецсо-держащей пыли в данных условиях экспери-
мента вызывало нарушение структуры и числа (анеуплоидию) хромосом. Структура нарушения хромосом представлена хроматидными — одиночными фрагментами и хромосомными — парными фрагментами. Патогенетическое действие ионов металлов обусловлено тем, что они относятся к группе тяжелых металлов. Металлы могут влиять на процессы, протекающие в клетке, только проникая внутрь ее, фиксируясь на субклеточных мембранах. От того, в каком количестве накапливается металл в тех или иных структурах, зависит в итоге степень возможного повреждения самой клетки и ее систем.
Так как основное повреждающее действие марганца направлено на окислительные ферменты, локализованные в митохондриях, можно предполагать опосредованное действие марганца на генетический аппарат. Подтверждением непрямого мутагенного действия марганца на ДНК является то, что марганец относится к веществам, вызывающим анеуплоидию.
В ы в о д ы. 1. Длительное воздействие пыли в дозе 25 мг/м3 оказывает выраженное цитотоксическое действие на клетки респираторной системы, что проявляется снижением полноценных альвеолярных макрофагов, накоплением дегенерированных реснитчатых эпителиальных клеток в бронхоальвеолярном лаваже и усиленным образованием средних молекул в бронхоальвеолярном лаваже и легких. 2. Цитотоксичность пыли проявляется на уровне гепатоцитов, где происходит накопление дегенерированных светлых клеток с вакуольной деструкцией митохондрий, что может быть причиной развития токсического гепатита. 3. Длительное воздействие марганецсодержащей пыли оказывает непрямое мутагенное действие и обладает цито-генетическим эффектом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. с. № 939016 СССР / тнк А61 м 11/02. Устройство для распыления порошков / А.И. Бурханов, В.Н. Агапкин. — 1982. — Бюл. № 24.
2. Величковский Б.Т. // Пульманология. — 1995. — № 1. — С. 6—16.
3. Волчегорский И.А., Налимов А.Г. и др. // Вопр. мед. химии. — 1989. — № 1. — С. 127—131.
4. Голиков П.П., Николаева Н.Ю. и др. // Пат. физиология. — 2000. — № 2. —С. 6—9.
5. Градус Л.Я. Руководство по дисперсному анализу методом микроскопии. — 1979.
6. Иноземцев И.М. // Биотехнология и управление. — 1993. — № 2. — С. 25—29.
7. Ковалевский А.Н., Нифантьев О.Е. и др. // Лаб. дело. — 1989. — № 10. —С. 35—39.
8. Коробейникова Э.Н. // Там же. — 1989. — № 1. — С. 118—122.
9. Королюк М.А., Иванова Л.И. // Там же. — 1989. — № 1. — С. 16—18.
10. Никитин В.С. // Научные работы Ин-та охраны труда ВЦСПС. — Профиздат, 1974. — Вып. 91. — С. 6—12.
11. Оценка цитоморфологических и цитохимических изменений клеток выделительной системы и периферической крови организма экспериментальных животных при комплексном действии угольно-породной пыли и физической нагрузки: Методические рекомендации. — 2005.
12. Светов Б.А., Толымбеков М.Ж., Байсанов С.О. Становление и развитие марганцевой отрасли Казахстана. — Алматы, 2002.
13. Устьянцев СЛ. // Мед. труда. — 1999. — № 5. — С. 32—33.
14. Saris M. // Arh. Hig. Rada Toxicology. — 1999. —Vol. 50, N. 3. — P. 309—326.
Поступила 29.10.07
УДК 613.6:622.33(574)
Ж.Х. Сембаев, А.А. Исмаилова, З.Т. Мухаметжанова, Г.Т. Мещанов, Г.К. Илембаева,
М.А. Султанов
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ТРУДА ПРИ ОТКРЫТОЙ ДОБЫЧЕ УГЛЯ ВАХТОВЫМ СПОСОБОМ В ЦЕНТРАЛЬНОМ КАЗАХСТАНЕ
Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний МЗ РК, г. Караганда
Разработка и добыча угля вахтовым методом ведется в Шубаркульском угольном месторождении, которое располагается в полупустынной зоне, с резко континентальном климатом. На состояние здоровья и работоспособность горнорабочих оказывает воздействие комплекс неблагоприятных факторов — природно-климатического, производственного и социально-бытового характера.
Ключевые слова: открытая добыча, вахтовое производство, гигиена труда, физические факторы, горнорабочие.
Zh.Kh. Sembayev, A.A. Ismailova, Z.T. Moukhametzhanova, G.T. Meshanov, G.K. Ilembayeva, MA. Soultanov. Hygienic evaluation of work conditions in shift open-cast mining work in North Kazakhstan. Shift open-cast development and mining take place in Shubarkul coal deposit situated in semidesert with sharply continental climate. Health state and work capacity of the miners are influenced by climate, occupational and social environmental hazards.
Key words: open-cast mining, shift work, work hygiene, physical factors, miners.
В Республике Казахстан одним из уникальных по качеству и составу сырья (марки Д-Г) является Шубаркульское каменноугольное месторождение, где открытая добыча угля осуществляется вахтовым методом [1, 2].
Высокие темпы роста экономического потенциала в промышленно развитых странах обусловливаются все возрастающим потреблением сырья и энергии, которые обеспечивают экономическую, оборонную, национальную безопасность и определяют доходную часть бюджета [5].
Большинство исследователей [3, 4], занимающихся изучением нетрадиционных форм организации вахтового производства, подчеркивают, что проблему физиологии вахтового труда, выбор рационального режима труда и отдыха следует решать с учетом влияния климата, сезона года и радиуса перевозки людей. При этом серьезного внимания ученых заслуживают вопросы изучения влияния природно-климатического, производственного, антропогенно-экологического и социально-бытового характера на состояние
