CC BY
40
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 БИОЛОГИЯ Вып. 3
УДК 615.9
ОБОСНОВАНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ НЕГАТИВНЫХ ЭФФЕКТОВ СО СТОРОНЫ ОКСИДАНТНО-АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ КЛЕТОК ПЕЧЕНИ У ДЕТЕЙ, ПОТРЕБЛЯЮЩИХ ПИТЬЕВУЮ ВОДУ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Д. Л. Михайлова, Ю. В. Кольдибекова
Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Пермь, ул. Монастырская, 82; [email protected]; (342)2363930
Рассмотрено влияние хлорорганических соединений, хронически поступающих в организм с питьевой водой, на состояние оксидантно-антиоксидантной системы и функциональной активности клеток печени у детей. Исследована зависимость отклонения биохимических показателей у детей при идентификации в крови хлорорганических соединений. Анализ полученных результатов позволил обосновать маркеры ответных реакций организма детей при хроническом поступлении хлорорганических соединений с питьевой водой.
Ключевые слова: хлорорганические соединения; лабораторные показатели; оксидантно-антиоксидантные процессы; гепатоциты; биохимические маркеры; причинно-следственные связи.
В современных условиях обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой из-за интенсивного химического и микробиологического загрязнения источников питьевого водоснабжения, низкого уровня внедрения прогрессивных технологий водоподготовки питьевой воды, нарастающего ухудшения состояния водоразводящих сетей [Бондарев и др., 2012]. По данным Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга в 2011 г. на ряде территорий Российской Федерации отмечено превышение гигиенических нормативов по содержанию химических веществ в питьевой воде централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в 20% проб [Государственный доклад..., 2011]. Серьезной остается проблема загрязнения питьевой воды остаточным хлором и хлорорганическими соединениями на станциях водоподготовки при подаче в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения населения городов [Борзунова и др., 2007; Онищенко, 2010].
Хлорорганические соединения относят к суперэкотоксикантам - чужеродным веществам, отличающимся высокой биологической активностью. В число хлорорганических соединений входят такие
вещества, как дибромхлорметан, хлороформ, тет-рахлорметан, 1,2-дихлорэтан [Иксанова и др., 2006; Баженова, 2007; Рахманин и др., 2008].
При поступлении в организм хлорорганические соединения в процессе биотрансформации образуют токсичные метаболиты, активизирующие пере-кисное окисление липидов клеточных мембран, что приводит к дисбалансу окислительных и анти-оксидантных процессов [Кравченко и др., 2009]. Данный процесс приводит к нарушению функциональных свойств клеточных мембран, подавлению активности мембраносвязанных ферментов, тем самым, вызывая значительные расстройства со стороны внутренних органов, в частности, существенные изменения в культуре клеток печени [Лазарев, Левина, 1986; Иксанова и др., 2006; Земля-нова, Кольдибекова, 2011]. В связи с этим целью настоящего исследования является обоснование биохимических маркеров негативных эффектов со стороны оксидантно-антиоксидантной системы и функциональной активности клеток печени у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений.
© Михайлова Д. Л., Кольдибекова Ю. В., 2012
Материалы и методы
Проведена оценка качества питьевой воды централизованных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения (на примере территории исследования - г. Краснокамска Пермского края) Н по данным натурных исследований, выполненных специалистами химико-аналитического отдела ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактиче-ских технологий управления рисками здоровью населения».
Выполнена процедура оценки риска здоровью детского населения на территории исследования, которая включала в себя идентификацию опасности с выделением приоритетных химических факторов, расчет показателей риска (коэффициент и индекс опасности) при воздействии с питьевой водой в соответствии с «Руководством по оценке риска...» [2004]. Для оценки экспозиции и моделирования зависимости «экспозиция - маркер экспозиции» выполнен расчет среднесуточной дозы загрязняющих веществ, усредненной на хроническую ЭКСПОЗИЦИЮ, при поступлении в организм с питьевой водой.
Обследование детей в возрасте 3-7 лет, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений, включало следующие процедуры:
— исследование и оценку содержания хлорорганических соединений в крови детей методом газовой хроматографии в соответствии с МУК 4.1.2115-06;
— оценку состояния окислительных процессов (содержание малонового диальдегида в плазме крови, уровень гидроперекиси липидов в сыворотке крови);
— оценку активности антиоксидантных процессов (активность каталазы в эритроцитах, общая антиоксидантная активность плазмы крови (АОА), активность Си/гп-супероксиддисмутазы (Си/2п-С0Д) и глутатионпероксидазы (ГлПО) в сыворотке крови);
— исследование и оценку проницаемости мембран клеток и белоксинтезирующей функции печени (активность аланинаминотрансферазы (АЛАТ), аспартатаминотрансферазы (АСАТ), содержание общего белка и альбумина в сыворотке крови).
Для проведения сравнительного анализа обследована группа детей аналогичного возраста, потребляющих питьевую воду, удовлетворяющую санитарно-гигиеническим требованиям (территория сравнения - пгт. Ильинский Пермского края).
Математическую обработку результатов обследования осуществляли с помощью параметрических методов статистики; для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Фишера (оценка адекватности моделей), критерий Стьюдента (сравнение групп по количественным признакам). Различия полученных результатов являлись статистически значимыми при р<0,05 [Четыр-кин, 1977; Гланц, 1998].
Результаты и их обсуждение
Оценка качества питьевой воды г. Краснокамска показала, что централизованное хозяйственнопитьевое водоснабжение населения осуществляется из поверхностного источника р. Камы с использованием технических водозаборов.
Для питьевой воды города на фоне ряда химических соединений характерно постоянное присутствие на уровне от 2 до 5 ПДК остаточного хлора, систематически регистрируются такие загрязняющие вещества, как хлороформ, тетрахлорметан,
1.2-дихлорэтан, дибромхлорметан на уровне до 1 ПДК. Результаты натурных химико-аналитических исследований питьевой воды модельной территории свидетельствуют о факте присутствия исследуемых хлорорганических соединений широкого спектра. Обнаруженные концентрации по критерию суммы отношений к допустимому уровню превысили 2.5 раза.
При реализации процедуры оценки риска для здоровья детского населения, потребляющего питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений, рассчитаны коэффициент опасности (НО) и индекс опасности (Н1), в результате чего установлено, что при хроническом пероральном поступлении данных соединений имеется неприемлемый риск развития нарушений со стороны печени (Шсг до 1.44).
Углубленными исследованиями установлено, что в крови большинства обследованных детей достоверно идентифицируются те же самые хлорорганические соединения, установленные в питьевой воде, но не обнаруженные в крови детей группы сравнения. При этом частота регистрации проб с содержанием хлороформа, 1,2-дихлорэтана, ди-бромхлорметана, тетрахлорметана достигает 98% случаев от числа обследованных детей.
Выявление и оценка параметров зависимости «доза загрязняющего вещества - концентрация химического вещества в крови» позволили получить адекватные модели зависимости (Р > 3.96, р < 0.05) между суточной дозой тетрахлорметана (Я2 = 0.62),
1.2-дихлорэтана (Я2 = 0.36), дибромхлорметана (Я2= 0.66), хлороформа (Я2= 0.78), поступающих с питьевой водой, и концентрацией данных соединений в крови детей группы наблюдения. Таким образом, выявленные зависимости между концентрацией в крови тетрахлорметана, дибромхлорметана, хлороформа, 1,2-дихлорэтана и дозой данных веществ, поступающих с питьевой водой, доказывают, что содержание токсичных соединений в крови детей обусловлено качеством питьевой воды города.
У детей группы наблюдения установлена повышенная активность процессов свободно-радикального окисления клеточных мембран при физиологическом уровне в группе сравнения. Эго подтверждается повышенным содержанием продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови
детей группы наблюдения. Так, количество проб с повышенным уровнем гидроперекиси липидов в сыворотке крови составило 43%, что достоверно превысило в 1.4 раза данный показатель в группе сравнения. Уровень конечного продукта пере-кисного окисления липидов - малонового диальдегида в плазме крови, - у детей группы наблюдения в среднем составил 2.79 ± 0.08 мкмоль/см3, что в 1.2 раза выше аналогичного показателя у детей в группе сравнения (р = 0.000). Обращает на себя внимание, что доля проб с повышенным содержанием мало нового диальдегида в плазме крови детей группы наблюдения в 8 раз превысила данный показатель у детей в группе сравнения. При этом достоверно установлена причинно-следственная связь меяеду содержанием в крови 1,2-дихлорэтана, тетрахлорметана и вероятностью повышения уровня гидроперекиси липидов в сыворотке крови
и малонового диальдегида в плазме крови (долевой вклад химических факторов составил 42-79%, р < 0.028), что, вероятно, доказывает активацию процессов свободно-радикального окисления в организме.
При оценке состояния антиоксидантной защиты отмечено напряженное состояние восстановительных процессов в ответ на инициацию свобод-но-радикальной цепной реакции, о чем свидетельствует доля проб с повышенной активностью глу-татионпероксидазы в сыворотке крови детей группы наблюдения (83% случаев), что в 2 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения. При этом достоверно установлено, что средняя активность глутатионпероксидазы в сыворотке крови детей группы наблюдения выше в 2.2 раза показателя группы сравнения (р = 0.000) (таблица).
Параметры моделей зависимости «маркер экспозиции - маркер эффекта», характеризующих оксидантно-антиоксидантные процессы, проницаемость мембран гепатоцитов и активность белоксинтезирующей функции печени у детей группы наблюдения
Маркер экспозиции Маркер эффекта Направление изменения показателя я2 Г Р
Хлороформ ГлПО Повышение 0.74 291.98 0.000
АОА Повышение 0.64 409.31 0.000
АСАТ Повышение 0.39 106.86 0.000
Общий белок Понижение 0.43 23.74 0.000
Альбумины Понижение 0.46 80.28 0.000
Дибромхлорметан ГлПО Повышение 0.34 104.27 0.042
АОА Повышение 0.55 278.80 0.000
1,2-дихлорэтан МДА Повышение 0.40 110.88 0.028
АОА Повышение 0.34 155.11 0.000
Г идроперекиси липидов Повышение 0.54 16.24 0.000
Си/гп-СОД Повышение 0.83 251.38 0.000
АСАТ Повышение 0.58 291.86 0.000
Каталаза Повышение 0.36 50.77 0.000
Т етрахлорметан АОА Повышение 0.43 66.94 0.000
Г идроперекиси липидов Повышение 0.48 15.91 0.000
МДА Повышение 0.79 101.23 0.000
ГлПО Повышение 0.48 92.8 0.000
си/гп-сод Повышение 0.56 117.49 0.000
АСАТ Повышение 0.75 70.89 0.000
Общий белок Понижение 0.73 70.89 0.000
Альбумины Понижение 0.45 142.07 0.000
Выявлена повышенная активность Си^п-СОД (28%) в сыворотке крови обследуемой группы. Уровень активности данного показателя в крови детей группы наблюдения в 2 раза выше, чем в группе сравнения (р = 0.002). Обращает на себя внимание повышенная активность каталазы эритроцитов у детей в группе наблюдения, превышающая в 2.1 раза данный показатель в группе сравнения (р = 0.000). У детей обследуемой выборки установлен повышенный уровень общей АОА (64% случаев), что в 3 раза выше относительно
данного показателя в группе сравнения. В ходе лабораторных исследований выявлены статистически достоверные причинно-следственные связи между содержанием в крови 1,2-дихлорэтана, хлороформа, тетрахлорметана, дибромхлорметана и вероятностью повышения активности глутатионпероксидазы и Си^п-СОД в сыворотке крови (долевой вклад - 34-74%, р < 0.042).
Следствием установленных изменений со стороны окислительных и антиоксидантных процессов является развитие нарушения проницаемости
мембран гепатоцитов. Установлено, что у детей группы наблюдения частота регистрации проб с повышенной активностью АСАТ в 2.2 раза превысила значение показателя в группе сравнения. При этом установлено, что среднее значение активности АСАТ в 1.4 раза превысило среднюю активность показателя в сыворотке крови детей группы сравнения (р = 0.003). Отмечено прямое цитоток-сическое действие 1,2-дихлорэтана, хлороформа, тетрахлорметана на клетки печени, о чем свидетельствует вероятность повышения активности АСАТ в сыворотке крови (долевой вклад составил 39-75%, р< 0.000).
Установлена тенденция к нарушению белоксин-тезирующей функции печени, о чем свидетельствует снижение уровня общего белка и альбумина в сыворотке детей группы наблюдения относительно данных показателей у детей в группе сравнения. Зафиксировано до 15% случаев снижения уровня альбумина в сыворотке крови детей группы наблюдения относительно возрастного физиологического уровня, что в 3 раза превышает данный показатель у детей в группе сравнения. Достоверно установлено, что снижение белоксинтезирующей функции печени (снижение содержания общего белка и альбумина в сыворотке крови) зависит от повышенного уровня в крови хлороформа, тетрахлорметана (долевой вклад составил 40-46%, р <
0.000).
Заключение
Таким образом, в ходе сравнительного анализа лабораторных показателей у детей обследуемых групп и установленных причинно-следственных связей обоснованы биохимические маркеры, характеризующие состояние оксидантно-антиокси-дантных процессов, проницаемость клеточных мембран гепатоцитов, активность белоксинтезирующей функции печени при идентификации в крови хлороформа, 1,2-дихлорэтана, дибромхлорметана, тетрахлорметана.
Библиографический список
Баженова Л.Н. Органические суперэкотоксиканты. Аналитический аспект: курс лекций. Екатеринбург, 2007. 261 с.
Бондарев В.А. и др. Экологические особенности нарушения здоровья детского населения г. За-донска Липецкой области, связанные с качеством питьевой воды // Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: материалы Всерос. науч.-практ.
конф. молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора: в 2 т. Пермь: Кн. формат, 2012. Т.
1. С. 95-103.
Борзунова Е.А. и др. Оценка влияния качества питьевой воды на здоровье населения // Гигиена и санитария. 2007. № 3. С. 32-34.
Гланц С. Медико-биологическая статистика / под ред. Н.Е. Бузикашвили и соавт. М.: Практика, 1998. 459 с.
Государственный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2010 г. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011. 456 с.
Землянова М.А, Колъдибекова Ю.В. Оценка состояния здоровья детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлороргани-ческих соединений // Состояние окружающей среды и здоровья населения: материалы III междунар. науч.-практ. конф. Курган: Изд-во Курган, гос. ун-та, 2011. С. 57-58.
Иксанова Т.И. и др. Оценка комплексного действия хлороформа питьевой воды // Гигиена и санитария. 2006. № 2. С. 8-11.
Кравченко Л.В. и др. Характеристика острого токсического действия четыреххлористого углерода как модели окислительного стресса // Токсиколог. вестн. 2009. № 1. С. 12-18.
Лазарев Н.В., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей. 7-е изд., пер. и доп. Л.: Химия, 1976. Т. 1. Органические вещества. 592 с.
Онищенко Г.Г. О состоянии и мерах по обеспечению безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Российской Федерации //Гигиенаи санитария. 2010. № 3. С. 4-7.
Рахманин Ю.А. и др. Санитарно-эпидемиологическое состояние различных объектов окружающей среды в Российской Федерации и экологически обусловленные угрозы здоровью россиян // Материалы науч.-практ. конгрессов IV Всерос. форума «Здоровье нации - основа процветания России». М., 2008. Т. 1, разд. «Санитарно-эпидемиологическое благополучие Российской Федерации». С. 13-16.
Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду // Руководство 2.1.10.1920-04. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 143 с.
Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977. 356 с.
Поступила в редакцию 02.10.2012
The substantiation of biochemical markers of negative effects of oxidant-antioxidant system condition and functional activity of liver cells at child drinking potable water with high content of chlororganic compounds
D. L. Mihajlova, laboratory assistant-researcher U. V. Koldibekova, research scientist
FBIS “Federal Scientific for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaja str., Perm, Russia, 614045; [email protected]; (342) 2363930
In this article the influence of chlororganic compounds chronically entering in the organism with potable water on the condition of oxidant-antioxidant system and functional activity of liver cells at children has considered. The dependence of biochemical indicators digression at children at identification of chlororganic compounds in blood has researched. Analysis of the obtained results has enabled to substantiate markers of retaliatory reactions of child organism which live in condition of release of chlororganic compounds with potable water.
Key words: chlororganic compounds; laboratory indicators; oxidant-antioxidant processes; liver cells; biochemical markers; causative and investigatory connections.
Михайлова Дарья Леонидовна, лаборант-исследователь Кольдибекова Юлия Вячеславовна, научный сотрудник
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
