CC BY
32
Соцкова В.А.*, Камилов Ф.Х.**
*Городская поликлиника №1, г. Стерлитамак **Башкирский государственный медицинский университет, г. Уфа
ПОКАЗАТЕЛИ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ И АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ КАК МАРКЕРЫ АДАПТАЦИОННОЙ РЕАКЦИИ ДЕТЕЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Рассматривается соотношение процессов свободно-радикального окисления и антиокисли-тельной защиты у детей 7-11 лет, проживающих в 3-километровой зоне воздействия предприятий химии, нефтехимии и ТЭЦ. Показано, что более трети детей находятся в состоянии хронического окислительного стресса и напряжения адаптационных процессов.
Здоровье населения, демографическая ситуация в регионе во многом определяются в детском возрасте, и сохранение здоровья детей является одной из важнейших проблем. Напряженная экологическая ситуация создает риск формирования заболеваний на фоне несовершенных адаптационных возможностей развивающегося организма ребенка, снижения резистентности и сопротивляемости, связанные, со сдвигом метаболических процессов, напряжением нейроэндокринных и иммунных регуляторных систем. В последние годы при оценке опасности воздействия химических загрязнителей среды обитания стали уделять внимание выявлению состояний, лежащих на грани нормы и патологии, и разработке биологических маркеров их воздействия, выявление общих и специфических особенностей действия экотоксикантов в регионах с техногенным напряжением остается актуальной задачей.
Под термином «биологические маркеры» понимаются такие биологические, биохимические и молекулярно-биологические показатели состояния организма, которые отражают его взаимодействие с окружающей средой от стадии первичных реакций адаптации, компенсации скрытого патологического процесса до срыва адаптации. По функциональной характеристике различают биомаркеры контакта с токсином, биомаркеры биологического эффекта и биомаркеры восприимчивости организма к экотоксикантам [10]. Биомаркеры биологического эффекта должны отражать ранние биохимические изменения, предшествующие функциональным или структурным нарушениям
[11], и, следовательно, иметь значение в определении риска будущей патологии. Показатели свободно-радикального окисления входят в категорию маркеров биологического эффекта, а параметры антиокислительной системы признаны неспецифическим интегральным маркером экопатологических воздействий на организм, отражающим последовательные стадии развития и срыва адаптации [3, 6, 7].
Целью работы явилась оценка окисли-тельно-антиокислительных процессов как биологического маркера адаптации у детей младшего школьного возраста к действию экотоксикантов в условиях города с развитой химической и нефтехимической промышленностью.
Материал и методы. Исследования были проведены у 110 детей 7-11-летнего возраста (школьники 1-3 классов) 1 и 2 групп здоровья, проживающих в двух районах с разной техногенной нагрузкой: 80 детей школы-интерната г. Стерлитамака, расположенной в 3-км. зоне от северной промзоны, и 30 детей школы пос. Шах-тау, находящегося в 11 км за чертой города и имеющего благоприятную экологическую обстановку.
В северной промзоне Стерлитамака сосредоточены крупнейшие предприятия химической и нефтехимической промышленности (АО «Каучук», «Сода», «Каустик», «Нефтехимический завод», «Авангард») и две ТЭЦ, которые являются основными источниками загрязнения атмосферы города, внося до 95-96% выбросов от стационарных источников. По потенциалу загрязнения город отнесен к VI зоне - высокого потенциала загрязнения. Состав загрязни-
телей атмосферного воздуха характерен для предприятий нефтехимии и химии. Основными веществами, загрязняющими атмосферу, являются СО, SO, N0^ НС1, SH2, NH3, фенол, взвешенные частицы, а также углеводороды предельные, непредельные, циклические, хлорированные. Количество специфических выбросов в среднем около 13 000 т в год. В грудном молоке кормящих женщин, в пробах мяса, птицы и других мясопродуктов обнаружены повышенные концентрации диоксинов, полихлорированных бифенилов, а также фенантре-ны, пирены, бензантрацены и другие углеводороды [1]. Воздушный бассейн города согласно критериям оценки загрязнения воздуха оценивается как неблагоприятный.
О состоянии процессов свободно-радикального окисления (СРО) и антиоксидантной защиты судили по регистрации параметров хемилюминесценции плазмы крови (хемилю-минометр ХЛ-03) при индуцировании процесса солями двухвалентного железа [8], а также по уровню ТБК-активных продуктов [9] и активности каталазы [4]. Полученные данные обработаны методом вариационной статистики, достоверность различий определяли с помощью 1-критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение. Активация СРО является важнейшей метаболической частью синдрома стресс - адаптация. Изменения соотношения интенсивности течения свободно-радикальных процессов и антиокис-лительной системы касаются как стадии срочной и долговременной адаптации, так и состояния дезадаптации, когда эффективная функциональная система и системный структурный след в ней, характерные для долговременной адаптации, не формируются, нарушения гомеостаза при этом сохраняются, а
стресс-реакция из звена адаптации превращается в звено патогенеза заболевания [2, 5].
Изучение интенсивности хемилюминес-ценции плазмы крови показало, что у детей, проживающих в зоне техногенного загрязнения, процессы СРО существенно усилены, а антиоксидантная защита снижена (таблица 1). Так, у детей основной группы статистически значимо по сравнению с контрольной превалируют спонтанная светимость, амплитуда быстрой вспышки и светосумма. Спонтанная светимость, которая характеризует скорость развития СРО, повышена от контроля до 185,5%. Несколько меньше возрастает амплитуда быстрой вспышки, появляющаяся после добавления в среду инкубации ионов двухвалентного железа - инициатора окисления и отражающая содержание перекисных продуктов. Светосумма хемилюминесценции у детей, проживающих в г. Стерлитамаке, повышена в плазме крови после инициирования СРО ионами Ре2+ более чем в 1,5 раза. Показатель, отражающий состояние антиоксидантной защиты, - латентный период оказался сниженным (Р<0,05).
Для характеристики адаптационных процессов по системе СРО - антиоксиданты принято оценивать соотношение следующих интегральных показателей хемилюминесценции: светосумма свечения (8Ре) и период индукции или длительность патентного периода (И) [3, 8]. При этом можно выделить три основных состояния адаптационных процессов: 1) компенсации, характеризующееся физиологическим уровнем соотношения СРО и антиоксидантов или их одновременным усилением; 2) напряжения, дифференцируемое противоположной направленностью изменения окисления и антиокисления; 3) перенапряжения, за-
Таблица 1. Показатели Fe - индуцированной хемилюминесценции плазмы крови у детей из районов с различной техногенной нагрузкой, M±m
Группы детей
Показатели хемилюминесценции (уел. ед.) контрольная (пос. Шахт ау), n = 18 основная (г. Стерлитамак), n = 22 Р
Спонтанная светимость, и сп. 0,90±0,045 1,67±0,113 <0,001
Латентный период, R, сек. 17,2±0,48 16,0±0,34 <0,05
Амплитуда быстрой вспышки, Ь 5,27±0,360 7,35±0,441 <0,001
Максимальная амплитуда, и макс. 1,80±0,057 2,08±0,105 >0,05
Светосумма, SFe, усл. ед. /мин. 3,83±0,143 5,96±0,288 <0,001
канчивающееся срывом - ослаблением и окисления, и антиокисления [3].
Анализ соотношения индивидуальных уровней ЗБе и И позволил выделить группы детей, находящихся на следующих этапах адаптации. В контрольном районе 11,1% обследованных школьников были в состоянии напряжения, а остальные - в стадии компенсации без существенного увеличения показателей как SFe, так и И. В группе же школьников г. Стерлитамака в состоянии напряжения находились 31,8% детей, что в 2,9 раза больше. Среди оставшихся 40,9% детей показатели хемилюминесценции были в пределах физиологических колебаний, а у 27,3% наблюдалось повышение и светосуммы свечения, и длительности латентного периода.
В.Н. Ракитский, Т.В. Юдина [6] предложили несколько иную методику оценки адаптационных процессов у детей при изучении процессов СРО на фоне воздействия антропогенных факторов окружающей среды. Ими разработаны критериальные показатели ан-тиокислительного статуса организма как характеристики общей резистентности, основанного на хемилюминесценции эспирата. Параметрами антиокислительного баланса могут служить следующие показатели: индекс радикалообразования А = и макс./и сп.; уровень радикальной защиты В = Т1/Т2, где Т1 -время достижения И макс., Т2 - время снижения и макс. наполовину; критериальный показатель антирадикального баланса К = В/А. При значениях показателя К меньше 1,0 можно констатировать нарушение антиокисли-тельного баланса и преобладание процессов радикалообразования, приводящих к формированию функциональных отклонений.
Как видно из данных таблицы 2, сравниваемые группы детей практически не отлича-
ются по индексу радикалообразования (А), но уровень радикальной защиты (В) у детей контрольного района значительно превышает таковую у школьников г. Стерлитамака. Соответственно происходят и изменения антирадикального баланса (К) - 1,05±0,069 у детей пос. Шах-тау и 0,61±0,042 - г. Стерлитамака. Индивидуальные расчеты критериального показателя антирадикального баланса выявили, что более чем у 1/3 обследованных детей г. Стерлитамака (36,4%) он был равен и ниже 0,5. Это является свидетельством крайней разбаланси-рованности антиокислительной системы на фоне интенсификации СРО, снижения неспецифической резистентности и адаптационных ресурсов у детей, подвергающихся воздействию загрязнителей окружающей среды.
Результаты оценки интенсивности пере-кисного окисления липидов по содержанию в плазме крови ТБК-активных продуктов и состояния антиокислительной защиты - по активности одного из антиоксидантных ферментов каталазы представлены в таблице 3.
Сравниваемые группы детей из различных территорий отличаются по обоим показателям. У детей из промышленной зоны в крови больше промежуточных продуктов ли-попероксидации на фоне более высокой активности каталазы. Однако величины активации перекисного окисления липидов и фермента антиокислительной защиты отличаются: уровень ТБК-продуктов повышен до 176,9%, а каталазы - лишь до 120% по сравнению с контролем.
Сопоставление содержания изучаемых показателей с референтными значениями выявило, что в контрольном районе (пос. Шах-тау) детей с увеличением содержания ТБК-продук-тов более 2,2 нг/мл с одновременным повышением активности каталазы более 22,0 млкат/л,
Таблица 2. Показатели антирадикального баланса у детей, подвергающихся постоянному воздействию химических загрязнителей атмосферного воздуха, M±m
Показатели Группы детей Р
контрольная,n = 18 основная , n = 22
Индекс А 5,05±0,263 4,58±0,224 >0,1
Время Ть сек. 10,6±0,144 9,9±0,137 >0,1
Время Т2, сек. 2,0±0,16 3,5±0,18 <0,001
Уровень В 5,30±0,385 2,82±0,161 <0,001
Показатель К 1,05±0,069 0,61±0,042 <0,05
Таблица 3. Уровень ТБК - активных соединений и активность каталазы в плазме крови у детей, проживающих в районах с разной техногенной нагрузкой, M±m
Показатели Группы детей р
Контрольная n=30 Основная n=80
ТБК - активные продукты, нг/мл 1,47±0,10 (0,6-2,9) 2,60±0,10 (0,7-4,8) <0,001
Каталаза, млкат/л 17,34±0,51 (7,7-19,9) 20,8±0,40 (15,4-26,8) <0,001
а также с пониженным уровнем ТБК-продук-тов (менее 0,8 нг/мл) и пониженной активностью каталазы (менее 12,2 млкат/л) не было. Детей с более высоким содержанием ТБК-про-дуктов и нормальной и пониженной активностью каталазы оказалось 6,7%. В г. Стерлита-маке у 57,5% обследованных школьников младших классов в плазме крови содержание ТБК-продуктов превышало верхнюю границу референтных значений. У 20% детей это сопровождалось активацией каталазы, а у остальных (37,5%) активность фермента была пониженной или в пределах референтных колебаний. Представленные данные показывают, что в контрольном районе адаптационные процессы в состоянии напряжения находились лишь у 6,7% детей, а в промышленном районе - у 37,5%. У остальной части детей адаптационные механизмы были в состоянии компенсации, однако у 20% младших школьников г. Стерлитамака эта компенсация достигалась активацией антиоксидантной системы.
Заключение. Исследования интенсивности СРО и антиокислительной защиты у детей
младших классов различными методами свидетельствуют, что в городе с развитой химической и нефтехимической промышленностью в результате длительного действия химических загрязнителей повышены свободно-радикальные окислительные процессы, которые приводят к активации физиологической системы антирадикальной защиты. При этом более 1/3 практически здоровых детей находятся в состоянии хронического окислительного стресса, напряжения адаптационных процессов, что приводит к преобладанию ра-дикалообразования со снижением неспецифической резистентности, открывая возможности формирования функциональных отклонений в организме и развитию патологических явлений. Нарушение антирадикального баланса в растущем организме может оказывать неблагоприятное влияние на состоянии биологических мембран, на течение энергетических и анаболических процессов, на рост, развитие и функционирование различных органов и систем организма и в конечном итоге -на заболеваемость детского населения.
Список использованной литературы:
1. Амирова З.К., Круглов Э.А. Ситуация с диоксинами в Республике Башкортостан: состояние проблемы и пути решения. Диоксины в окружающей среде, нагрузка на человека и иммунологические аспекты воздействия диоксинов на фоновом уровне и в когортных группах. - Уфа: ИППЭП, 1998. - 115 с.
2. Барабой В.А., Брехман Н.И., Голотин В.Г., Кудряшов Ю.Б. Перекисное окисление и стресс. - СПб.: Наука, 1992. - 144 с.
3. Егорова Н.Н. Критериальные оценки окислительно-антиокислительных процессов биосред организма в гигиенической диагностике химических факторов // Гигиена и санитария. - 2006. - №5. - С. 81-83.
4. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. -1988. - №1. - С. 16-18.
5. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: концепция долговременной адаптации. - М.: Дело, 1993. - 139 с.
6. Ракитский В.Н., Юдина Т.В. Методические подходы к оценке показателей окислительного стресса при воздействии антропогенных факторов среды // Гигиена и санитария. - 2006. - №5. - С. 28-30.
7. Рахманин Ю.А., Литвинов Н.Н. Научные основы диагностики донозологических нарушений гомеостаза при хронических химических нагрузках // Гигиена и санитария. - 2004. - №6. - С. 48-51.
8. Фархутдинов Р.Р., Ляховских В.А. Хемилюминесцентные методы исследования свободно-радикального окисления в биологии и медицине. - Уфа, 1995. - 90 с.
9. Buege J.A., Aust S.D. Microsomal lipid peroxidation // Methods Ensymol. - 1978. - V. 52. - P. 302-310.
10. Schulte P.A., Perera F.P. Molecular epidemiology principes and practices. - N. York: Academ Press, 1993. - 384 p.
11. Silbergeld E.K. Neurochemical approaches to developing biochemical markers of neurotoxicity: review of current status and evalutions of future prospects // Environmental. Research. - 1993. - V. 62. - P. 247-286.
Статья поступила в редакцию 18.07.07
