CC BY
2
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1997 УДК 614.7:616-078.33
Т. В. Юдина, Н. Е. Федорова, М. В. Егорова, Л. А. Мошлакова, М. В. Ларькина ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЛАБОРАТОРНОГО КОНТРОЛЯ, ГИГИЕНИЧЕСКОГО БИОМОНИТОРИНГА И РАННЕЙ НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Проблемы мониторинга загрязнения окружающей среды, химической нагрузки на организм тесным образом связаны с точной количественной оценкой уровней воздействия и прогнозированием степени неблагоприятного влияния, что особенно важно в аналитическом плане при изучении низких концентраций ксенобиотиков.
Процесс оптимизации всей системы лабораторного контроля опирается на современную научную базу, обеспечивающую высокий уровень методических документов, к которым могут быть отнесены многоплановые разработки специалистов института последних лет, а именно методы измерения концентраций ртути в объектах окружающей среды и биоматериалах, солей тяжелых металлов с использованием атомной абсорбции (ААС) как наиболее универсального и прецизионного метода, диоксида кремния, ароматических углеводородов, растворителей-мигрантов из полимерных материалов пищевого назначения, пестицидов различных классов с использованием газожидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии [5—8, 17].
Одним из существенных разделов аналитической химии является необходимость качественного контроля содержания аэрозолей металлов, в высокой степени определяющего объективность гигиенического прогноза, что выдвигает задачу унификации способов проведения элементомет-рии.
Вместе с тем в аналитической практике встречается целый ряд трудностей, связанных прежде всего с необходимостью учета мешающих влияний матричной основы объектов санитарно-хими-ческих исследований, отличающихся большим качественным разнообразием и сложностью химического состава, что может отражаться на точности результатов. В большей степени это касается анализа биологических сред, но и при оценке загрязнений атмосферного воздуха тяжелыми металлами возможно существенное искажение данных в связи с констатируемым значительным уровнем контаминации металлами сорбирующих материалов фильтров большинства марок.
Экспериментальные разработки, проводимые в течение ряда лет в Московском НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, позволили создать ряд способов, защищенных авторскими свидетельствами, особенно в направлении исследования биоматериалов [13—16].
Для различных типов биосубстратов в аналитическом плане найдено конкретное решение. Так, для цельной крови это применение модификации матрицы пробы путем добавления малых количеств аскорбиновой кислоты до конечной концентрации 0,01% и создание условий двухэтапно-го разложения пробы, что дало возможность в условиях микроанализа при исследовании 0,1 — 0,2 мл капиллярной крови получить точные коли-
чественные характеристики широкого спектра элементов — РЬ, Ре, Ъп, Со, Си, Сс1 на уровне естественных фоновых их концентраций (18— 30 пг/мг), а также повысить чувствительность эле-ментометрии в 1,4 раза [13].
Существенное место в гигиенических исследованиях отведено анализу биосубстратов, получаемых неинвазивным путем, одним из которых являются волосы человека — важнейшая метаболически активная среда организма, другим — конденсат альвеолярной влаги (КАВ), обладающий биохимическим составом, идентичным легочному сурфактанту [16, 18].
Для химического разложения образцов волос разработан способ гомогенизации материала в органическом растворителе — эмульгирование с гидроксидом тетраметиламмония, что снижает вероятность потерь определяемых элементов по сравнению с методами озоления проб и является более экономичным и безопасным по сравнению с автоклавным кислотным разложением. Возможные потери определяемых компонентов в случае образования осадка исключаются путем дополнительного кислотного его растворения и последующего анализа. Данный прием пробоподготовки позволил повысить точность элеменгометрии в волосах на 10—50%.
С целью расширения практического использования аналитических методов в диагностике ранних функциональных нарушений проведены исследования КАВ человека. Впервые методом прямого ААС-анализа с электротермальной атомизацией в КАВ было установлено присутствие РЬ, Си, Ре, Ъп, Сг, N1, Со, А1 на уровнях 0,1—200 нг/мл.
Разработанные методические подходы к микроанализу неинвазивных биосубстратов составили аналитическую основу новых успешно используемых в практике приемов гигиенической доно-зологической диагностики интоксикации тяжелыми металлами, а также нарушений резистенции организма, базирующихся на корреляционных связях уровней металлов и интенсивности протекания процессов свободнорадикального окисления (СРО) [16].
Прямая связь степени загрязнения воздушной среды тяжелыми металлами с накоплением их в волосах, а также наличие определенной зависимости между изменениями содержания Со, N1, Си, Ъ\\ и других металлов в волосах, крови и моче, выявленная рядом отечественных и зарубежных авторов [2, 9-11, 19], позволили разработать новый экспрессный способ диагностики интоксикации тяжелыми металлами, который базируется на значениях соотношения двух биогенных элементов, близких по химическим свойствам, а именно N1 и Со, в волосах и является, с одной стороны, достаточно информативным дополнительным приемом оценки сложившейся санитарной ситуа-
ции, с другой — объективным прогнозом ожидаемого роста или снижения заболеваемости [2|.
Выяснение прогностического значения соотношений микроэлементов — загрязнителей атмосферного воздуха, а именно Со, Си, 7л\ в развитии ранних стадий интоксикации не могло быть полным без установления вероятностных нормальных уровней отношений в двух привлекших наше внимание неинвазивных средах (волосах и КАВ). Результаты исследований позволили сделать заключение, что пределы колебаний ко-эффицента №/Со в волосах в разных климатических зонах у лиц разного пола и возраста составили величины 5,6—14,7 (среднее значение 8,3) и с привлечением данных литературы укладываются в диапазон от 5 до 15, определенный как вероятностно нормальный.
Для альвеолярного воздуха был применен аналогичный подход. Наибольшая плотность нормального распределения для соотношения ЬП/Со, а также 2п/Си наблюдается в интервале от 1 до 10.
Анализ плотности распределения значений ко-эффицентов биосред показал, что их величины менее вариабельны, чем количественное содержание элементов, частота отмеченных функциональных нарушений резко возрастала при выходе за границы нормальных диапазонов, т. е. прослеживается четкая связь уровней отношений и функционального статуса организма.
Одной из важнейших предпосылок к развитию направления по прогностической роли соотношений элементов является установленная при корреляционном анализе экспериментального материала способность организма сохранять соотношения элементов как при экзогенном поступлении одного из них, так и вовлеченных в процесс перераспределения.
Основной методический прием установления прогностической роли элементов заключается в формировании однородных по возрастно-поло-вым и социальным признакам групп численностью 30—50 человек, проживающих в исследуемом районе не менее 5 лет, отборе у каждого из входящих в группу по 0,3—0,5 г волос с различных участков головы, приготовлении навесок по 0,2 г и объединении их в одну пробу, определении содержаний N1 и Со методом беспламенного ААС-анализа, нахождении их соотношения и сопоставлении этого показателя с вероятностно нормальным уровнем, составляющим величину от 5 до 15.
Выход полученных значений за пределы указанного интервала позволяет говорить о потенциальной опасности загрязнений воздушной среды для здоровья исследуемого контингента и может рассматриваться как дополнительный объективный аргумент, который доказывает необходимость проведения более полных исследований по оценке окружающей среды и включения более эффективных мероприятий по оздоровлению внешней среды в планы социально-экономической реконструкции производств.
Дальнейшее развитие направления неинзазив-ной диагностики показало высокую диагностическую ценность КАВ. Впервые было установлено наличие в конденсате эффекта хемилюминесцен-ции и супероксидперехватывающей активности
(СПА), что свидетельствует о протекании процессов СРО. Была также установлена новая закономерность, а именно присутствие в данной среде ряда тяжелых металлов переменной валентности в метаболически значимых уровнях. Подтверждено значение количественных параметров соотношений отдельных пар элементов, близких по химическим свойствам (М/Со, 7п/Си) для оценки микроэлементного и антиокислительного статуса.
Данные подходы были применены в исследованиях, проводимых в районах Канско-Ачинского территориально-энергетического комплекса (КА-ТЭК) и Норильского территориально-промышленного комплекса |3, 4, 12|.
Так, прогностическая роль соотношений биогенных элементов показана при изучении двух групп рабочих-строителей из районов Норильска, различающихся по индексам опасности загрязнений: район Талнаха — 14,3 и Никелевого завода — 26,6, в которых атмосферный воздух характеризуется значительным загрязнением от предприятий металлургии.
При анализе материалов количественного содержания элементов в волосах и КАВ, сопоставлении их отношений с вероятностными нормальными уровнями установлено, что в период 5—10 лет проживания в загрязненном районе коэффи-цент №/Со в обеих средах отличается от нормальных диапазонов, более 9% значений коэффицен-та 2п/Си выходят за допустимые границы. Одновременно четко выражены отклонения полученных клиницистами и гигиенистами труда показателей, характеризующих систему дыхания, нарушения функций печени, состояния энергообме-на. В то же время в группе из более чистого района отмечена стабильность изученных показателей.
Установленные закономерности нашли подтверждение в материалах клинических исследований, в которых сопоставлены характер изменений функции внешнего дыхания, биохимические показатели с уровнями содержания микроэлементов в биосредах и данными по заболеваемости с временной утратой работоспособности рабочих.
Важнейшим разделом исследований, направленных на предупреждение возможности перехода негативных процессов в организме из стадий функциональных отклонений в стойкие нарушения здоровья, стало выявление связи металлов переменной валентности с процессами СРО в организме ввиду значительной его роли в формировании донозологических и патологических состояний.
Снижение функциональных резервов организма непосредственно связано с состоянием анги-окислительного статуса, являющегося одним из центральных звеньев, принимающих непосредственное участие в молекулярных механизмах неспецифической резистентности к повреждающим факторам внешней среды.
Разработка способа оценки реакционной способности организма базировалась на диагностическом значении интегрального показателя резистентности, позволяющего охарактеризовать две стороны антиокислительного статуса — интенсивность радикалообразования и способность к перехвату радикалов, т. е. защитной функции организма, в их взаимосвязи [16].
Исследованиями последних лет доказано, что функции элементов Зс1-блока при их ингаляционном поступлении в организм в низких концентрациях определены причинно-следственной связью с процессом СРО, активация которого при одновременном снижении антиоксидантного статуса может быть расценена как преморбидное состояние, что является основанием для комплекса мероприятий техногенного, а также профилактического плана, направленных прежде всего на оптимизацию качества среды, мобилизацию резервных возможностей организма.
Углубленное рассмотрение механизмов взаимодействия микроэлементов в организме при их экзогенном поступлении из объектов окружающей среды, в частности атмосферного воздуха, позволило подчеркнуть ряд существенных особенностей, а именно возможное перераспределение элементов, близких по химическим свойствам и обладающих специфической биотической ролыо в микроэлементпом обмене, биологической активностью в биохимических и физиологических процессах, т. е. вторичные изменения микроэлементного статуса, вызванные экзогенно поступающими элементами.
Методической основой ранней гигиенической диагностики при оценке состояния обмена микроэлементов и резистентности организма служат приемы биотестирования — нахождение соотношений элементов по уровням их количественной ассоциации в волосах и КАВ, а также установление коэффицента резистентности организма по показателям радикалообразования и способности к их перехвату, т. е. защитную функцию организма при исследовании КАВ, сравнении данных контрольной и обследуемых групп населения.
Полученные результаты наиболее информативны на материалах обследования населения трех районов Алтайского края (Красногорском, Таль-менском и Локтевском), где в рамках программы "Семипалатинский полигон" осуществлен мониторинг содержания РЬ, Сс1, М§, Со, Си, Ъ\л в аэрозолях атмосферного воздуха, показавший определенное благополучие в состоянии атмосферы Красногорского района, в котором не отмечено превышений ПДК по всем исследуемым элементам [1].
В отдельных поселках Тальменского района обнаружены повышенные уровни РЬ (до 4 ПДК), что может быть связано с работой автотранспорта.
Самым неблагополучным является Локтев-ский район, в воздухе населенных пунктов которого (г. Горняке) установлены превышения содержания РЬ (2-5 ПДК), а также N1 (1,5-12 ПДК). Что касается содержаний С<1, Со, Си и 7.\л, то можно констатировать отсутствие повышенных уровней этих элементов в атмосферном воздухе изученных территорий.
Основными критериями отбора населения для обследования (взятие биопроб) являлись: место проживания, состояние здоровья новорожденных, возраст детей и время проживания в данном районе — временной фактор.
В исследование включались дети 5—7-летнего возраста, родившиеся и непрерывно проживающие в местах наблюдений, и матери, родившие детей в 1989—1991 гг., состояние здоровья которых учитывалось.
Таким образом, группы наблюдения, сформированные по указанным критериям, отличались однородностью воздействия на организм факторов окружающей среды и различались между собой основными изучаемыми признаками — наличием или отсутствием патологии, проживанием в определенном районе.
Исследования процессов СРО в неинвазивной среде-конденсате альвеолярного воздуха проведено по двум показателям — светосумме сигнала индуцированной хемилюминесценции (Б), характеризующей интенсивность радикалообразования, и СПА. Соотношение этих параметров, рассчитанное как коэффициент Б/СПА, указывает на степень резистентности организма и вероятность развития донозологических и позднее патологических состояний.
Интенсивность радикалообразования незначительна у женщин Красногорского и Тальменского районов и резко возрастает в Локтевском районе (в 7,27 раза) по сравнению с Красногорским районом. Та же тенденция наблюдается и у детей в Локтевском районе (максимальное превышение контрольного уровня — 5,28 раза), но при этом у детей Красногорского и Тальменского районов, проживающих на территориях, примыкающих к производственным предприятиям, также отмечено некоторое усиление процессов СРО (в 1,2— 1,3 раза).
Исследования СПА выявили снижение показателя как у детей (на 40%), так и у женщин (на 35%) Локтевского района.
Как следствие основной показатель Б/СПА в данном районе резко возрастает: в 10,7 раза у женщин и в 8,45 раза у детей по сравнению с Красногорским районом.
У жителей Тальменского района, в результате хотя и незначительных, но разнонаправленных изменений по отдельным процессам, этот показатель превышает контрольный уровень в 1,3 раза у женщин и почти вдвое (в 1,82 раза) у детей, проживающих в загрязненной зоне.
Таким образом, правомерно сделать вывод об изменении двух сторон процесса СРО — продуцирования радикалов и способности к их перехвату, что позволяет высказаться о снижении защитных сил организма, изменении его функционального состояния, особенно ярко проявляющихся у обследованного населения Локтевского района.
Данное положение подтверждается результатами и других биотестов. Так, исследование соотношения ¿п/Си в КАВ у женщин и детей показало, что в контрольном (Красногорском) районе это соотношение, тесно связанное и носящее прогностический характер в состоянии резистентности и процессов СРО, находится в пределах нормы (1 — 10) и составляет величину 1,28. Отдельные случаи его снижения отмечены у 18% обследованных женщин и у 11% детей.
В Тальменском и Локтевском районах этот показатель снижен у 70% женщин и у 90% детей и в целом по группам выходит за нижнюю границу нормы как у женщин, так и у детей этих районов.
Содержание Ъл в конденсате достоверно (в 1,2—1,3 раза) увеличено в Локтевском районе, а Си — в Локтевском и Тальменском районах по
сравнению с контрольным: в 1,6—1,85 раза у женщин и в 2,1—4,8 раза у детей.
Следует также отметить, что наибольшее содержание Ъ\\ в конденсате отмечено у детей Красногорского района, проживающих в непосредственной близости к промышленным объектам.
Исследование содержания шести тяжелых металлов в волосах выявило, что уровни Ъ\\ и Сс1 остаются практически неизменными во всех группах, в то время как содержание Си, Со, РЬ у жителей Локтевского и Тальменского районов выше, причем в Локтевском значительно: Си — в 5 раз у женщин и в 2 раза у детей, Со — в 2 раза.
Накопление РЬ особенно выражено у детей Локтевского района, у которых его содержание в волосах более чем в 7 раз превышает аналогичные показатели населения Красногорского района.
Что касается N1, то его уровни в Локтевском, наиболее загрязненном районе несущественно превышают показатели по другим районам — в 1,1 —1,4 раза, но вместе с тем расчетные уровни соотношения Ъ\\/0.\\ в волосах у женщин Локтевского района выходят за границы вероятностного нормального уровня 5—15, что свидетельствует о нарушении микроэлементного статуса организма в этой группе обследованных.
Данные об уровне соотношения гп/Си в волосах, когда характер его изменения у исследуемых групп тот же, что и в конденсате, подчеркивают тесную взаимосвязь микроэлементов неинвазив-ных сред и в целом универсальность избранных коэффициентов как показателей состояния микроэлементного обмена.
Проведенные экспедиционные исследования с применением методов неинвазивной диагностики в сочетании с данными мониторинга тяжелых металлов в воздушной среде контрастных районов Алтайского края и отдельных населенных пунктов прежде всего обоснованно подтвердили наличие снижения резистентности организма к действию негативных факторов среды обитания у выборочных групп обследованного населения (дети и женщины репродуктивного возраста). Наиболее четко эта закономерность прослеживается у лиц, проживающих на урбанизированных территориях (Локтевский район). Относительно благоприятными по изучаемым признакам и проявлению неблагоприятного влияния оказался Красногорский район и его жители. В поселках Тальменского района результаты не столь однородны: в жилых районах, непосредственно прилегающих к промышленным зонам, по некоторым показателям биотестов (исследованию процессов СРО и соотношения биогенных микроэлементов Ъ\\/0.\\ в КАВ) установлена определенная корреляционная зависимость между степенью техногенной нагрузки и биологическим проявлением действия.
Выполненные исследования, а также многоуровневые изыскания в данном направлении (районы Киреевск Тульской области, Норильск, КАТЭК и др.) еще раз показали, что внедрение в практику здравоохранения методов неинвазивной диагностики имеет хорошую перспективу как в плане получения объективных представлений о
характере наблюдаемых изменений, так и в направлении решения прогностических задач, направленных на оптимизацию условий проживания и защиты здоровья населения.
Дальнейшее развитие системы лабораторного контроля, биомониторинга и ранней донозологи-ческой диагностики должно включать надежную продуктивную аналитическую базу в сочетании с высокой квалификацией специалистов, разработку нормативно-методической документации для возможно более широкого спектра веществ-загрязнителей, формирование направления по выделению веществ-маркеров, характерных для конкретных регионов, развитие информативных способов донозологической диагностики, позволяющих обследовать значительные контингенты населения для принятия решений предупредительного и профилактического плана, наконец, включение в систему "Интернет" с целью последующего полного обеспечения национальной эколого-ги-гиенической безопасности.
Литература
1. Гильденскиольд Р. С., Федорова Н. Е., Винокур И. Л. // Ядерные испытания, окружающая среда и здоровье населения Алтайского края. — Барнаул, 1993. — Т. 3.
2. Лазуршш Л. П. Роль комплексных соединений металлов в становлении металло-лигандного гомеостаза и донозологической диагностике: Автореф. дисс. ...д-ра — М., 1995.
3. Гильдепскиольд Р. С., Банков Б. К. и др. // Гиг. и сан. —
1987. - № 5. - С. 9-11.
4. Юдина Т. В., Егорова М. В., Успиошин Б. В. и др. // Концепция сохранения здоровья человека на Крайнем Севере. — Норильск, 1994. — С. 156—157.
5. Методические указания по измерению концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. — М., 1994. — С. 51-55.
6. Методические указания по осуществлению государственного санитарного надзора за производством и применением полимерных материалов класса полиолефинов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами. — JI., 1989.
7. Методические указания по спектральным методам определения микроэлементов в объектах окружающей среды и биоматериалах при гигиенических исследованиях. — М., 1987.
8. Определение содержания ртути в объектах окружающей среды и биологических материалах. Методические указания. — М., 1994.
9. Ревич Б. А. // Гиг. и сан. — 1990. — № 4. — С. 28—33.
10. Сидоренко Г. И., Кутепов Е. Н., Гедымин М. Ю. // Вестн. АМН СССР. - 1991. - № 1. - С. 15-18.
П. Скальный А. ВЖук Е. Г., Савельев Л. Ф. // Актуальные вопросы профилактики не'инфекционных заболеваний.
• - М„ 1990.
12. Юдина Т. В., Егорова М. В., Устюшии Б. В. и др. // Там же. - С. 130-132.
13. Способ определения содержания тяжелых металлов в крови : А. с. 1497569 СССР / Юдина Т. В., Егорова М. В. // Открытия. — 1989. — № 28.
14. Способ определения тяжелых металлов в эктодермальных тканях: А. с. 1257520 СССР / Юдина Т. В., Егорова М. В. // Открытия. — 1986. — № 34.
15. Способ оценки обмена тяжелых металлов в организме человека. А. с. 1624321 СССР/ Юдина Т. В.. Егорова М. В., Дсденко И. И., Гильдснскиольд Р. С. // Открытие. —
1988. - № 46.
16. Способ оценки функционального состояния организма горнорабочх. А. с. 1811608 РФ / ЮдинаТ. В., Егорова М. В., Рушкевич О. П. // Открытие. — 1993 — № 15.
17. Федорова Н. Е., Орлова Т. В. // Гиг. и сан. — 1993. — № 4. - С. 70-71.
18. Юдина Т. В. // Там же. - 1988. - № 2. - С. 50-52.
19. Alder J. F., Samuel A. J., IVest T. S. // Anal, chirn. Acta. — 1977. - Vol. 92 - P. 217-221.
