Оценка защитно-приспособительных реакций органов дыхания у горнорабочих Крайнего Севера Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

УДК 613.644:616.24-05:622(470)

С.Ф. Шаяхметов

ОЦЕНКА ЗАЩИТНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ У ГОРНОРАБОЧИХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

АФ НИИ медицины труда и экологии человека ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН (Ангарск)

Дана оценка состояния пылевыводящей и дыхательной функции горнорабочих в зависимости от нагрузок рудничной пыли. и. стажа работы, в шахтах. Выявленные изменения пылевыводящей функции у бурильщиков-проходчиков претерпевают, несколько фаз: функционального напряжения — в первые 2 года, активации — на 3—4 год и. нарастающего угнетения, защитных функций — после 5 и более лет работы.. Величина экспозиционной, дозы, в 1000 г, соответствующая. 12-летнему стажу работы может, служить количественным, критерием, риска развития, пылевой патологии у горнорабочих Крайнего Севера.

Ключевые слова: горнорабочие, пылевыводящие и дыхательные функции

ASSESSMENT OF PROTECTIVE-ADAPTIVE RESPIRATORY RESPONSES AMONG THE MINERS IN EXTREME NORTH

S.F. Shayakhmetov

Research Institute of Industrial Medicine and Human Ecology, Branch of Scientific Centre of Medical Ecology, Eastern-Siberian Scientific Centre of RAMS, Angarsk

As assessment of dust-secreting and respiratory function states among the miners has been performed depending on mine dust loads and work length in the mines. The alterations in dust-excreting function revealed, in the borers-mineworkers were found, to have some phases: functional strain in first two years, then activation. during 3—4 years and. growing pressure of protective functions after 5 and. more years of work. Exposure dose value 1000 g corresponding to 12 year work length may serve as quantitative risk criteria of dust-induced pathology development among the Extreme North.

Key words: the miners, dust-excreting and respiratory functions

В настоящее время общепризнано, что опасность возникновения пневмокониоза определяется установившимся равновесием между отложением и выведением пыли из организма. Это равновесие, как правило, зависит от количества попавшей в органы дыхания пыли и целого ряда других факторов, которые могут оказывать влияние на эффективность самоочищения бронхо-легочно-го аппарата [1, 4, 6, 14]. Процесс выведения пыли из легких состоит в основном из двух стадий: фагоцитоза частиц альвеолярными макрофагами и трахеобронхиального клиренса [2, 7].

Исследованию процессов самоочищения органов дыхания от пыли и влияния на него различных экзогенных факторов посвящено довольно большое количество работ, проведенных главным образом, в эксперименте на животных и на людях-добровольцах с применением радиоактивных изотопов [2, 4, 11, 13 — 15]. Однако в литературе практически отсутствуют данные, освещающие фагоцитарные реакции альвеолярных макрофагов у рабочих в натурных условиях производства. Ранее предпринятые попытки изучения трахеобронхиального клиренса пыли у рабочих некоторых производств не дают объективного представления о характере этого процесса при их трудовой деятельности, в частности у шахтеров Севера [3, 12].

Учитывая вышеизложенное, целью данного исследования явилось изучение защитно-приспо-

собительных реакций органов дыхания горнорабочих на воздействие нагрузок рудничной пыли в шахтах Крайнего Севера. При проведении исследований была поставлена задача оценить в сравнительном плане влияние пылевых нагрузок на функции пылевыведения и внешнего дыхания горнорабочих.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектами исследований явились горнорабочие золотодобывающих рудных и россыпных шахт, расположенных в Магаданской области. Исследование пылевыведения осуществлялось у 102 рабочих основных подземных профессий со стажем до 10 лет и свыше 10 лет путем изучения активности трахеобронхиального клиренса и фагоцитоза ингалируемой пыли альвеолярными макрофагами. Исследуемые профессиональные группы горнорабочих со стажем до 10 лет при оценке влияния профессиональной принадлежности были одинаковыми по стажу (3,5 ± 0,7 — 4,6 ± 0,5 года) и возрасту (29,0 ±1,0 — 32,1 ± 1,1 года) и различались по виду выполняемых работ.

Для изучения трахеобронхиального клиренса был использован метод H.J. Einbrodt, E. Hirsh, модифицированный Э.М. Винарик [3], который позволяет определять количество пыли, выделяемое из органов дыхания с мокротой. Сбор мокроты проводили при откашливании после окончания

рабочей смены (20 — 30 мин.) и через 16—17 часов отдыха перед началом следующей смены. Собранную мокроту разводили 5% раствором щелочи и кипятили. Подсчет количества пылевых частиц осуществляли в камере Горяева с помощью светового микроскопа.

Расчет количества пыли в мокроте производили по формуле:

К = П х Р х 50 000, где: К — число пылинок в 1 мл мокроты, частиц/мл; П — число пылинок в 80 квадратах камеры Горяева; Р — разведение мокроты 5% раствором щелочи; 50 000 — множитель для пересчета количества пылинок на 1 мл мокроты.

Фагоцитоз пыли изучали с помощью разработанной нами методики на альвеолярных макрофагах в неокрашенных мазках мокроты. В препаратах подсчитывали 100 макрофагов, среди них отмечали количество активных и разрушенных клеток. Кроме того, определяли число фагоцитированных каждой клеткой пылевых частиц и рассчитывали фагоцитарный индекс. Подсчет частиц пыли в макрофагах осуществляли путем мик-роскопирования в нескольких фокусах, т.к. многие частицы располагались на разных уровнях объема клетки.

Исследование функции внешнего дыхания проводилось у 217 горнорабочих и 62 больных пневмокониозом шахтеров с помощью спирографа СПИРО — 2 — 25 и пневмотахометра по общепринятым методикам. Для получения сопоставимых результатов все показатели были стандартизированы. Статистическая обработка проведена с использованием параметрического ({ — Стьюден-та) и непараметрического (Вилкоксона) критериев и путем расчета коэффициентов корреляции и регрессионных зависимостей.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенные исследования показали, что после окончания рабочей смены количество пыли, содержащейся в 1 мл мокроты горнорабочих обследованных предприятий широко варьировало: в

среднем от 28,6 до 156,4 млн. частиц (табл. 1). Наибольшее количество пылевых частиц, находящихся в дыхательном тракте, наблюдалось у бурильщиков проходческих забоев прииска (Р < 0,001), а среди шахтеров рудника — у горнорабочих очистных забоев (ГРОЗ), занятых бурением шпуров в выработках (Р< 0,05).

Сравнение результатов исследования первичной задержки пыли у бурильщиков обоих предприятий выявило достоверные различия величин анализируемого показателя. У бурильщиков проходческих и очистных забоев прииска количественное содержание пыли в 1 мл мокроты (соответственно 156,4 ± 12,5 млн. и 78,5 ± 4,3 млн.) было в 1,5 — 3,7 раза больше (Р <0,05), чем у проходчиков и ГРОЗ рудника. Эти различия обусловлены более высокими пылевыми нагрузками у бурильщиков россыпных шахт. Количественное содержание пыли в 1 мл мокроты у скреперистов-забой-щиков после окончания смены составляло 28,6 ± 3,6 млн. частиц и было значительно ниже (Р < 0,05), чем у бурильщиков, проходчиков и ГРОЗ, выполняющих буровые работы.

После 16 — 17 часов отдыха, перед началом смены, у горнорабочих обследованных предприятий наблюдалось достоверное снижение количества экстретируемых пылевых частиц (в 1,5 — 2,3 раза). При этом наименьшее количество пыли, остающейся в дыхательных путях, отмечалось у скрепе-ристов-забойщиков.

Анализ активности выведения пыли у горнорабочих обследуемых предприятий показал, что на россыпных шахтах у бурильщиков проходческих забоев она составляла 56,5 ± 2,1 % и была выше (Р < 0,05), чем у бурильщиков очистных забоев (43,6 ± 3,0 %), а также у проходчиков (41,0 ± 2,6 %) и ГРОЗ (42,4 ± 2,6 %) на руднике (рис. 1). Относительно низкая активность выведения пыли отмечалась у скреперистов-забойщи-ков (35,3 ± 3,2 %). По видимому, эти особенности являются отражением зависимости между количеством пыли, первично задержавшейся в дыхательных путях горнорабочих в процессе работы,

Таблица 1

Количество пыли, выделяемой горнорабочими с мокротой (М ± m пылинок х 106 в 1 мл секрета)

Профессия и вид выполняемой работы Количество наблюдений Момент исследования после окончания рабочей смены Р <

После контакта с пылью Через 16-17 часов отдыха

Россыпные шахты

Бурильщики:

- бурение проходческих забоев 30 156,4 ± 12,5 67,6 ± 4,6 0,001

- бурение очистных забоев 29 78,5 ± 4,3 45,1 ± 3,1 0,001

Скреперисты-забойщики 25 28,6 ± 3,6 18,6 ± 2,5 0,05

Рудник

Проходчики 16 41,2 ± 3,4 24,3 ± 1,7 0,05

ГРОЗ:

- бурение очистных забоев 12 52,5 ± 3,6 30,2 ± 2,0 0,05

и уровнем очистительной функции трахеобронхиального аппарата.

Проведенные расчеты коэффициентов корреляции и регрессионных зависимостей показали, что между количеством пыли, первично задержанной в дыхательных путях горнорабочих, и активностью ее выведения существует довольно тесная связь (г = 0,709; р < 0,001). Активность трахеобронхиального клиренса (у1) у горнорабочих находится в прямой зависимости от количества первично задержавшейся в дыхательных путях пыли (х). Эта зависимость описывается уравнением: У1 = 0,19 х х + 25,5 (ошибка коэффициента регрессии 8ВУ1 = 0,02; Р <0,001).

Количество частиц, остающихся в дыхательных путях горнорабочих после 16—17-часового отдыха (У2), также коррелирует с числом пылевых частиц, первично задерживающихся в них сразу после окончания рабочей смены (г = 0,816; р < 0,01). Между этими показателями установлена линейная зависимость, которая описывается уравнением: У2 = 0,304 х х + 16,3 (8ВУ2 = 0,02; Р < 0,001).

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что увеличение числа частиц, первично задерживающихся в дыхательных путях горнорабочих, наряду с усилением их выведения, сопровождается их накоплением в органах дыхания.

Результаты исследования фагоцитарной активности макрофагов показали, что ингалированная горнорабочими пыль с высокой активностью фагоцитируется пылевыми клетками бронхо-легочного аппарата. Количество активных фагоцитов, обнаруженных в мокроте горнорабочих прииска и рудника после окончания рабочей смены, было высоким: в среднем от 97,6 до 99,7 %. У скреперистов-забойщиков количество активных клеток (99,7 ± 0,1) оказывалось большим (Р< 0,01), чем у других горнорабочих (93,0 ± 0,6 — 94,5 ± 0,7).

Среднее количество пылинок, поглощенных активным макрофагом (фагоцитарный индекс), составляло 29,4 ± 1,2 — 31,5 ± 1,7 и существенно не различалось у горнорабочих разных профессий (Р >0,05).

Перед началом следующей смены (через 16 — 17 часов отдыха) количество активных макрофагов у горнорабочих обоих предприятий уменьшалось (в среднем на 2,5 — 5,7 %). Фагоцитарный индекс макрофагов у шахтеров после 16—17 часов отдыха существенно не менялся в сравнении с периодом до начала работы (30,0 ± 1,07 — 32,2 ± 3,0). Наблюдалась лишь тенденция ^ = 1,7) к увеличению данного показателя у бурильщиков проходческих забоев россыпных шахт (до 36,0 ± 2,0).

При исследовании фагоцитарных реакций макрофагов нами проводилось также определение количества распавшихся фагоцитов в мокроте горнорабочих, так как их увеличение может свидетельствовать о снижении эффективности клеточного механизма альвеолярного клиренса пыли [2, 5]. Было установлено, что процент разрушенных макрофагов в мокроте горнорабочих непосредственно после рабочей смены колебался от 0,7 до 18,1 %, в среднем 1,8 — 8,6 % (рис. 2).

У бурильщиков россыпных шахт процент разрушенных макрофагов (8,6 ± 0,22) оказался более высоким (Р < 0,001), чем у скреперистов-забойщи-ков (1,8 ± 0,3), а также проходчиков (4,4 ± 0,4) рудника. После 16—17 часов отдыха процент распавшихся «пылевых» клеток у горнорабочих уменьшался (1,4 — 5,2 %). Однако соотношение их между основными профессиональными группами рабочих осталось прежним.

Таким образом, наблюдаемый у бурильщиков более низкий по сравнению со скреперис-тами-забойщиками процент фагоцитоспособных клеток при более высоком проценте распавшихся макрофагов указывает на угнетение фагоцитарного механизма самоочищения легких под влиянием воздействующих высоких пылевых нагрузок.

Для установления связи между содержанием пылевых частиц в мокроте горнорабочих после окончания рабочей смены и показателями фагоцитарной реакции альвеолярных макрофагов нами были проведены расчеты коэффициентов корреляции и регрессионных зависимостей.

§ бурильщики проходческих забоев ^ ГРОЗ-бурильщики

Щ бурильщики очистных забоев Щ проходчики

^ скреперисты-забойщики

Рис. 1. Средние показатели активности выведения пыли у горнорабочих прииска и рудника.

Рис. 2. Процент разрушенных макрофагов в мокроте горнорабочих.1 - после работы, 2 - через 16-17 часов отдыха.

Трахеобронхиальный клиренс

% Деструкция макрофагов

бурильщики, проходчики “ скреперисты-забойщики

Рис. 3. Изменение активности трахеобронхиального клиренса и фагоцитоза пыли от стажа работы горнорабочих (М ± m).

Между количеством пыли, содержащейся в ционная связь (г = 0,63, р < 0,01) и линейная за-

мокроте горнорабочих и процентом разрушенных висимость, описываемая уравнением:

макрофагов была установлена умеренно-корреля- у = 0,02 х х + 1,9 (ошибка коэффициента регрес-

сии 8ВУХ = 0,01; Р < 0,001). Все это косвенно указывает на то, что увеличение пылевых нагрузок у горнорабочих приводит к снижению клеточного механизма альвеолярного клиренса. Важно также отметить, что число пылевых частиц, находящихся в разрушенных макрофагах составляло 32 и более, что может являться критерием предельной нагрузки на макрофаг.

Сравнительный анализ показателей выведения пыли у горнорабочих в стажевом аспекте показал, что в первые два года работы на Севере у бурильщиков-проходчиков отмечается заметное напряжение пылевыводящей функции (рис. 3). Об этом свидетельствует относительно невысокий уровень активности быстрой фазы пылевыведе-ния (40,8 ± 3,6 %) и наибольшее количество разрушенных макрофагов (4,6 ± 0,6 %) при значительном фагоцитарном индексе (32,0 ± 2,5). При стаже 3 — 4 года активность пылевыведения повышается (57,6 ± 4,2 %), причем достигается она при высоком проценте активных макрофагов (99,8 ± 0,7 %) и оптимальном фагоцитарном индексе (25,0 ± 2,0), о чем свидетельствует минимальный процент деструкции фагоцитов (2,1 ± 0,48 %). Это, видимо, связано с адаптацией организма бу-рильщиков-проходчиков, которая, как указывает ряд авторов, может опосредованно приводить к повышению эффективности самоочищения органов дыхания [5].

После 5 лет работы у бурильщиков-проходчи-ков наблюдается нарастающее угнетение защитных функций, особенно выраженное при стаже 10 и более лет (эффективность пылевыведения 36,5 ± 4,0 %, фагоцитарный индекс 35,7 ± 3,4 %, деструкция макрофагов 4,8 ± 0,6 %), что, как мы полагаем, обусловлено длительным воздействием высоких концентраций пыли. У скреперистов-забой-щиков при увеличении стажа работы заметного изменения пылевыводящей функции не отмечается.

Как известно, пылевым заболеваниям органов дыхания предшествует длительный доклинический период, характеризующийся функциональными нарушениями аппарата внешнего дыхания,

когда развитие патологического процесса может быть прервано. В этот период совместное воздействие нескольких экзогенных факторов может вызвать дополнительное напряжение аппарата внешнего дыхания [8—10].

Оценка функции внешнего дыхания у горнорабочих с различной стажевой пылевой нагрузкой показала, что изменения динамических (вентиляционных) и физиологических объемных показателей дыхательной системы у шахтеров достоверно возрастают по мере увеличения получаемой пылевой экспозиционной дозы (табл. 2). Наиболее выраженные изменения функции внешнего дыхания отмечаются у горнорабочих, получивших за свой трудовой стаж пылевые нагрузки величиной 1 000 и более граммов (на 24,8 — 48,5 %). Показатели внешнего дыхания у этих рабочих находятся на одном уровне с таковыми у больных пневмокони-озом и соответствуют слабо-умеренной степени снижения дыхательной функции.

Рассматривая полученные данные во взаимосвязи с результатами изучения функции пылевыведения, можно утверждать, что величина пылевой экспозационной дозы 1 000 г, соответствующая 12-летнему трудовому стажу работы, может служить количественным критерием риска развития пылевой патологии у горнорабочих рудных и россыпных шахт Крайнего Севера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, результаты выполненных исследований свидетельствуют, что активность трахеобронхиального клиренса пылевых частиц и дегенерация альвеолярных макрофагов у горнорабочих находятся в прямой зависимости от количества первично задержанной в органах дыхания пыли. Увеличение первичной задержки пыли, наряду с усилением ее выведения, сопровождается одновременно и накоплением пылевых частиц в легких. Изменение пылевыводящей функции органов дыхания бурильщиков и проходчиков по мере увеличения стажа работы претерпевает несколько фаз: функционального напряжения (впервые 2 года), ак-

Таблица2

Показатели функции внешнего дыхания у горнорабочих с различной стажевой пылевой нагрузкой и

больных пневмокониозом (М ± го)

Группы п Максимальная скорость потока (л/мин.) Проба (сек.) ЖЕЛ МВЛ Индекс Тиффно (%)

рабочих на вдохе на выдохе Штанге Генче (%) (%)

Контрольная группа 18 5,2 ± 0,13 5,3 ± 0,15 56,0 ± 1,7 39,0 ± 1,6 97,0 ± 2,8 97,0 ± 2,2 85,0 ± 1,7

Горнорабочие

а) ПН до 500 г 104 5,0 ± 0,07 5,1 ± 0,08 52,0 ± 1,4 32,0 ± 0,8 95,7 ± 1,3 96,0 ± 1,6 83,0 ± 0,7

б) ПН 500-999 г 89 4,5 ± 0,07* 4,5 ± 0,09* 37,0 ± 1,2* 22,0 ± 0,7* 87,0 ± 1,4* 78,0 ± 1,6* 71,0 ± 1,0*

в) ПН 1000 г и более 24 3,8 ± 0,13* 3,7 ± 0,15* 30,0 ± 2,3* 20,0 ± 0,6* 73,0 ± 2,6* 63,0 ± 2,6** 61,0 ± 2,6*

Больные пневмокониозом 62 2,4 ± 0,6 1,8 ± 0,5 25,0 ± 1,9 19,1 ± 1,0 75,1 ± 3,3 75,3 ± 3,3 63,7 ± 2,3

Примечание: * - различие показателей с контролем статистически достоверно (Р < 0,05), ** - снижение показателя статистически достоверно (р < 0,05) по отношению к больным пневмокониозом.

тивации (на 3 — 4 год) и нарастающего угнетения защитных функций (после 5 и более лет работы). Наиболее эффективно фагоцитоз протекает в том случае, когда процент разрушенных клеток минимальный (2,1 ± 0,48 %), а нагрузка на макрофаг (фагоцитарный индекс) не превышает 25,0 ± 2,0 частиц. Установленная величина стажевой пылевой нагрузки в 1000 г может служить количественным критерием риска развития пылевой патологии органов дыхания у горнорабочих, что подтверждается значительными нарушениями функций пылевыведе-ния и внешнего дыхания.

Полученные результаты указывают на необходимость осуществления системы мероприятий по ограничению воздействия пылевого фактора, особенно на бурильщиков и более раннего проведения у них мер лечебно-профилактического характера. Кроме этого, весьма важным, на наш взгляд, является продолжение исследований, направленных на разработку диагностических тестов оценки состояния пылевыводящей функции у рабочих пылеопасных профессий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бонашевская Т.И. Структурно-функциональные аспекты адаптации органов дыхания к воздействию загрязнителей атмосферного воздуха / Т.И. Бонашевская, Н.Б. Кумпан // Гигиена окруж. среды: Экспресс-информация — М., 1982.

— № 10 - 24 с.

2. Величковский Б.Т. Фиброгенные пыли: Особенности строения и механизма биологического действия / Б.Т. Величковский. — Горький, 1980. — 159 с.

3. Винарик Э.М. Методика и оценка выведения пыли с мокротой у шахтеров Донбасса / Э.М. Винарик // Гиг. труда и профзабол. — 1979.

— № 9. — С. 45 — 47.

4. Кацнельсон Б.А. Самоочищение легких от малорастворимых пылей (обзор литературы) / Б.А. Кацнельсон // Гиг. труда и профзабол. — 1974.

— № 11. — С. 1—6.

5. Кацнельсон Б.А. Современное состояние проблемы отложения и элиминации ингалируемой пыли / Б.А. Кацнельсон, Л.И. Привалова // Пато-

генез пневмокониозов: Труды II Всесоюзн. симп. по патоген. пневмокон. — Караганда, 1978. — С. 42-54.

6. Крафтон Д. Заболевание органов дыхания / Д. Крафтон, А. Дуглас. — М., 1974. — 48 с.

7. Липпман М. Локальное осаждение аэрозолей / М. Липпман, Б. Альтшулер // Загрязнение воздуха и легкие. — М., 1980. — С. 19 — 47.

8. Лыткин Б.Г. Функция системы внешнего дыхания у горнорабочих в процессе адаптации к условиям Заполярья / Б.Г. Лыткин // Гигиенические аспекты урбанизации Северных и восточных районов СССР: Сб. научн. трудов. — М., 1980. —

C. 66 — 69.

9. Стрелис А.К. Преморбидные состояния и заболевания органов дыхания у рабочих промышленных предприятий / А.К. Стрелис, В.Р. Лимберг. — Томск, 1984. — 166 с.

10. Тарасова Л.А. Проблемы адаптации и особенности формирования патологических нарушений в условиях Крайнего Севера / Л.А. Тарасова, Л.М. Комлева, Г.Н. Лагутина и др. // Мед. труда и пром. экол. — 1996. — №5 — С. 11 — 13.

11. Albert R. Bronchial deposition and clearance of aerosols / R. Albert, M. Lippmann, H.T. Peterson et al. // Arch. Int. Med. — 1973. — N 131. — P. 115—127.

12. Einbrodt H.J. Untersuchungen zur Bronchialreinigund der menschlichen Lunge / H.J. Einbrodt, E. Hirsch // Arbeits-medizin. Sozialmedizin. Arbeitshygiene. — 1967. — N4 — 5.

— Р. 139—141.

13. Gamner P. Carbon dust and mucoriliary transport / P. Gamner, P.A. Helstrom, K. Philipson // Arch. Environ. Health. — 1973. — N 26. — Р. 294 — 296.

14. Lippmann M. Deposition retention and clearance of inhaled particles / М. Lippmann,

D.B. Yeates, R.E. Albert // British Journ. of Industr. Med. — 1980. — N 37. — Р. 337 — 362.

15. Swift D.L. Extrathoracic airway particle deposition in replicate airway models and human subiects: Abst. Annu. Fall Meet. Biomed. Eng. Soc. University Park, Pa, Oct., 3 — 6, 1996 / D.L. Swift // Ann. Biomed. Eng. — 1996. — 24. — Suppl. N 1. — Р. 78.