CC BY
151
УДК [616.23:616.24]-092.2:614.71
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЛЕГКИХ ПОД ВЛИЯНИЕМ АЭРОЗОЛЕЙ МОЛИБДЕНА, ВОЛЬФРАМА И ИХ КОМПЛЕКСА В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
© 2009 г. З. Х. Шерхов, Х. А. Курданов, М. А. Шеожев
Центр медико-экологических исследований - филиал ГНЦ РФ института медико-биологических проблем РАН, г. Нальчик
На территории Кабардино-Балкарской Республики добываются и перерабатываются вольфрамово-молибденовые руды. В рудах молибден содержится в основном в виде молибденита (МоS2), а вольфрам — шеелита (CaWO4). Чистый металл из них получают на Нальчикском гидрометаллургическом заводе (НГМЗ). В основе производства лежит гидрометаллургическая переработка рудных концентратов, содержащих до 40—60 % WOз и 7—8 % Мо03 солей, окислов и кислот молибдена и вольфрама. Они являются сырьем для получения чистого металла. Производственный процесс состоит из следующих этапов: 1) перевод нерастворимых соединений молибдена и вольфрама в растворимое состояние; 2) получение чистых солей и кислот; 3) термическая и механическая обработка готовых продуктов.
Нальчикский гидрометаллургический завод представляет собой современное предприятие с широким применением механизации и автоматизации. Но тем не менее на начальном (обработка концентратов) и заключительном (загрузка и разгрузка смесителей, просев, фасовка, загрузка и разгрузка печей, операции по перемещению порошкообразных материалов) этапах технологического процесса в воздушную среду поступают различные газы и пыль. В производственных помещениях, где осуществляются первый и третий этапы производства, содержание вольфрамово-молибденового концентрата превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) от 2 до 30 раз [5]. А. И. Кортиев с соавторами [9] приводят данные, согласно которым ПДК в воздухе производственных помещений для Мо — 4,0 мг/м3, а для W — 6,0 мг/м3. Принято считать, что вольфрам обладает меньшим общетоксическим действием, в связи с чем ПДК для него может быть больше, чем у молибдена.
В настоящее время доказано, что молибден — эссенциальный микроэлемент, являясь составной частью ряда ферментов (ксанти-ноксидаза, альдегидоксидаза, сульфитоксидаза), он влияет на многие стороны обмена веществ в организме.
Биологическая роль вольфрама в жизнедеятельности организмов до сих пор не изучена. Исследование влияния вольфрама на организм в основном связано с его токсичностью. Выявлено, что в физиологическом отношении вольфрам является антагонистом молибдена. Он вытесняет молибден из его соединений, и ферменты теряют свою активность [1]. Эссенциальным вольфрам не считают, но тем не менее многие авторы отмечают его постоянное присутствие в органах и тканях организма [7, 9, 15].
Поступление в организм занятых на производстве людей молибдена и вольфрама в количествах, значительно превышающих ПДК, очевидно отражается на жизнедеятельности различных систем органов, и осо-
В приближенных к производственным условиях проведено исследование влияния молибденового и вольфрамового концентратов в воздухе помещения на структуру легких экспериментальных крыс. Обнаружены значительные изменения легочной ткани и сосудов. Большим повреждающим эффектом обладают аэрозоли молибдена. При совместном действии аэрозолей вольфрама и молибдена патологические изменения в легких менее выражены. Техногенное загрязнение воздуха в производственных помещениях Нальчикского гидрометаллургического завода могут вызывать различные заболевания дыхательной системы у работников на начальном и конечном этапах производства металлов. Ключевые слова: молибден, вольфрам, загрязнение воздуха, бронхи, легкие.
бенно на дыхательной системе, которая является вторым после желудочно-кишечного тракта путем поступления микроэлементов в организм.
Живой организм адекватно реагирует на более или менее широкий круг внешних воздействий без нарушения структуры и функции органов. Воздействия, выходящие за пределы адаптивных возможностей, вызывают нарушения структурной и функциональной организаций организма. Тогда возникают различного рода патологии, в том числе микроэлементозы.
Патогенез микроэлементозов, возникающих в результате попадания токсических металлов аэрозольным путем, сложен и относительно многих, как, например, молибден и вольфрам, недостаточно изучен. Имеются лишь немногочисленные публикации, посвященные данной проблеме [9, 10, 12, 14].
Исходя из изложенного целью данного исследования явилось изучение влияния аэрозолей молибдена и вольфрама в тех концентрациях, которые обнаружены в воздухе производственных помещений НГМЗ на морфофизиологию легких экспериментальных крыс.
Объекты и методы исследования
Модельные опыты с применением молибденовой, вольфрамовой и молибденово-вольфрамовой затравок в концентрациях, соответствующих содержанию этих элементов в воздухе производственных помещений НГМЗ (Мо — 15,3 мг/м3, W — 30,0 мг/м3), провели на белых лабораторных крысах линии «Вистар». По принципу аналогов были подобраны четыре группы животных по 10 особей в каждой. Первая группа — контрольная. Она находилась в обычных виварных условиях. Вторая, третья и четвертая группы подвергались респираторной затравке молибденом, вольфрамом и их комплексом в камере Гильденскнольда.
В затравках применяли молибдат и вольфрамат натрия, количество которых подбиралось в пересчете на металл. Размеры частиц 4 — 5 мкм.
Сеансы по 30 минут проводили два раза в день в течение месяца. В конце эксперимента животных декапитировали. Извлекали легкие, фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина, заливали в парафиновые блоки. Срезы толщиной 7—10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофукси-ном по Ван-Гизону, толуидиновым синим, основным фуксином по Хочкису.
С помощью окулярной стереометрической сетки Автандилова определяли объемную долю функционирующих и нефункционирующих альвеол. Исследовали результаты оценок при десяти произвольных наложениях на срез сетки, имеющей 100 тест-точек. По числу совпадений точек с очагами ателектаза и апневматоза, отнесенному к общему числу точек, получили объемную долю нефункционирующих альвеол в процентах.
Статистический анализ результатов исследования был выполнен с использованием аналитического пакета Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение
У всех животных, получавших аэрозоль молибдена (2-я группа), вольфрама (3-я группа) и смеси вольфрама и молибдена (4-я группа), обнаружены однотипные изменения. Отмечается выраженная неравномерность пневматизации ткани легких — мелкие очажки диссеминированного ателектаза и апневма-тоза чередуются с более крупными участками острой эмфиземы. За счет этого дыхательная поверхность легких достоверно уменьшается во всех трех группах на 45,0; 38,0 и 44,1 % соответственно по сравнению с контрольной (таблица). В контрольной группе очаги ателектаза составляют (11,7 ± 0,83) %.
Динамика изменений дыхательной поверхности легких под действием аэрозолей молибдена, вольфрама и их комплекса
(п = 40)
Контроль Действующий фактор
Альвеолы на срезах Молибден Вольфрам Мо+W
Функционирующие 853,13 ±4,26 468,24 ±2,45* 524,02 ±3,47* 477,11 ±2,72*
Нефункционирую-щие 147,31 ±1,58 532,12 ±3,74 476,04 ±2,60 523,26 ±3,42
Примечание. * - р < 0,001.
В бронхах крупного и среднего калибра наблюдается увеличение объема слизеобразующего эпителия и его десквамация, в просвете — ШИК-позитивные слизистые массы. Перибронхиальная лимфоидная ткань гиперплазирована, без зародышевых центров размножения. Эпителиоциты мелких бронхов и терминальных бронхиол вакуолизированы с явлениями десквамации и регенерации, с формированием многорядных и сосочковых структур. Вокруг бронхов среднего и мелкого калибра, особенно в участках ап-невматоза, — инфильтраты, состоящие из лимфоцитов и макрофагов с примесью эозинофилов.
У животных второй группы стенки междольковых артерий и артериол резко утолщены, гомогенно оксифильны, интенсивно ШИК-позитивны, дают положительную реакцию метахромазии с толуидиновым синим. Эндотелий сосудов набухший, в субэндоте-лиальном пространстве отек и вакуолизация. В отдельных артериях среднего калибра выраженный отек с расслоением стенки по внутренней эластической мембране. Во многих междольковых и внутридолько-вых артериолах наблюдается фибриноидное набухание стенок с максимальным сужением просвета, вплоть до его окклюзии. Вокруг таких сосудов муфтообраз-ные и узелковоподобные инфильтраты, состоящие из лимфоцитов, макрофагов, базофилов и большого количества эозинофильных лейкоцитов, местами инфильтрирующих стенку некоторых артериол. В зоне кровоснабжения измененных артерий, как правило, имеются ателектазы, по периферии которых скопления альвеолярных макрофагов с мелкогранулярной или вакуолизированной цитоплазмой. В артериове-нозных анастомозах наряду с аналогичными измене-
ниями отмечается резкое утолщение и гомогенизация внутреннего продольного слоя, просвет неровный, со звездчатыми очертаниями.
У животных третьей группы выявлены такие же изменения в сосудах, бронхах и паренхиме легких, однако вокруг артериол с фибриноидным набуханием стенок отсутствовали муфтообразные и узелковопо-добные периваскулярные инфильтраты, а в клеточном составе эксудата количество эозинофилов и базо-фильных макрофагов существенно меньше.
В легких животных четвертой группы изменения имелись в основном в бронхах, перибронхиальной ткани и паренхиме и носили характер катарального бронхита, интерстициальной и паренхиматозной мелкоочаговой серозно-десквамативной пневмонии. Признаки повышенной сосудистой проницаемости были выражены значительно меньше, чем в двух остальных группах крыс.
В легких крыс, получавших аэрозоль молибдена, вольфрама и смеси молибдена и вольфрама, обнаружены катаральное воспаление слизистой бронхов, диссеминированные микроателектазы легочной ткани с перифокальной острой эмфиземой, острая интерстициально-паренхиматозная пневмония.
Интерес представляют изменения в сосудистом русле легких: повышение проницаемости артерий среднего и мелкого калибра с плазморрагией, фи-бриноидным набуханием их стенок. В наибольшей степени эти изменения выражены у животных второй группы (получавших аэрозоль молибдена), у которых развилась периваскулярная продуктивная грану-лемоподобная воспалительная реакция с большим количеством эозинофилов, базофилов, макрофагов в составе инфильтрата.
Таким образом, с определенной уверенностью можно утверждать, что имеет место острый экзогенный легочный деструктивно-продуктивный артерит и арте-риолит, в основе которого лежит иммунопатологическая реакция по типу реакции гиперчувствительности немедленного типа. В этой связи возникает вопрос о возможности гаптенных свойств молибдена.
Другие изменения — катаральное воспаление в слизистой бронхов, диссеминированные микроателектазы легочной ткани с перифокальной острой эмфиземой, макрофагальная реакция в паренхиме, по-видимому, являются вторичными и обусловлены шунтированием и редукцией кровотока в малом круге кровообращения, а также острой бронхиальной обструкцией, как результат прямого контакта с водорастворимыми соединениями молибдена и вольфрама.
Указанные выше патологические изменения в легких, видимо, вызваны влиянием металлов на обменные процессы в организме, и в частности в легких.
Молибден, являясь составной частью, активатором или ингибитором ряда ферментов, действует на обмен пуринов, синтез РНК, АТФ и белков, участвует в фосфорно-кальциевом обмене [1—4, 6, 13]. В условиях нашего опыта, попадая в орга-
низм через дыхательную систему, молибден в виде МоО4-2 адсорбируется на поверхности эпителия воздухоносных путей и попадает в клетки и кровь. Обладая широким спектром действия на обменные, окислительно-восстановительные реакции, он меняет ход биохимических процессов и вызывает патологические изменения. Повышенная доза молибдена стимулирует ксантиноксидазу и ингибирует каталазу [6, 8], следовательно, в избытке он является про-оксидантом, может запустить перекисное окисление липидов и вызвать повреждение клеточных мембран. Возможно, наблюдаемые нами структурные изменения в легких обусловлены и этим.
Развитию ряда патологических процессов может способствовать тканевая гипоксия, вызванная нарушениями в сосудистой системе малого круга кровообращения и снижением содержания гемоглобина (НЬ) в крови [11].
Как показали опыты, вольфрам также оказывает существенное повреждающее действие на структуру легких, но оно менее выражено по сравнению с влиянием молибдена. Многие отмечают, что вольфрам обладает слабым общетоксическим действием и его фиброгенные свойства проявляются значительно меньше, чем у молибдена и других металлов. В легких животных четвертой группы структурные изменения меньше выражены как в легочной ткани, так и в стенках сосудов. Полагаем, что это вызвано антагонизмом вольфрама и молибдена. Вольфрам вытесняет молибден из молибденсодержащих ферментов, в результате чего они инактивируются [1]. Возможно, таким образом снижается повреждающее действие молибдена на ткани и органы.
Итак, молибденовые и вольфрамовые концентраты в том количестве, в котором они содержатся в воздухе производственных помещений НГМЗ, могут вызывать ряд профессиональных заболеваний у работников. Наши исследования могут быть обоснованием принципиального подхода к оздоровлению условий труда в производстве молибдена и вольфрама гидрометаллургическим способом.
Список литературы
1. Авцын А. П. Микроэлементозы человека / А. П. Ав-цын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш, Л. С. Строчкова. — М., 1991. - С. 231-237.
2. Венчиков А. М. Дозировка микроэлементов и уровень энергетических процессов животного организма / А. М. Венчиков // Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве. — М., 1974. — С. 347.
3. Власюк П. А. Значение молибдена в жизнедеятельности и продуктивности растений в условиях УССР / П. А. Власюк // Биологическая роль молибдена. — М., 1972. — С. 236.
4. Гусев А. В. Влияние молибдена на некоторые стороны пуринового обмена в животном организме / А. В. Гусев // Биологическая роль молибдена. — М., 1972. — С. 207—212.
5. Голякова Л. П. Современное состояние вопросов гигиены труда при гидрометаллургическом способе по-
лучения солей и окислов W и Мо / Л. П. Голякова // Гигиена труда и профессиональные заболевания. — 1971.
— № 2. — С. 4—8
6. Гойнацкий М. Н. Об отношении стабильных изотопов молибдена к некоторым каталитическим реакциям в организме / М. Н. Гойнацкий // Микроэлементы в биологии, в сельском хозяйстве и медицине. — Самарканд, 1990. — С. 335—337.
7. Донцов Г. И. Количество вольфрама в пищевых продуктах растительного и животного происхождения / Г. И. Донцов // Вопросы питания. — 1966. — № 3. — С. 66—69.
8. Ковальский В. В. Геохимическая экология / В. В. Ковальский. — М. : Знание, 1973. — 64 с. — (Серия: Новое в жизни, науке, технике. Биология. № 2/1973).
9. Кортиев А. И. Микроэлементы в клиническом освещении / А. И. Кортиев, А. П. Ляшева, Г. И. Донцов.
— Свердловск, 1969. — С. 108—113.
10. Лукашев А. А. О влиянии соединений молибдена на здоровье рабочих молибденовой обогатительной фабрики в условиях города Балхаш : дис. ... канд. биол. наук / Лукашев А. А. — Алма-Ата, 1975. — 18 с.
11. Малеванная Е. М. Действие молибдена на животный организм / Е. М. Малеванная // Врачебное дело. — 1961.
— № 2. — С. 121 — 124.
12. Мезенцева В. К. Материалы к гигиенической характеристике пыли соединений вольфрама и титана, используемых в производствах порошковой металлургии : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Мезенцева В. К. — М., 1957. — С. 15—16.
13. Пейве Я. В. Биохимия молибдена // Биологическая роль молибдена / Я. В. Пейве. — М., 1972. — С. 7—24.
14. Салехов М. И. О патогенном действии вольфрамо-содержащих видов пыли : дис. ... канд. мед. наук / Салехов М. И. — Караганда, 1963. — С. 54—61.
15. Сеидов И. М. Гигиеническое изучение обезвреживания и использования промышленных сточных вод, содержащих кобальт и вольфрам, на земледельческих полях
орошения : дис. ... канд. с.-х. наук / Сеидов И. М. — М., 1963. - С. 84.
STRUCTURAL CHANGES IN LUNGS UNDER INFLUENCE OF AEROSOLS OF MOLYBDENUM, WOLFRAMIC AND THEIR COMPLEX IN CONDITIONS OF MODELLING EXPERIMENT
Z. H. Sherhov, H. A. Kurdanov, M. A. Sheozhev
Сenter of medico-ecological researches - branch SSC of the Russian Federation of institute of medical and biologic problems of the Russian Academy of Science, Nalchik
Influence of molibdenic and wolframic concentrates in air of factory rooms on lungs structure of rats was researched in close to industrial conditions.
Some significant changes of pulmary fabric and vessels are found. Greater damaging effect possess aerosols of molybdenum. At combined action of aerosols of wolframium and molybdenum pathological changes in lungs are less expressed. Technological air pollution at initial and final production phases in industrial rooms of hydrometal plant of Nalchik can cause at workers various diseases of respiratory system.
Key words: molybdenum, wolframium, air pollution, bronchuses, pulmonary.
Контактная информация:
Шерхов Заур Хамидбиевич — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник центра медико-экологических исследований — филиала ГНЦ РФ института медико-биологических проблем РАН
Адрес: 360051 г. Нальчик, ул. Шогенцукова, д. 40
Тел. (88662) 44-23-90
E-mail: [email protected] или [email protected]
Статья поступила 29.01.2008 г.
