CC BY
15
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ 1994
УДК 616-055.5/.7-02:614.71-07
Н. М. Геворкян, И. Е. Дробинская, Т. П. Глотова, Ф. И. Ингель, Н. А. Илюшина, В. А. Брацлавский, Е. К. Кривцова, Л. А,-Коростылева, Н. А. Афанасьева, Ю. А. Ревазова
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УРОВНЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ У ЖИТЕЛЕЙ г. АТБАСАР (КАЗАХСТАН)
НИИ профилактической токсикологии и дезинфекции ГКСЭН РФ, Москва
Интенсивное развитие промышленного производства, сельского хозяйства, разработка полезных ископаемых, увеличение транспортных нагрузок привели к резкому ухудшению экологической обстановки. Мутагенные загрязнения, привносимые в среду обитания человека, приводят к тяжелым генетическим последствиям — росту числа спонтанных абортов, врожденных уродств, наследственных болезней, что пагубно отражается на генофонде населения в целом. Не меньшую опасность представляют мутагены и как факторы, инициирующие развитие злокачественных опухолей [2 ]. В настоящее время известно, что большинство мутагенов являются канцерогенами. Повреждение генетического аппарата иммунокомпетентных клеток может приводить к нарушению функций иммунной системы и. следовательно, являться причиной целого ряда заболеваний, связанных с нарушением иммунного ответа [5]. Загрязнение окружающей среды мутагенами — один из факторов, вызывающих преждевременное старение и сокращение продолжительности жизни [8].
Для выяснения причин роста числа rex или иных заболеваний и принятия мер для их устранения крайне важно своевременное проведение токсико-генетических исследований состояния окружающей среды и изучение суммарного мутагенного действия загрязнителей среды на генетический аппарат клеток животных и человека.
В настоящей работе представлены результаты оценки состояния окружающей среды в г. Атбаса-ре Целиноградской обл. (Казахстан), а также данные об уровне генетических повреждений в лимфоцитах периферической крови людей, проживающих в обследуемом районе. Необходимость в проведении такого исследования была вызвана тем, что, по сведениям органов здравоохранения, онкологическая заболеваемость в г. Атбасаре значительно выше, чем средняя величина этого показателя в целом по республике.
Состояние окружающей среды оценивали по уровню токсичности и генотоксичности проб атмосферного воздуха, воды и донных отложений, исследованных в нескольких биологических тест-системах, а также по наличию в пробах воды и донных отложений тяжелых и токсичных элементов.
Анализ проб на содержание тяжелых и токсичных элементов проводили методом атомно-эмис-сионной спектроскопии с возбуждением спектра в дуге переменного тока и фотографической регистрацией спектра [1 ]. Для регистрации излучения плазмы использовали кварцевый светосильный спектрограф «Karl Zeiss» и дифракционный спектрограф ДФС-8. Пробы воды для этого анализа подкисляли азотной кислотой и выпаривали при 100' С. Осадки наносили на графитовые электроды.
Анализ на токсичность и генотоксичность проводили в пробах атмосферного воздуха, полученных в результате пропускания 600 м3 воздуха через фильтры АФА ХА-20. Фильтры последовательно экстрагировали эфиром, ацетоном и водой, объединенные экстракты упаривали; сухие остатки растворяли в диметилсульфоксиде (ДМСО).
Пробы воды со взвесью донных отложений отбирали из разных водоисточников и центрифугировали. Супернатант использовали в качестве образца для анализа водорастворимых геноток-сикантов; осадок высушивали и экстрагировали последовательно эфиром и ацетоном. Объединенные экстракты упаривали, сухие остатки растворяли в ДМСО и использовали в качестве образца органических компонентов донных отложений.
Общую токсичность образцов определяли с помощью люминесцентного бактериального теста (LBT) с использованием биосистемы «Эколюм-5» (биореагент светящихся бактерий) [4]. предоставленной кафедрой микробиологии (зав.— проф. В. С. Данилов) биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Люминесценцию измеряли на люминометре фирмы LKB (1251 Luminometer, luminescense system Bioorbit).
Методика оценки токсичности образцов проб окружающей среды, разработанная нами, заключалась в следующем. Препарат лиофилизирован-ных бактерий суспендировали в 0,85% NaCl таким образом, что в 1 мл суспензии содержалось 106 клеток. Перед началом работы суспензию выдерживали при комнатной температуре в течение 30 мин.
При изучении образцов воды в инкубационную ячейку помещали 0,63 мл исследуемого образца, содержащего 0,85% NaCl и 0,02 мл суспензии бактерий. Контрольная проба содержала 0,63 мл 0,85% NaCl и 0,02 мл суспензии бактерий. Сухие остатки органических экстрактов донных отложений и фильтров, на которых проводили отбор проб воздуха, как было указано выше, растворяли в ДМСО. В специальных экспериментах нами было показано, что при концентрациях ДМСО в инкубационной среде более 0,5% наблюдается тушение люминесценции бактерий, поэтому разбавление исследуемых растворов в инкубационной ячейке должно составлять 1:200. С этой целью соответствующие растворы в ДМСО предварительно разбавляли водой в 20 раз. В инкубационную ячейку помещали 0,54 мл воды, 0,07 мл 8,5% NaCl, 0,07 мл исследуемого раствора и 0,02 мл суспензии бактерий. Контрольная проба вместо исследуемого раствора содержала 0,07 мл ДМСО.
Люминесценцию измеряли через 15 мин после начала инкубации. Все пробы были представлены 3 повторами Из 3 полученных величин люминес-
ценции рассчитывали среднюю арифметическую. Токсический эффект оценивали по величине у = (/0 — /)//, где /0 — люминесценция интактных бактерий; /—люминесценция после инкубаций бактерий в присутствии исследуемого образца. Значениям у> 1 соответствуют величины тушения люминесценции более 50%. (Для наглядности в табл. 1 уровень тушения люминесценции представлен в процентах.) Пробы считали токсичными, если величина тушения люминесценции была более 50% [12].
Мутагенную активность проб воздуха оценивали по их способности вызывать генные мутации у бактерий индикаторных штаммов ТА-97, ТА-98 и ТА-100 в тесте Эймса Salmonella/микро-сомы [3, 9—11, 13, 14]. Мутагенную активность суммарных загрязнений в образцах воды и донных отложений определяли методом учета соматического мозаицизма у Drosophila melanogaster с использованием личинок Pi от скрещивания тестерных линий мух yellow х white singed3 (yxwsn3). У вылетевших самок регистрировали проявление маркерных генов в гомозиготном состоянии: возникновение на голове, тораксе и ску-теллиуме щетинок у или sn3, а также появление белых глазных фасеток (w). Кроме того, учитывали частоту возникновения других мутаций и морфозов: Bar, Minute, haemitorax, а также различных аномалий развития [6].
Для оценки воздействия факторов среды на генетический аппарат человека по принципу проживания или работы в определенных районах были сформированы 3 группы доноров, в лимфоцитах периферической крови которых определяли интенсивность внепланового (репаратив-ного) синтеза (ВПС) ДНК по включению 3Н-тимидина в ДНК в присутствии оксимочевины [7], а также частоту хромосомных аберраций в клетках цельной крови после их культивирования в течение 48 ч в присутствии фитогемаг-глютинина.
На основе полученных данных формировали группы риска, определяя наряду с перечисленными выше показателями коэффициент индукции ВПС ДНК. Он рассчитывается как отношение интенсивности ВПС ДНК после воздействия мутагена в условиях in vitro (в данном случае ультрафиолетовое излучение в дозе 20 Дж) к интенсивности спонтанного ВПС. Коэффициент индукции ВПС ДНК дает представление о потенциальной способности лимфоцитов данного донора репарировать повреждения ДНК в условиях дополнительной генотоксической нагрузки.
Результаты оценки токсичности и генотоксич-ности проб воды и донных отложений представлены в табл. 1, из которой видно, что все органические экстракты донных отложений в тесте LBT оказались значительно более токсичными (с учетом из 200-кратного разведения в инкубационной пробе), чем соответствующие образцы воды. Наибольшей токсичностью среди проб воды обладал образец, загрязненный промстоками завода железобетонных конструкций (ЖБК). Менее токсичной оказалась вода из р. Жабай, отобранная ниже города. Как слаботоксичная может быть оценена проба воды из р. Жабай выше города. При оценке токсичности проб по выживаемости дрозофилы также показана более высокая токсическая активность донных отложений по сравнению с таковой для соответствующих водных образцов.
Из табл. 1 видно также, что значительно более активны по способности индуцировать мутации у дрозофилы пробы воды и донных отложений из р. Жабай выше города по сравнению с пробами, отобранными в других точках. Таким образом, не наблюдается корреляции между общей токсичностью и мутагенностью исследованных образцов.
Пробы воздуха, отобранные на территории завода ЖБК, на перевалочной базе урановой руды РУ-1, на территории городской станции перели-
Таблица 1
Анализ токсической и генотоксической активности проб воды и донных отложений водоисточников в Атбасаре
_ л Место отбора проб Образец (№) Выживаемость дрозофилы. % LBT Индукция соматического мозаицизма у дрозофилы
тушение люминесценции. % ТОКСИЧНОСТЬ мутации. % аномалии развития. % морфозы, %
Контроль Вода 5% ДМ СО 0,5% ДМСО 0 0 : 0,58 + 0,03 1,38 ±0,05 0,19 + 0,03 0,92 ±0,05 5,71+0,03 4,37 ±0,05
Приток р. Жабай (выше города) Вода (1) 86,0 50,0 +/- 2,13 + 0,03 * _ 20,60 ±0,03*
Донные отложения (2):
исходные 88,2 1,74 ±0,04* 0,67 ±0,04 5,77 ±0,04
органический экс-
тракт 85,2 88.0 + 2,88 + 0,03* 0,62 + 0,03 15,90 + 0,03*
Болото вблизи повреждения трубы Вода (3) 91,0 94,0 + 1,88±0,03 * 0,12±0,03 14,20 ±0,03*
промстоков завода ЖБК Донные отложения (4):
исходные 80,3 2,65 ±0,04* 1,59 ±0,04* 6,20 ±0,04
органический
экстракт 48,6 89,0 + 1,25 + 0,05 1,46 + 0,05* 12,10 + 0,05*
Водозабор из р. Жабай (ниже Вода (5) 78,5 77,0 + 1,16±0,03 0,78 ±0,03 9,06 ±0,03*
города) Донные отложения (6):
исходные 61,9 0,86 ±0,05 1,50 ±0,05* 5,38 ±0,05
органический
экстракт 46,5 88,0 + 1,15 ±0,05 3,21 ±0,05* 12,20 ±0,05*
Примечание. Звездочка—достоверные различия с контролем (р^0,05).
вания крови иве. Полтавка не обладали токсичностью в тесте ЬВТ и генотоксичностью в тесте Эймса 8а1топе11а/микросомы на штаммах ТА-97, ТА-98 и ТА-100.
С помощью атомно-эмиссионной спектроскопии предпринята попытка выявить элементы, ответственные за токсичность и генотоксичность исследованных образцов (всего оценена концентрация 34 элементов). Результаты сравнительного анализа содержания различных элементов в пробах воды представлены в табл. 2 (в таблицу внесены данные, касающиеся только тех элементов, содержание которых в образцах превышало существующие гигиенические нормативы). В группу I включены элементы, содержание которых в образцах коррелирует с их токсичностью по результатам теста ЬВТ; за условную единицу в этом случае принято содержание металлов в менее токсичной пробе (№ 1). В группу II вошли элементы, содержание которых коррелирует с данными по мутагенности соответствующих образцов в тесте на дрозофиле; условная единица— содержание металлов в наименее геното-ксичной пробе (№ 5). Концентрации элементов группы III не коррелируют с токсичностью и генотоксичностью образцов.
Таким образом, в более токсичных пробах воды (№ 3 и 5) повышено содержание А1, Бг и У. В пробах воды с более высокой мутагенной активностью в тесте на дрозофиле выявлено более высокое содержание Са, ¿п, Ве, БЬ, В1, Бп, Аи, Ъх, ТЬ, XV, и, Сс1, РЬ. При этом, как видно из табл. 2, токсичность и мутагенность исследованных образцов определяются разными группами металлов.
Как было показано выше (см. табл. 1), все исследованные образцы донных отложений высокотоксичны. Содержание в них У, Ве, и РЬ в 30, 2, 2 и 3 раза соответственно превышало их средние значения для почвы. Кроме того, наиболее токсичная в тесте ЬВТ проба № 4 в отличие от других образцов содержала и и Ва в количестве, на 2 порядка превышающем средние значения.
Поскольку в городе находится перевалочная база урановой руды, а рудник Шантюбе расположен выше города по течению р. Жабай, был проведен анализ руды на содержание в ней тех тяжелых и токсичных элементов, которые были обнаружены в пробах воды и донных отложений. Обнаружено присутствие ряда токсичных металлов, часть которых, как известно, обладает мутагенной активностью как в виде металлов, так и в виде их солей и других соединений, в том числе органических.
С целью оценки воздействия на человека загрязнения среды генотоксикантами провели обследование 3 групп населения: 1-я—14 работников завода ЖБК, 2-я—14 работников станции
Таблица 2
Сравнительный анализ содержания некоторых элементов в пробах воды (в г - 10~6/г пробы)
Элемент Место отбора проб
при i OK р. Жабай болото вблизи повреж- водозабор из
(выше города) денной трубы пром- р. Жабай (ниже
стоков завода ЖБК города)
Группа I
Sr 0,051 (1) 0,156 (3,1) 0.090 (1,8)
AI 0,016(1) 1,250 (80) 0,680 (43)
Li 0,079 (1) 0,361 (4,6) 0,240 (3)
Группа II
Ga 0.0079 (6.6) 0,0018 (1,5) 0,0012(1)
Zn 0,079 (3.3) 0,018 (0.8) 0,024 (1)
Ве 0,0079 (6,6) 0.0018 (1,5) 0.0012 (1)
Sb 0,079 (6,6) 0,018 (1,5) 0,012 (1)
Bi 0,079 (6,6) 0,018 (1.5) 0,012 (1)
Sn 0,0079 (6,6) 0.0018 (1,5) 0,0012 (1)
Au 0,0079 (6,6) 0,0018 (1.5) 0,0012 (1)
Zr 0,0079 (6,6) 0.0018 (1,5) 0,0012 (I)
Th 0,79 (6,6) 0,18 (1,5) 0,12(1)
W 0.26 (6,5) 0.06 (1,5) 0,04 (1)
U 0,26 (6.5) 0.06(1,5) 0.04 (1)
Cd 0.0158 (2,2) 0.018 (2,5) 0,0072 (1)
Pb 0,026 (6,5) 0,006 (1,5) 0,004 (1)
Группа III
Cr 0,003 0,003 0,011
Mn 0.083 0,039 0,171
Co 0,005 0.006 0,014
Примечание. В скобках представлены концентрации в усл. ед.
переливания крови (14 человек, общегородская группа), 3-я —10 жителей с. Полтавка (условно-контрольная группа). Результаты определения частоты хромосомных аберраций и уровня ВПС ДНК в лимфоцитах периферической крови представлены в табл. 3, из которой видно, что во всех группах, в том числе и в условно-контрольной, выявлен высокий уровень аберрантных клеток (более 5%), в то время как средний уровень этого показателя стандартно не превышает 1—2% [7]. Это свидетельствует, что жители Атбасара подвергаются более высокой мутагенной нагрузке, чем население с. Полтавка. Особенно неблагоприятная ситуация сложилась на заводе ЖБК, где в периферической крови работников в среднем свыше 7% лимфоцитов несут хромосомные аберрации.
О высокой мутагенной нагрузке на жителей города свидетельствуют также результаты оценки интенсивности ВПС ДНК в лимфоцитах периферической крови. Наиболее высокий уровень ВПС отмечен в группе работников ЖБК.
Наряду со спонтанным уровнем ВПС ДНК в лимфоцитах периферической крови оценивали также коэффициенты индукции ВПС ДНК, которые
Таблица 3
Уровень ВПС ДНК н хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови доноров (М±т)
Место проведения Число Уровень ВПС ДНК. КоэЭДжннент УФ-индукции Уровень хромосомных
обследования доноров нмп/кл уровня ВПС ДНК аберраций. %
Завод ЖБК
Станция переливания крови с. Полтавка (контроль)
Примечание. Звездочка -
12 14 10
1212 + 205 * 762 ±130 582+58
3,62 + 0.58 3,20 + 0,46 3.66 + 0,38
7,08 + 0,03* 6,51+0,03 5,19 + 0.03
-достоверные различия с данными контроля (/?<0,01).
представляют собой отношение интенсивности ВПС после дополнительного воздействия на клетки мутагеном в условиях т vit.ro (использовали УФ-излучение в дозе 20 Дж) к интенсивности спонтанного ВПС. Коэффициент индукции ВПС ДНК дает представление о потенциальной способности лимфоцитов донора репарировать повреждения ДНК в условиях дополнительной генотоксической нагрузки. Среднегрупповые значения коэффициента индукции ВПС ДНК не различались, однако во всех группах он был снижен по сравнению со средним значением для других популяций (обычно этот показатель равен 5—6).
На основании данных по индукции ВПС ДНК, являющихся показателем индивидуальной способности человека репарировать повреждения ДНК, и уровню хромосомных аберраций была сформирована группа лиц повышенного генетического риска.
Таким образом, сопоставление данных об уровне генетических повреждений у жителей данного района и результатов анализа проб окружающей среды свидетельствует, что население Ат-басара и его окрестностей постоянно подвергается воздействию высокой токсической и мутагенной нагрузки. Предположительным источником воздействия может быть расположенный выше Атбасара по течению р. Жабай урановый рудник, из которого грунтовыми водами могут выноситься в русло реки тяжелые металлы и их соединения. В пользу этого говорит тот факт, что донные отложения, отобранные выше города, обладают высокой токсической и мутагенной активностью и содержат тяжелые металлы. Дополнительным источником мутагенной и токсической нагрузки является, по-видимому, завод ЖБК, промстоки которого также содержат ряд генотоксикантов. Это, вероятно, связано с тем, что завод находится в непосредственной близости от перевалочной базы урановой руды и использует в качестве сырья щебень, добываемый вблизи уранового рудника.
Результаты данной работы свидетельствуют о неблагоприятной и опасной для населения экологической ситуации, сложившейся в Атбасаре. Целесообразным представляется проведение мониторинга загрязнений окружающей среды в этом регионе с целью изучения динамики изменения ее состояния и осуществление мероприятий по улучшению состояния окружающей среды и здоровья людей.
Л итература
1. Арнаутов Н. В., Гкухова H. М.. Яковлева Н. А. Приближенный количественный спектральный анализ природных объектов.— Новосибирск, 1987.
2. Бс.шцкий Г. А., Ховаиова Е. М., Шарупич Е. Г.ЦУскоренное определение канцерогенное™ химических соединений.— М.. 1981,—С. 34—45.
3. Белицкий Г. А.. Фонштейн Л. М., Худолей В. В. и др.// Экспср. онкол.— 1987,—№ 3,—С. 2СК
4. Зарубина А. П.. Выпи.чч А. Н.. Маркелова С. И. и др.// Научно-координационное совещание «Экологическое нормирование: проблемы и методы»: Тезисы.— Пущино, 1992,— С. 53—54.
5. Ильинских Н. //., Бессуднова С. С., Ильинских И. Н.Ц Цитол. и генет,— 1987,—Т. 21, № 1,—С. 64—70.
6. Методические рекомендации по применению соматического мутагенеза у Drosophila melanogastcr в качестве тест-системы для ускоренного определения канцерогенов,—М., 1982.
7. Москалева Е. Ю., Илюшина Н. А., Захаров В. Н. и др.// Тер. арх,—1985,—№ 7,—С. 116—118.
8. Сьяксте Н. И.//Онтогенез.— 1987.—Т. 18, № 3.—С. 229—238.
9. Фонштейн Л. М., Абилев С. К., Бобринев Е. В. и др. Методы первичного выявления генетической активности загрязнителей среды с помощью бактериальных тест-систем: (Метод, указания).— M., 1985.
10. Ames В. N.. Durston W. Е., Yamasaki Е.. Lee Е. £».//Ргос. nat. Acad. Sei. USA.—1973—Vol. 70.—P. 2281.
11. Ames B. N.. McCann Y., Yamasaki £.//Mutai. Res.— 1975.— Vol. 31.—P. 347.
12. Bulicli A. A., Tung K., Scheibner G.//}. Bioluminesc. Chemiluminesc.—1990,—Vol. 5,—P. 71—77.
13. Levii' D. E., Yamasaki E.. Ames B. N. // Mutat. Res.— 1982.— Vol. 94,—P. 315—330.
14. Maron D. M.. Ames B. N. Ц Ibid.— 1983.—Vol. 113.—P. 173.
Поступила 25.04.94
© В. М. БОЕВ. 1994 УДК 614.7-07(470.56)
В. М. Боев
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА В МАЛЫХ ГОРОДАХ И СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ
ВОСТОЧНОГО ОРЕНБУРЖЬЯ
Медицинский институт, Оренбург
Негативные процессы, связанные с техногенным воздействием на природу, приводят не только к нарушению экологического равновесия, но и к серьезным последствиям для здоровья населения. По антропогенной нагрузке на природную среду Оренбургская область находится на 3-м месте среди территорий Уральского региона.
Для изучения экологии населенных мест в мировой практике применяют анализ воздушной среды и выбросов в атмосферу, исследование качества питьевых вод и анализ аккумулирующих сред (снег, растения, зерновые продукты). На основе этой методологии с 1990 г. в Восточной и Центральной зонах Оренбуржья проводится наблюдение за окружающей средой и состоянием
здоровья детей, проживающих в малых городах и сельских населенных пунктах.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха Оренбуржья являются такие экологически опасные отрасли промышленности, как черная и цветная металлургия, нефте- и газоперерабатывающая промышленность, машиностроение. Значительный вклад в обострение экологической ситуации в сельских районах вносит агропромышленный комплекс.
Наиболее сложное положение наблюдается в городах Орске, Новотроицке, Медногорске, Оренбурге, Кувандыке, а также в близлежащих сельских населенных пунктах. Хотя выброс загрязняющих веществ за 1990—1992 гг. снизился
