CC BY
36
УДК 616 - 003.66
Л.Д. Олесова1, Г.Е. Миронова1, В.М. Николаев1, Д.К. Гармаева2
СОСТОЯНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ У РАБОЧИХ АЛМАЗОГРАНИЛЬНЫХ ЗАВОДОВ
Якутский научный центр комплексных медицинских проблем СО РАМН1, 677019, Сергеляхское шоссе, 4; Медицинский институт Якутского государственного университета2,
677000, ул. Белинского, 58, г. Якутск
Алмазогранильное и ювелирное производство является одним из приоритетных направлений экспортной ориентации экономики и долговременной экономической стратегии Республики Саха (Якутия). В настоящее время в Якутии действует более 20 алмазогранильных заводов. На всех этапах производства бриллиантов в рабочую зону воздуха выделяется пыль дезинтеграции с механической повреждающей и высокой проникающей способностью в глубь органов дыхания. При этом величина безвозвратных потерь алмазного сырья составляет 58% от исходного [8]. Пыль, образующаяся при обработке алмазов по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», интерпретируется как углеродная пыль фиброгенного действия с ПДК 8 мг/м3 в воздухе рабочей зоны. По данным Госсанэпиднадзора PC (Я), на многих гранильных заводах республики концентрация углеродной (алмазной) пыли в воздухе рабочей зоны превышает ПДК в несколько раз.
Экспериментальные исследования, проведенные нами в цехах алмазогранильного завода г. Якутска, выявили цитотоксичность и прооксидантные свойства алмазной пыли [3, 9, 10], что определило необходимость изучения, фактически не отраженных в доступной нам литературе, влияния алмазной пыли на перекисное окисление липидов (ПОЛ) и активности антиоксидантной системы (АОС) рабочих алмазогранильных заводов. Следует подчеркнуть, что негативное влияние алмазогранильного производства на организм огранщиков в сочетании с экстремальными климатогеографическими условиями Севера значительно увеличивает риск развития патологических процессов.
Целью исследования явилась оценка активности процессов перекисного окисления липидов и эффективности антиоксидантной защиты мембран эритроцитов работников алмазогранильных заводов в зависимости от стажа работы.
Материалы и методы
Нами обследовано 46 мужчин в возрасте от 25 до 43 лет, работающих в цехе огранки алмазов на гранильных заводах «Аврора-Диаманд» и «Эрэл» г. Якутска. Контрольную группу составили 20 работников администрации тех же заводов в возрасте от 25 до 40 лет. Все лица обследовались с учетом клинико-биохимических показателей крови, накопления продуктов ПОЛ и состояния АОС мембран эритроцитов. Обследованные нами огранщики были разделены на 4 группы в зависимости от стажа работы на гранильных заводах: 5 лет (15 чел.), 10 лет (15 чел.), 15 лет (8 чел.), 20 лет (8 чел.). ПОЛ оценивали по уровню малонового диальдегида (МДА) [11], а состояние АОС — по суммарному содержанию низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО) [12], активности супероксид-
Резюме
На основании полученных данных выявлено, что интенсивность перекисного окисления липидов и состояние антиоксидантной защиты мембран эритроцитов рабочих алмазогранильных заводов зависит от стажа работы. С увеличением стажа работы огранщиков уровень малонового диальдегида, низкомолекулярных антиоксидантов и активность супероксиддизмутазы в мембранах эритроцитов снижается, а активность глутатионредуктазы повышается.
Ключевые слова: антиоксидантная система, мембрана, эритроциты.
L.D. Olesova, G.E. Mironova, V.M. Nikolaev, D.K Garmaeva
CONDITION OF THE ANTIOXIDANT SYSTEM OF THE ERYTHROCYTES MEMBRANES
OF THE DIAMOND-CUTTING PLANTS WORKERS
Yakut Scientific Center of complex medical problems of SB RAMS; Medical Institute of Yakut state university, Yakutsk
Summary
On the base of the received data it was revealed that intensity of lipids peroxidation and condition of the antioxidant protection of the erythrocytes membranes in the diamond-cutting plants workers, depended on the duration of employment. The longer the diamond-cutters work, the lower the level of malondialdehyde, low-molecular antioxidants and activity of superoxide dismutase in the erythrocytes' membranes become, and glutathione reductase activity increases.
Key words: antioxidant system, membranes, erythrocytes.
дизмутазы (СОД) [16], глутатионредуктазы (ГР) [13] на спектрофотометре «BEKMAN DU 625». Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программ Statistica 6,0. Применяли стандартные методы вариационной статистики: вычисление средних величин, стандартных ошибок, 95% доверительного интервала. Достоверность различий между средними величинами оценивали с помощью ^критерия Стьюдента для независимых выборок. Вероятность справедливости нулевой гипотезы принимали при р<0,05.
Результаты и обсуждение
Полученные нами данные исследования показывают, что уровень МДА в мембранах эритроцитов огранщиков зависит от стажа работы. Наиболее высокий показатель
Содержание МДА, НМАО и активности СОД, ГР в мембранах эритроцитов огранщиков в зависимости от стажа работы
Показатели Контроль, п=20 Стаж работы
5 лет, п=15 10 лет, п=15 15 лет, п=8 20 лет, п=8
НМАО, мгэкв/мл 0,040 ±0,001 0,078 ±0,024 0,102 ±0,022 0,042 ±0,003 0,037 ±0,0014
СОД, Нмоль/мл 0,030 ±0,008 0,046 ±0,008 0,057 ±0,007* 0,023 ±0,006 0,011 ±0,001*
ГР, МЕ/гНв 0,813 ±0,014 1,560 ±0,090 2,642 ±0,063* 4,112 ±0,084* 3,970 ±0,084*
МДА, Мкмоль/мл 1,978 ±0,098 2,823 ±0,040 2,562 ±0,040 1,529 ±0,055 1,160 ±0,006*
Примечание. * — различия достоверны по сравнению с контролем.
МДА выявлен у огранщиков, стаж работы которых в гранильном производстве не превышал 5 лет (в 1,4 раза выше, чем в контрольной группе). Интенсификация сво-боднорадикальных процессов сохранялась и у огранщиков со стажем работы 10 лет. У высокостажированных огранщиков наблюдалась иная картина: уровень МДА в эритроцитах мембран был в 1,27 раза ниже, чем у людей, не контактирующих с алмазной пылью. У огранщиков со стажем работы 20 лет снижение уровня МДА было еще более выраженным (в 1,69 раза) (таблица).
Проведенные Д.К. Гармаевой экспериментальные исследования на крысах показали, что реакция диффузной лимфоидной ткани трахеи на воздействие алмазной пыли в ранние сроки проявляется увеличением лимфоцитов, макрофагов и деструктивно измененных клеток [3]. Очевидно, что взаимодействие альвеолярных макрофагов и гранулоцитов с фиброгенными пылями приводит к усилению высвобождения цитотоксических форм активированных кислородных метаболитов (АКМ), при этом, вероятно, большое значение имеет химический состав пылевых частиц.
Атомно-эмиссионный анализ показал, что в состав пыли, образующейся при обработке алмазов, входит 18 химических элементов, но наибольшую долю в составе пылей занимают металлы: железо, хром, никель, марганец, медь и цинк [9]. Присутствие этих металлов обусловлено выделением их из шлифовальных кругов в процессе обработки алмазов. Согласно литературным данным, высокопрочный слой на шлифовальные круги для огранки алмазов наносится методом плазменного покрытия при 1500°С, при этом агломерат твердого сплава образуется из частиц карбидов металлов.
Повышение уровня МДА у огранщиков со стажем работы до 5 лет является свидетельством активации ПОЛ, вызванного нарушением билипидного слоя мембраны под действием АКМ, образуемых макрофагами, в ответ на воздействие алмазной пыли. Высокое содержание МДА у огранщиков со стажем работы 10 лет свидетельствует о напряжении адаптивных резервов организма. У рабочих огранщиков с высоким стажем снижение содержания МДА по сравнению с контрольной группой, вероятно, связано с дизадаптацией.
Углубленное медицинское обследование работников гранильного завода «Аврора-Диаманд» г. Якутска показало, что в структуре заболеваемости среди огранщиков ведущее место занимают болезни верхних дыхательных
путей: атрофический ринит, фарингит, тонзиллит, хронический бронхит [4]. При этом процент заболеваемости был наиболее высоким среди малостажированных (5 лет) и среди высокостажированных рабочих (15-20 лет). Известно, что поллютанты оказывают прямое токсическое действие на клетки [14] и ткани легкого в целом [15], а также активируют перекисное окисление липидов [1, 6,
17].
Изменения уровня НМАО, активности СОД и ГР в мембранах эритроцитов у огранщиков в зависимости от стажа работы в гранильных заводах показано в таблице. Значительное повышение содержания СОД (в 1,7 раза) в мембранах эритроцитов огранщиков со стажем 10 лет является свидетельством избыточной продукции супероксид-анион-радикала макрофагами.
Супероксидный радикал и перекись водорода генерируют процессы свободнорадикального окисления липи-дов и индуцируют биосинтез ферментов антиоксидантной системы. Поскольку СОД нейтрализует супероксид-анион-радикал, можно сказать, что этот фермент является первым барьером антиоксидантной защиты. Повышенную активность СОД в 1 и во 2 группах можно оценивать как результат компенсаторной реакции организма, так как СОД является индуцибельным ферментом. Однако резкое снижение активности СОД (в 3 раза) у высокоста-жированных огранщиков является свидетельством истощения резервного потенциала организма.
Уровень НМАО рабочих гранильных заводов также зависел от стажа работы: у огранщиков со стажем до 5 лет этот показатель был выше, чем в контрольной группе, в 1,93 раза (р<0,01), со стажем 10 лет — в 2,55 раза (р<0,01). У высокостажированных огранщиков этот показатель резко снижался и был фактически равен таковому в контрольной группе. Так, у рабочих со стажем 20 лет средний уровень НМАО был в 2,1 раза ниже, чем у огранщиков со стажем 5 лет, а у рабочих со стажем 20 лет — в 2,1 раза.
Полученные данные об изменении показателей пере-кисного окисления липидов и антиоксидантной системы (МДА, СОД, НМАО) мембран эритроцитов в зависимости от стажа работы огранщиков имеют фазный характер, что не противоречит литературным данным о фазности адаптивных перестроек организма в ответных реакциях на стресс-факторы [5].
Характер изменений активности ГР у огранщиков в зависимости от стажа работы отличался от изменения показателей СОД и НМАО, так как активность этого фермента оставалась высокой у высокостажированных рабочих. Наиболее высокий средний уровень ГР, равный 4,112±0,8451 МЕ/гНв, был выявлен в группе огранщиков со стажем 15 лет, что было в 5 раз выше, чем в контрольной группе, и в 2,6 раза выше, чем в группе рабочих со стажем до 5 лет. По литературным данным, активность ГР имеет возрастную зависимость. Так, в эпидемиологических исследованиях жителей европейского Севера активность ГР с возрастом достоверно возрастала, увеличиваясь в группах 50-69 лет по сравнению с группами молодых людей [2]. Вероятно, это связано с тем, что ГР в эритроцитах, помимо предотвращения окислительного превращения гемоглобина в метгемоглобин, играет важную роль в сохранении целостности эритроцитов, а также в поддержании пула восстановленного глутатиона
- основного эндогенного низкомолекулярного антиок-сиданта, который участвует в защите белков и ДНК от окислительных повреждений.
Выводы
1. Длительное воздействие алмазной пыли вызывает изменение активности процессов перекисного окисления липидов и активности антиоксидантной системы мембран эритроцитов у огранщиков: концентрация малонового диальдегида, низкомолекулярных антиоксидантов и активность супероксиддизмутазы повышается у рабочих со стажем 5-10 лет и снижается у рабочих со стажем 1520 лет.
2. Устойчивость к продолжительному прооксидант-ному воздействию алмазной пыли обеспечивается за счет повышения активности ферментативного антиоксиданта
- глутатионредуктазы в мембранах эритроцитов у огранщиков со стажем 15-20 лет.
Литература
1. Величковский Б. Т. Экологическая пульмонология (роль свободнорадикальных процессов). - Екатеринбург, 2003. - 141 с.
2. Войко Е.Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере. - Екатеринбург, 2005.
- 190 с.
3. Гармаева Д.К. Лимфоидные структуры трахеи и бронхиального дерева при воздействии на организм алмазной пыли в условиях алмазогранильного производства Крайнего Севера (экспериментально-морфологические исследования): автореф. дис. ... д-ра мед. наук.
- М., 2006. - 45 с.
4. Гармаева Д.К., Захарова Ф.А., Миронова Г.Е. К проблеме влияния производственных факторов на здоровье работников алмазогранильной отрасли РС (Я) // Актуальные проблемы охраны труда в Республике Саха (Якутия): мат-лы Межрегиональной науч.-практ. конф. -Якутск, 2006. - С. 167-168.
5. Меерсон Ф. З. Адаптация, стресс и профилактика.
- М.: Наука, 1981. - 278 с.
6. Меньшикова Е. Б., Зенков Н. К., Ланкин В. З. и др. Окислительный стресс: патологические состояния и заболевания. - Новосибирск, 2008. - 284 с.
7. Миронова Г.Е., Васильев Е.П., Величковский Б.Т. Хронический обструктивный бронхит в условиях Край-
него Севера (значение антиоксидантного статуса и анти-оксидантной терапии). - Красноярск, 2003. - 169 с.
8. Мусамухамедов С.Р., Саттаров В.Я. Гигиена труда и проф. заболевания. - М., 1991. - С. 63-65.
9. Окорокова Л.П. Оценка цитотоксичности алмазной пыли методом хемилюминесценции // Якутский медицинский журнал. - 2004. - №4. - С. 12-14.
10. Олесова Л.Д., Миронова Г.Е., Гармаева Д.К. Биохимическая и морфологическая оценка воздействия пыли, выделяемой при ручной огранке алмазов, на организм // Якутский медицинский журнал. - 2008. - №2(22). - С. 7-10.
11. Павлихина Л.В., Елисеева Ю.Е., Позднеев В.Ф. и др. Современные методы в биохимии. - М.: Медицина, 1977. - С. 147-151.
12. Рогожин В.В. Методы биохимических исследований. - Якутск, 1999. - С. 93.
13. Справочник по лабораторным методам исследования [под ред. Л.А. Даниловой]. - СПб.: Питер, 2003. - 736 с.
14. Alpert S.E., Kramer С.М., Hayes M.M. et al. Morphologic injury and lipid peroxidation in monolayer cultures of rabbit tracheal epithelium exposed in vitro to ozone // J. Toxicol. Environ. Health. - 1990. - Vol. 30. - P.287-304.
15. Parlar H. Photochemical generated reactive oxiden species in the environment // Reactions and Prosses. - 1991. - Vol. 2. - P. 229-252.
16. Constantine N.G. // Plant Physiol, 1977. - P. 565569.
17. Churg A., Cherukupalli K. Cigarette smoke causes lipid peroxidation of rat tracheal epithelium // Int. J.Exp. Patrol. - 1993. - Vol. 74. - P. 127-132.
Координаты для связи с авторами : Олесова Любовь Дыгыновна — старший научный сотрудник отдела изучения механизмов адаптации Учреждения КМП ЯНЦ СО РАМН, тел.: 8-(4112) 44-78-57, e-mail: atec@mail.ru; Миронова Галина Егоровна — доктор биол. наук, профессор кафедры биохимии Якутского государственного ун-та, тел.: 8-924-368-56-10, e-mail: mirogalin@mail.ru; Николаев Вячеслав Михайлович — канд. биол. наук, научный сотрудник отдела изучения механизмов адаптации Учреждения КМП ЯНЦ СО РАМН, тел.: 8-(4112) 44-78-57, e-mail: nikolaev1126@mail.ru; Гармаева Дарима Кышек-товна, доктор мед. наук Медицинского института Якутского государственного ун-та, e-mail: dari66@mail.ru.
□□□
