CC BY
96
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2010 БИОЛОГИЯ Вып. 2
УДК 616-008
ОЦЕНКА НАРУШЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЗМЕ ДЕТЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЕХНОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
М. А. Земляноваа ь, В. Н. Звездинь, О. В. Пустоваловаь, Ю. В. Городноваь
а Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; biodean@psu.ru; (342)2396489 ь Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления риском здоровью населения, 614045, Пермь, ул. Орджоникидзе, 82; root@fcrisk.ru; (342)2372534
Установлены маркеры метаболического синдрома при нарушении окислительно-восстановительных процессов у детей, проживающих в условиях воздействия техногенных химических факторов среды обитания. Мониторинг данных показателей позволит выявлять нарушение окислительно-восстановительных процессов у детей на ранней стадии и своевременно проводить коррекцию выявленных нарушений.
Ключевые слова: окислительно-восстановительный процесс; техногенные химические факторы; среда обитания.
К настоящему времени накоплен огромный фактический материал, свидетельствующий об участии антиоксидантной системы в адаптационных реакциях организма, основной функцией которой является поддержание на стабильном уровне концентрации активных форм кислорода, участвующих в таких процессах жизнедеятельности клетки, как диффе-ренцировка, пролиферация и др. Баланс между системами окисления и антиокисления необходим для сохранения гомеостаза при воздействии на организм техногенных химических факторов среды обитания. Устойчивое многосредовое воздействие химических факторов может способствовать поступлению и кон-таминантов в организме, что в дальнейшем может привести к негативным последствиям по отношению к окислительно-восстановительному балансу организма. В связи с этим исследование нарушения окислительно-восстановительных процессов в организме при воздействии техногенных химических факторов среды обитания является актуальным.
Целью настоящего исследования является определение маркеров метаболического синдрома, обусловленного нарушением окислительно-восстановительных процессов в организме, при воздействии техногенных химических факторов среды обитания.
Материалы и методы
Для научного обоснования маркерных лабораторных показателей, отражающих изменения окислительно-восстановительных процессов в организме в условиях негативного воздействия техноген-
ных химических факторов, выполнено углубленное обследование 350 детей в возрасте от 3 до 7 лет, проживающих в г. Перми в зонах максимального риска для здоровья. Для проведения сравнительного анализа в качестве контрольной группы обследовано 50 детей, проживающих в условиях относительного санитарно-гигиенического благополучия.
Оценка воздействия химических факторов включала в себя анализ содержания в биосредах детей приоритетных компонентов выбросов промышленных предприятий города (тяжелые металлы, ароматические углеводороды, алифатические альдегиды, хлорорганические соединения, предельные одноатомные спирты), поскольку данные химические соединения характеризуются цитотоксическим действием, обусловливающим избыточную активацию свободно-радикального окисления в организме. В связи с этим проведено скрининговое исследование спектра и уровня содержания в крови детей десяти компонентов - свинца, марганца, бензола, толуола, стирола, метанола, хлороформа, дихлорэтана, ди-хлорбромметана, формальдегида - в соответствии с методическими рекомендациями (Сборник методик по определению химических соединений в биологических средах: МУК МЗ РФ. - № 763-99 - 4.1.77999).
Лабораторные диагностические исследования влияния контаминантной нагрузки на активность окислительно-восстановительных процессов выполнены по изменению уровня общей антиокси-дантной активности и уровню содержания малонового диальдегида (МДА), являющегося конечным продуктом свободно-радикального окисления, в
© Землянова М. А., Звездин В. Н., Пустовалова О. В., Городнова Ю. В., 2010
71
сыворотке крови (Медицинские..., 2002; Клиническое..., 2003). Проявление метаболического синдрома определялось по степени выраженности интоксикации (содержание дельта-аминолевулиновой кислоты (дельта-АЛК) в моче) и пролиферативной активности (уровень карциноэмбрионального антигена (КЭА) в сыворотке крови).
Для обоснования маркерных показателей, отражающих негативное воздействие токсикантов на окислительно-восстановительные механизмы в организме, выполнено математическое моделирование причинно-следственных связей между воздействием загрязняющего вещества (маркер экспозиции) и ответной реакцией организма (маркер эффекта). Зависимость «маркер экспозиции - маркер эффекта» описывали с использованием модели логистической регрессии (Четыркин, 1977):
_ 1 р 1+е-Ф0+ь(х-х>У) , где рг - вероятность отклонения лабораторного показателя (маркера ответа) от физиологической нормы при воздействии г-маркера экспозиции;
х - концентрация контаминанта в крови (маркера экспозиции);
х0 - максимальный недействующий уровень маркера экспозиции;
Ъ0, Ъ! - параметры математической модели.
Результаты
Анализ определяемых концентраций металлов в организме при обследовании детей показал, что регистрировалось статистически достоверное повышенное содержание марганца в крови детей (средняя концентрация превысила референтный уровень в 2,8 раза, р < 0,0005), количество детей с повышенным содержанием марганца в крови составило 69%. Установлено статистически достоверное повышенное содержание свинца в крови 60% детей (р = 0,002). Из перечня определяемых органических соединений в биосредах регистрировались статистически достоверные повышенные концентрации следующих контаминантов: толуола - средняя концентрация в обследованной группе детей составила 0,0031 мг/дм3 (количество детей с наличием толуола в крови - 46%, р = 0,000); бензола - 0,0006 мг/дм3 (количество детей с наличием бензола в крови составило 19%, р = 0,001). Регистрировались повышенные концентрации стирола в диапазоне 0,041,95 мг/дм3, количество детей с наличием стирола в крови составило 29%. Данные соединения являются ксенобиотиками и не определяются в организме детей контрольной группы. Из перечня определяемых органических соединений практически у всех обследуемых детей (90%) установлена повышенная концентрация формальдегида в крови (превышение фоновых уровней в среднем составило 10,6 раза, р < 0,0005), у 94% обследуемых детей повышен уровень содержания метилового спирта (превышение фоновых уровней в среднем составило 3,4 раза, р <
0,0005). Установлено достоверное превышение фонового уровня по следующим хлорорганическими соединениям: 1,2-дихлорэтан - у 56% детей (р = 0,000); дихлорбромметан - у 71% детей (р = 0,000); хлороформ у 100% детей (р = 0,000).
В результате лабораторного обследования выявлено, что у большинства детей (87,3%) с повышенной контаминацией биосред отмечается смещение окислительно-восстановительного баланса. Сдвиг равновесия в сторону восстановительных процессов (у 53% детей) за счет повышения АОА может оцениваться как компенсаторная реакция на избыточное образование свободных радикалов. Этот процесс может быть обусловлен несколькими механизмами влияния техногенных химических факторов: за счет возможного усиления перекисного окисления липидов при прямом повреждении клеточных мембран формальдегидом, хлорорганиче-скими соединениями, бензолом, толуолом (Лазарев, 1976; Меньшикова, 1987; Toxicological..., 2001); дополнительного образования свободных форм кислорода из радикалов-переносчиков электронов в результате угнетения ферментов дыхательной цепи при избыточном содержании в крови металлов (Лазарев, 1976; Бандман, 1988; Исидоров, 1999).
У отдельных детей (34,3%) показатели антиок-сидантной активности были ниже физиологической нормы, что указывает на истощение антиок-сидантных резервов на фоне преобладания окислительных процессов, о чем свидетельствует повышение концентрации МДА в плазме крови у 68,6% детей. Механизмы истощения антиокси-дантной активности в структуре метаболического синдрома и преобладания окислительных процессов могут быть связаны с действием метанола, угнетающего основные ферменты метаболизма токсических соединений (Куценко, 2003), что продлевает их персистенцию в организме. Декомпенсация АОА может быть обусловлена истощением запасов восстановленного глутатиона стиролом, что нарушает метаболизм таких соединений, как толуол (Фертикова, 2003). Дополнительным усугубляющим фактором может являться подавление активности и частичная утрата ферментов антиок-сидантной защиты при повышенной контаминации свинца, толуола, бензола (Лазарев, 1976; Чесноко-ва, 2006). При обследовании детей выявлено повышение содержания дельта-аминолевулиновой кислоты у 12,7% и КЭА у 2% от общего количества обследованных детей, указывающее на начальные признаки развития метаболических изменений в организме, приводящие в дальнейшем к интоксикации, что может быть обусловлено полиорган-ным токсическим действием бензола, толуола, стирола (Лазарев 1976).
Результаты математического моделирования причинно-следственных связей между повышением содержания контаминант в крови и вероятностью изменения показателей окислительно-восстановительных процессов у детей, представленные в таб-
Оценка нарушения окислительно-восстановительных процессов в организме детей... 73
лице, выявили достоверную связь повышения анти- держания в крови хлорорганических соединений,
оксидантной активности крови с повышением со- формальдегида (0,07 < R2 < 0,35; р < 0,05).
Параметры моделей зависимости отклонения лабораторных показателей от уровня контаминации
биосред ф < 0,05)
Маркер Маркер эффекта Параметры модели R2 F
экспозиции Ь0 Ь:
Свинец Повышение КЭА в сыворотке крови -3,11 11,12 0,26 106,3
Повышение дельта-АЛК в моче -2,99 11,47 0,16 58,1
Марганец Снижение АОА плазмы крови -0,55 -0,44 0,08 19,6
Повышение МДА в плазме крови -2,91 -59,16 0,10 26,4
Повышение дельта-АЛК в моче -1,82 198,20 0,85 1717,3
Бензол Повышение МДА плазмы крови -1,07 235,80 0,65 638,7
Повышение КЭА в сыворотке крови -2,12 260,90 0,54 387,9
Толуол Повышение дельта-АЛК в моче -2,06 56,09 0,18 71,0
Снижение АОА плазмы крови -0,67 35,47 0,30 142,9
Снижение АОА плазмы крови -0,93 4,54 0,07 8,0
Стирол Повышение КЭА в сыворотке крови -2,53 15,75 0,32 48,4
Повышение дельта-АЛК в моче -1,63 10,23 0,57 142,3
Метанол Повышение МДА в плазме крови -6,40 1,97 0,87 291,1
Повышение дельта-АЛК в моче -2,58 0,91 0,48 104,3
Формальдегид Повышение АОА плазмы крови -0,40 8,24 0,35 109,1
Повышение КЭА в сыворотке крови -2,26 6,94 0,22 51,5
Хлороформ Повышение КЭА в сыворотке крови -3,03 151,60 0,66 171,2
Повышение дельта-АЛК в моче -2,22 97,25 0,69 198,1
Повышение АОА плазмы крови -0,70 7,96 0,12 13,7
1,2-дихлорэтан Повышение КЭА в сыворотке крови -2,20 58,77 0,79 287,4
Повышение дельта-АЛК в моче -1,81 24,67 0,79 285,2
Дихлорбром- метан Повышение КЭА в сыворотке крови -3,05 1603,30 0,71 200,1
Повышение АОА плазмы крови -0,02 186,80 0,07 6,4
Повышение дельта-АЛК в моче -1,90 484,60 0,65 145,0
Получены адекватные модели, характеризующие вероятность понижения АОА при повышении в крови марганца, толуола, стирола (0,07 < R2 < 0,30; р < 0,05). Установлены достоверные связи повышения МДА в моче и повышения содержания в крови марганца, бензола, метанола (0,10 < R2 < 0,87; р < 0,05). Получены достоверные модели, адекватно отражающие связь повышения в крови уровня дельта-АЛК с повышением уровня свинца, бензола, толуола, стирола, метанола, хлорорганических соединений (0,16 < R2 < 0,85; р < 0,05). Доказана достоверная связь между повышением КЭА и содержанием в крови свинца, бензола, стирола, формальдегида, хлорорганических соединений
(0,22 < R2 < 0,71; р < 0,05).
Таким образом, при гигиенической оценке изменения окислительно-восстановительных процессов у детей с повышенной контаминацией биосред, обусловленного нарушением баланса в системе окисления и восстановления, выявленные изменения показателей имели разнонаправленный характер, с одной стороны, свидетельствующий о напряжении процессов антиоксидантной защиты, а с другой - об ее истощении. Маркерами метаболического синдрома при нарушении окислительновосстановительных процессов у детей, проживающих в условиях воздействия тяжелых метал-
лов, ароматических углеводородов, алифатических альдегидов, хлорорганических соединений, являются уровень АОА крови, содержание МДА и КЭА в сыворотке крови, содержание дельта-АЛК в моче. Мониторинг данных показателей позволит выявлять нарушение окислительно-
восстановительных процессов у детей на ранней стадии и своевременно проводить коррекцию выявленных нарушений.
Библиографический список
Бандман А.Л., Войтенко Г.А., Волкова Н.В. Вредные химические вещества. Галоген- и кислородсодержащие органические соединения. СПб.: Химия, 1994. 688 с.
Бандман А.Л. Вредные химические вещества. Л., 1988. 156 с.
Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. СПб.: Химиздат, 1999. 134 с. Клиническое руководство по лабораторным тестам / под ред. проф. Норберта У. Тица; пер. с англ. под ред. В.В. Меньшикова. М.: ЮНИМЕД-пресс, 2003. 960 с.
Куценко СА. Основы токсикологии. 2003. Т. 4. 119 с.
Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. Органические вещества. Л.: Химия, 1976. 592 с.
Медицинские лабораторные технологии и диагностика: справочник / под ред. проф. А.И. Кар-пищенко. СПб.: Интермедика, 2002. 408 с.
Меньшикова В.В. Лабораторные методы исследования в клинике: справочник. М.: Медицина, 1987. 368 с.
Фертикова Т.Е. Профилактическое и лечебное использование метода гипербарической оксиге-нации при ингаляционном воздействии некоторых токсических веществ // Науч.-мед. вестн. центр. Черноземья. 2003. № 11. С. 12-18.
Чеснокова Н.П. Молекулярно-клеточные механизмы индукции свободнорадикального окисления в условиях патологии // Современные проблемы науки и образования. 2006. № 6. С. 21-26.
Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977. 356 с.
Toxicological profile for 1,2-dichloroethane / U.S. Department of Health and Human services, Public health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2001. 196 p.
Поступила в редакцию 15.01.2010
Assessment of redox imbalance in children exposed to technogenic environmental chemical factors
M. A. Zemlyanova, doctor of medicine, professor
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia,614990; zem@fcrisk.ru
V. N. Zvezdin, researcher; zvezdin@fcrisk.ru O. V. Pustovalova, senior biochemist U. V. Gorodnova, junior researcher; gorodnova@fcrisk.ru
FSSI «Federal Scientific Center for Medical and Prophylactic Health Risk Management Technologies» of Federal State Service for Surveillance in the Sphere of Consumers Protection and Human Well-Being, 82, Ordzhonikidze str., Perm, Russia, 614045; (342)2372534
The study determined markers of metabolic syndrome in children with redox imbalance living under the impact of technogenic chemical environmental factors. Monitoring of these indicators allows early detection and prompt correction of redox imbalance in children.
Key words: redox imbalance; technogenic chemical environmental factors; children.
Землянова Марина Александровна, доктор медицинских наук, профессор ГОУВПО «Пермский государственный университет»
Звездин Василий Николаевич, научный сотрудник
Пустовалова Ольга Васильевна, старший биохимик
Г ороднова Юлия Вячеславовна, младший научный сотрудник
ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
