CC BY
14смешанной пыли). С другой стороны, курение значимо уменьшает прогнозируемую длительность стажа для половины наблюдаемых до постановки диагноза ППБ при воздействии пыли хризотил-асбеста, а также ПТПБ. Так, для курящих пациентов прогнозируется стаж до постановки ПТПБ — 27,66 года, а для остальных — более 50 лет (р = 0,054, Taron-Ware, или p = 0,0067 Log-Rank). Проведение корреляционного анализа не выявило достоверных зависимостей между стажем до постановки диагноза ППБ и курением.
В ы в о д ы. 1. Только достаточно высокие концентрации пыли (не менее 40 мг/ м3) значимо уменьшают сроки постановки диагноза пылевой патологии у половины наблюдаемых работников от величины стажа, полученного при расчете, не исключающем воздействие всего спектра факторов. 2. Наличие наследственной предрасположенности в виде такого маркера повышенной индивидуальной
чувствительности к неблагоприятному воздействию производственной пыли, как синдром дисплазии соединительной ткани, более выраженно, чем даже концентрация пыли, влияет на сроки формирования профессиональной патологии, достоверно укорачивая их. 3. Курение не влияет на сроки развития пнев-мокониозов (асбестоз, силикоз, пневмокониоз от воздействия смешанной пыли), но значимо ускоряет развитие пылевых бронхитов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Измеров Н.Ф. // Н.Ф. Измеров. 1996. Т. 2.
2. Кацнельсон Б.А., Алексеев О.Г., Привалова Л.И. и др. Екатеринбург: УрО РАН, 1995.
3. Коган Ф.М. // Гиг. труда. 1981. № 2. С. 5—10.
4. Любченко П.Н. // Мед. труда. 2002. № 6. С. 1—5.
5. Плюхин А.Е. // Там же. 2005. № 6. С. 16—22.
Поступила 22.12.09
УДК 57.083.36
Б.А. Кацнельсон, Л.И. Привалова, Т.Д. Дегтярёва, М.П. Сутункова, О.С. Ерёменко, М.Я. Ходос, А.Н. Козицина, Н.А. Малахова, Ю.А. Глазырина
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕАКЦИИ АЛЬВЕОЛЯРНОГО ФАГОЦИТОЗА НА ИНТРАТРАХЕАЛЬНОЕ ВВЕДЕНИЕ ЧАСТИЦ МАГНЕТИТА (Fe3O4) НАНО- И
МИКРОМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ
ФГУН Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий Роспотребнадзора МЗиСР, ООО «Научно-производственное внедренческое предприятие
«ИВА», г. Екатеринбург
Проведена сравнительная оценка цитотоксичности частиц магнетита (Fe3O4) нанометро-вых диапазонов (10 нм и 50 нм) и микрометрового диапазона (1 мкм) по результатам сдвигов клеточного состава жидкости бронхоальвеолярного лаважа через 24 ч после интратрахеального введения указанных частиц. Найдено, что наночастицы обладают более выраженной биологической агрессивностью, чем частицы микрометрового диапазона, но вызывают более активную и эффективную защитную реакцию альвеолярного фагоцитоза.
Ключевые слова: наночастицы, сравнительная цитотоксичность.
BA. Katsnelson, L.I. Privalova, T.D. Degtyariova, M.P. Sutunkova, O.S. Eryomenko, M.Ya. Khodos, A.N. Kozitsyna, N.A. Malakhova, YuA. Glazyrina. Comparative evaluation of alveolar fagocytosis response to intratracheally applied magnetite (Fe3O4) in nano- and micrometer ranges.
The authors compared cytotoxicity of magnetite (Fe?O4) particles in nanometric ranges (10 nm and 50 nm) and micrometer range (1 microm), analyzing changes in cellular subunits of bronchoalveolar lavage in 24 hours after intratracheal application of the particles. Findings are that the nanoparticles are more biologically aggressive than the micrometric particles, but induce more active and effective defensive reaction of alveolar fagocytosis.
Key words: nanoparticles, comparative cytotoxicity.
В связи с расширяющимся развитием на-нотехнологий и применением наноматериалов в самых разнообразных сферах техники, науки, медицины и пр., изучение токсичности частиц нанометрового диапазона приобретает все большую актуальность. Однако образование наноча-стиц (НЧ) и их действие на организм человека не являются проблемой, совершенно новой для специалистов в области гигиены труда и окружающей среды. НЧ составляют значительную фракцию аэрозолей конденсации, образующихся при таких технологиях, как электросварка, электротермическое производство кремнийсодержа-щих ферросплавов и технически чистого кремния (рис. 1), стеклодувные работы (в особенности с кварцевым стеклом) и др., и загрязняющих как воздух рабочих помещений, так и атмосферный воздух. Последний загрязняется НЧ (ультратонкими) в составе выхлопных газов авто-, авиамоторов и различных дымовых выбросов.
Как известно, ключевым механизмом самоочищения пульмонарной области дыхательных путей является мобилизация на ее свободную поверхность клеток, способных фагоцитировать мельчайшие частицы, тем самым препятствуя их пенетрации в легочный интерстициум и способствуя выведению по пути мукоцилиарного транспорта [2]. Основным эффектором фагоцитарного звена пульмонарного клиренса являются легочные альвеолярные макрофаги (АМ), а вспомогательным — нейтрофильные лейкоциты (НМ). Исследованиями Л.И. Приваловой и Б.А. Кац-нельсона было доказано, что мобилизация ней-трофилов играет важную компенсаторную роль, а сама контролируется количеством продуктов макрофагального разрушения и поэтому тем интенсивнее, чем выше повреждающее действие
Рис 1. Частицы кремнезема в аэрозоле конденсации при производстве электротермографической выплавки технического кремния, класса ТЭМ увеличение х21 000 (Величковский и Кацнельсон, 1964)
(цитотоксичность) частиц для макрофага. В связи с этим отношение нейтрофилов к макрофагам в клеточной популяции бронхоальвеолярного ла-важа (БАЛ) служит косвенным, но достаточно надежным сравнительным показателем цитоток-сичности различных частиц [2—7].
Предметом дискуссии пока служит то, в какой мере эти закономерности, надежно обоснованные для частиц микрометрового диапазона, справедливы и для НЧ. Высказываются утверждения, согласно которым НЧ плохо распознаются защитными механизмами вообще и, в частности, вызывают слабую аттракцию АМ, и поэтому неэффективно выводятся из легких [9, 10]. Однако эти гипотезы представляются недостаточно убедительными с эволюционных позиций, поскольку все наземные позвоночные столкнулись с ингаляцией наночастиц (вулканической золы, распыляющейся морской воды, дымы лесных пожаров, сульфатов, образующихся в атмосфере в результате окисления ангидрида и т. д.) тогда же, когда и с ингаляцией микрочастиц, а все механизмы легочного клиренса обнаруживаются уже у земноводных.
Сказанное не исключает возможности количественных различий реагирования этих механизмов на частицы разного размера, но такие различия следует искать на пути накопления конкретных экспериментальных данных, а не только теоретических предположений. При этом сопоставлять следует только те экспериментальные результаты, которые получены при действии нано- и микрочастиц одной и той же химической природы и при строгой параллельности тестирования их действия, что не всегда, по сведениям литературы, соблюдается.
Именно для такого сопоставления были синтезированы три образца химически идентичных частиц магнетита (Fe3O4) одинаковой намагниченности, но двух разных наноразмеров (10 и 50 нм) и одного микроразмера (1,0 мкм, то есть 1000 нм). Для минимизации агломерации, присущей всем НЧ, и в особенности магнитным, была отработана техника интратрахеального введения крысам суспензий, полученных ультразвуковым диспергированием. Процедура набора суспензии в шприц и введения ее в трахею под контролем зрения укладывается во временной интервал (в среднем 28 с), характеризующийся минимальной степенью агломерации наночастиц. Кинетика этой агломерации была предварительно изучена методом динамического рассеяния света на универсальном анализаторе суспензий Brookhaven ZetaPlus (Брукхевн Дзета-плюс) (США). Все сравниваемые частицы вводились
интратрахеально в дозе 2 мг в 1 мл стерильной дистиллированной воды, поскольку было найдено, что в суспензии на физиологическом растворе агломерация происходит слишком быстро. Животные контрольной группы получали такую же воду без частиц.
Как видно из табл. 1, введение НЧ обоих размеров вызвало значительно более интенсивное увеличение общей клеточности БАЛ, чем введение микрочастиц, однако такая реакция на 10-нанометровые частицы была несколько слабее, чем на 50-нанометровые. Последнее, вероятно, связано с более быстрым освобождением легких от мельчайших частиц, в частности, в силу их большей растворимости.
Эта гипотеза была подтверждена в специально для такой проверки поставленном эксперименте (табл. 2): надфоновое (сверх контрольного уровня) содержание железа через 24 ч после введения магнетита было в случае 10-наноме-тровых частиц вдвое ниже, чем в случае 50-на-
Т а б л и ц а 2
Содержание железа в легочной ткани крыс через 24 ч после интратрахеального введения 2 мг магнетита с разным размером частиц, или дистиллированной воды,
X ± s.e.
Группа крыс, которым были введены суспензии частиц
диаметром:
10 нм 50 нм 1 мкм Контроль (вода)
Содержание железа (мг/кг сырой ткани)
200 ± 9* 257 ± 8*+ 258 ± 15*+ 141 ± 5+
Разность между группой, получившей магнетит,
и контрольной
59 ± 10 116 ± 9+ 117 ± 16+ —
* — Величины, статистически значимо отличающиеся от контрольного показателя; значком +— то же от показателя группы крыс, получивших 10-нанометровые частицы (р < 0,01 по 1-критерию, учитывающему стандартную ошибку сложных средних, при котором данные по каждой крысе рассматриваются как выборка, состоящая из 5 определений).
нометровых и 1-микрометровых (при отсутствии различия между двумя последними).
Судя по увеличению отношения НЛ к АМ цитотоксичность НЧ диаметром 10 нм несколько выше, чем у НЧ диаметром 50 нм, при том, что обе эти фракции нанометрового диапазона значительно цитотоксичнее, чем микрометровые частицы того же вещества (см. табл. 1).
По-видимому, как мельчайшие размеры частиц, так и особенности наноструктуры вещества, делающие его особо биологически агрессивным, могут служить причиной повышенной растворимости отлагающихся в легких частиц, обусловливающей ускоренный пульмонарный клиренс, и в конечном итоге, ослабленное развитие патологических изменений. Такое двойственное значение растворимости давно известно по отношению к ультратонким аэрозолям диоксида кремния в сравнении с кварцевой пылью.
При подсчете частиц, видимых внутри фагоцитирующих их клеток при оптической ми-
кроскопии (с иммерсией) с увеличением х1000 (табл. 3), установлено, что мало «нагруженные» частицами макрофаги и нейтрофилы составляют в 1,7—2,0 раза меньший процент от общего числа соответствующих клеток в БАЛ тех легких, в которые были введены 10-нанометровые частицы, по сравнению с теми, в которые были введены 50-нанометровые. Таким образом, фагоцитоз последних был менее активен. При этом НЧ обоих размеров поглощались и макрофагами, и нейтро-филами заметно активнее, чем микрометровые.
Исследованиями Л.И. Приваловой, было показано, что продукты макрофагального разрушения стимулируют как аттракцию альвеолярных макрофагов и особенно НЛ, так и фагоцитарную активность макрофагов по отношению к 1-микро-метровым полистирольным тест-частицам [2]. Это позволяет объяснить прямое соответствие между цитотоксичностью разных частиц магнетита и «жадностью» их поглощения жизнеспособными фагоцитами.
Т а б л и ц а 1
Основные цитологические характеристики БАЛ через 24 ч после интратрахеального введения крысам суспензии магнетита (2 мг/мл) в различных фракциях, х ± S
Диаметр частиц Число клеток, млн НЛ/АМ
Общее Альвеолярные макрофаги (АМ) Нейтрофильные лейкоциты (НЛ)
— 2,86 ± 0,48 2,30 ± 0,40 0,33 ± 0,06 0,16±0,03
10 нм 20,07 ± 3,86*# 2,83 ± 0,63 16,32±3,06*# 6,39±0,66*#
50 нм 31,86 ± 6,52*# 5,74 ± 1,25*#- 25,40 ± 5,54*# 5,05± 0,69*#
1 мкм 4,22 ± 0,63- 1,67 ± 0,33- 2,15 ± 0,37*- 1,61±0,37*-
*— Статистически значимое различие с контрольной группой; 0,05); по 1-критерию Стьюдента.
— с группой
10
— с группой
(р <
#
1
Т а б л и ц а 3
Процентное распределение фагоцитоспособных клеток с разной степенью нагрузки частицами магнетита сравниваемой дисперсности
Альвеолярные макрофаги (АМ) Нейтрофильные лейкоциты (ИЛ)
% АМ с 0—20 частицами % АМ с >20 частицами % НЛ с 0 — 20 частицами % НЛ с > 20 частицами
Через 24 ч после введения частиц 10 нм
9,38 ± 0,25 % 90,62 ± 0,35 % 42,66 ± 0,28 % 57,34 ± 0,38 %
Через 24 ч после введения частиц 50 нм
19,09 ± 0,21 % 80,91 ± 0,21 % 72,55 ± 0,18 % 27,45 ± 0,19 %
Через 24 ч после введения частиц 1000 нм
64,00 ± 0,16 % 36,00 ± 0,16 % 97,75 ± 0,08 % 2,25 ± 0,08 %
В целом же представления о беззащитности организма при действии наночастиц явно нуждаются в уточнении.
В завершение следует подчеркнуть, что само по себе предположение о чрезвычайно высокой цитотоксичности наночастиц, которое не вполне разделяется и не всегда экспериментально подтверждается некоторыми авторами [8, 11] подтверждается в рамках наших экспериментов не только при сравнительном тестировании разных по размеру частиц одного и того же вещества (магнетита), но и при таком же сравнении взвеси 10-нанометровых частиц этого вещества с взвесями других минеральных частиц, имеющими размеры частиц в широком диапазоне, характерном для обычных промышленных пылей (аэрозолей дезинтеграции). Как видно из рис. 2, оксид железа, который крайне мало биологически агрессивен в обычном физическом состоянии, в наносостоянии оказался гораздо более агресси-
6-
<Л 1'
5,10±0,65
1,12±0,15
0,16±0,03 I-1
0,32±0,02
Контроль на воду
TO
SiO„
Fe3O41ö нм
Рис. 2. Отношение числа НЛ к числу АМ в бронхо-альвеолярном лаваже у крыс через 24 ч после введения наночастиц Ре О (10 нм) и полидисперсных пылей ТЮ2 и (в дозе 2 мг в 1 мл дист. воды)
вен, судя по показателю НЛ/АМ по сравнению, не только с другим относительно «инертным» веществом, к каким относится диоксид титана, но и с высоко силикозоопасной кварцитной пылью. Отметим также хорошую воспроизводимость оценки цитотоксичности 10-нанометрового магнетита: если в нашем первом эксперименте показатель НЛ/АМ был найден равным 6,39 ± 0,66, то во втором — 5,10 ± 0,65 при статистически не значимой разнице (I Стьюдента
= 1,39).
Если учесть, что на каком бы уровне в той или иной стране ни устанавливались допустимые экспозиции или другие соответствующие национальные стандарты качества воздуха в рабочих помещениях, для кварцевой пыли они всегда жестче, чем для абсолютного большинства других пылей (например, в России для нее установлена предельно допустимая концентрация 1 мг/ м3 как средняя за рабочую смену). На каком же низком уровне следует установить стандарт для еще более биоагрессивных наночастиц магнетита, какими средствами обеспечить его соблюдение, и — последнее, но не менее важное — какими методами надежно мониторировать это соблюдение? Эти практически чрезвычайно важные вопросы, безусловно, относятся ко многим другим НЧ и требуют специальной научной дискуссии.
Мы полагаем, что до развития лабораторно-технической базы для проведения строго дозированных хронических ингаляционных затравок на-ноаэрозолями, именно подобные сопоставления на основе интратрахеальных экспозиций, как и для ускоренного нормирования ПДК и ОБУВ микрометровых частиц [3], являются реальным подходом к установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия наноматериалов, потребность в которых становится все более актуальной. Однако контролировать соблюдение столь низких ОБУВ каких бы то ни было наноаэрозолей — задача, технически очень не простая, и разработка методов такого контроля
5
4
0
должна уже на этом этапе быть поставлена в число первоочередных задач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Величковский Б.Т., Кацнельсон Б.А. Этиология и патогенез силикоза. М., 1964.
2. Кацнельсон Б.А., Алексеева О.Г., Привалова Л.И., Ползик Е.В. Пневмокониозы: патогенез и биологическая профилактика. Екатеринбург: УрО РАН, 1995.
3. Методические рекомендации. Использование клеточных систем «ин виво» и «ин витро» для ускорения гигиенической регламентации малорастворимых промышленных аэрозолей. Екатеринбург, 1995.
4. Katsnelson B.A., Konysheva L.K., Privalova L.I., Morosova K.I. // Brit. J. Industr Med. 1992. Vol. 49. Р. 172—181.
5. Katsnelson B.A., Konysheva L.K., Privalova L.I., Sharapova N.Y. // Inhalation Toxicol. 1997. Vol. 9. Р. 703—715.
6. Katsnelson BA, Konysheva L.K., Sharapova N.Y., Privalova L.I. // OEM. 1994. Vol. 51. Р. 173—180.
7. Katsnelson B.A., Privalova L.I.// Environm. Health Perspect. 1984. Vol. 55. P. 313—325.
8. Klarisson H.L., Gustaffson J., Cronholm P. and Moller L. (2009) // Size-dependent toxicity of metal oxide particles — a comparison between nano- and micrometer size.
Toxicol Lett 188. P. 112—118.
9. Li N, Xia T. and Nel A.E. (2008). // The role of
oxidative stress in ambient particulate matter-induced lung diseases and its implications in the toxicity of engineered nanoparticles. Free Rad. Biol. Med. 44. P. 1689—1699.
10. Oberdorster G., Oberdorster E., Oberdorster J. // Environm. Health Perspect. 2005. Vol. 113. P. 823—839.
11. Warheit D.B, Webb T.R., Colvin V.L., Reed K.L., Sayes C.M. (2007). // Pulmonary bioassay studies with nanoscale and fine-quartz particles in rats: toxicity is not dependent upon particle size but on surface characteristics.
Toxicol. Sci. 95. P. 270—280.
Поступила 22.12.09
УДК 613.62:546.16^621.357.1
Г.Н. Хасанова, И.Е. Оранский, Н.А. Рослая
ПРОЦЕССЫ АДАПТОГЕНЕЗА И РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ СЕРДЦА У РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ЦЕХОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАВОДОВ
ФГУН Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий Роспотребнадзора, г. Екатеринбург
У рабочих электролизных цехов алюминиевых заводов наблюдаются изменения внутрисер-дечной гемодинамики и диастолической функции левого желудочка, развивается ремоделирование сердца в вариантах концентрической и эксцентрической гипертрофии преимущественно у лиц с хронической профессиональной интоксикацией фтором.
Ключевые слова: соединения фтора, электролиз алюминия, адаптогенез, ремоделирование сердца, хроническая профессиональная интоксикация фтором.
G.N. Khasanova, I.E. Oransky, NA. Roslaya. Processes of adaptogenesis and heart remodelling in workers of electrolysis workshops in aluminium plants. Workers in electrolysis workshops of aluminium plants demonstrate changes in intracardial hemodynamics and left ventricle diastolic function, heart remodelling to concentric and excentric hypertrophy, more in individuals with chronic occupational fluorine intoxication.
Key words: fluorine compounds, aluminium electolysis, adaptogenesis, heart remodelling, chronic occupational fluorine intoxication.
Условия труда во многих отраслях промышленности остаются неудовлетворительными, в том числе в металлургии алюминия [4]. На территории Свердловской обл. расположены Уральский (УАЗ) и Богословский (БАЗ) алюминиевые заводы, на которых используется
электролитический способ получения алюминия. В электролизных цехах этих заводов установлены электролизеры с боковым или верхним токоподводом силой тока 79,8; 95; 165 и 260 кА с самообжигающимися или предварительно обожженными анодами. Электролизеры явля-
