CC BY-ND
17
март № (288) зНиСО
39
УДК 612.799.1:546.3.084-053.2 (571.12)
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ СОСТОЯНИЯ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ И МИКРОНУТРИЕНТНОГО СТАТУСА У РАБОТНИКОВ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ ХМАО - ЮГРЫ
В.И. Корчин, Ю.С. Макаева, Т.Я. Корчина, Е.А. Шагина
БУ ВО ХМАО - Югры «Ханты-Мансийская государственная медицинская академия»,
Ханты-Мансийск, Россия
Представлен анализ метаболических нарушений и микроэлементного дисбаланса у работников автозаправочных станций на территории ХМАО - Югры. Установлены выраженные изменения в процессах окислительного стресса и антиоксидантной защиты. Одновременно было выявлено значимое превышение концентрации в волосах токсичных химических элементов (кадмий, свинец) и .железа, обладающего прооксидантными свойствами, на фоне достоверно более низкой обеспеченности организма универсальным антагонистом тяжелых металлов - кальцием - и микроэлементами, обладающими антиоксидантной активностью (селен, цинк). Ключевые слова: Север, окислительный стресс, свободные радикалы, антиоксидантная система защиты, адаптация, автотранспорт, токсичные химические элементы.
V.I. Korchin, Yu.S. Makaeva, T.Ya. Korchina, E.A. Shagina □ INFLUENCE OF TEHNOGENIC CONTAMINATION ON INDEXES OF THE STATE OF FREE-RADICAL OXIDIZATION AND MICRONUTRIENTN STATUS FOR WORKERS OF THE FILLINGS STATIONS, RESIDENTS OF KHMAO - YUGRA □ Khanty-Mansiysk State Medical Academy, Khanty-Mansiysk, Russia.
The analysis of metabolic violations and microelement disbalance is presented for the workers of the fillings stations on territory of KHMAO - Yugra. The expressed changes are set in the processes of oxidizing stress and antioxidant defence. In the hairs was registered the meaningful exceeding of concentration of toxic chemical elements (cadmium, lead) and iron possessing pro-oxidant properties on a background reliable to low concentration of the universal antagonist of heavy metals - by a calcium and trace elements possessing antioxidant activity (selenium, zinc) - in the organism. Key words: North, oxidizing stress, free radicals, antioxidant system of defence, adaptation, motor transport, toxic chemical elements.
Современный период экономического развития Ханты-Мансийского автономного округа - Югры (ХМАО - Югры) связан с интенсификацией нефтегазодобывающей промышленности, всевозрастающей урбанизацией и увеличением объемов используемых природных ресурсов. Антропогенное вмешательство в региональных масштабах неизбежно приводит к истощению естественного потенциала региона, образованию искусственных ландшафтов и увеличению поступления вредных веществ в биосферу. Уровень большинства загрязняющих агентов, как правило, превышает предельно допустимый. Совместное действие разных пол-лютантов оказывает еще более выраженный повреждающий эффект на объекты окружающей природной среды [1, 9]. Так, на территории ХМАО - Югры ежегодно выбрасывается в атмосферу около 3,5 млн м загрязняющих веществ только от стационарных источников (сжигание попутного нефтяного газа в факелах и на тепловых электростанциях). В 2016 году на долю твердых выбросов пришлось 119 тысяч тонн (около 5 %), оставшиеся 95 % - это жидкие и газообразные выбросы, в основном оксид углерода и летучие органические соединения. За период с 2010 по 2015 год наибольший вклад в общий объем выбросов загрязняющих веществ внесла добыча полезных ископаемых (70-82 %), далее следуют транспорт и связь (10-28 %) и др. Насыщенность округа автотранспортными средствами (АТС) за последние годы выросла более чем в 2 раза по сравнению с таковыми показателями в среднем
по России (на 1 жителя ХМАО-Югры количество АТС в среднем составляет 0,409). Принимая во внимание этот факт, к сожалению, приходится констатировать, что количество вредных веществ (токсикантов), ежегодно выбрасываемых автотранспортом, в расчете на 1 жителя данного северного региона превышает среднюю цифру (0,180 тонн) по России в 1,72 раза [2]. Следует также отметить, что газообразные выбросы, включающие в том числе и канцерогенные вещества, создают опасные концентрации на уровне дыхания человека и из-за слабого рассеяния оказывают негативное воздействие на здоровье. Из-за низкого выброса они намного опаснее стационарных промышленных источников, поллютанты которых благодаря высоким трубам рассеиваются на большие расстояния [3].
Известно, что объективной оценкой загрязнения окружающей среды являются показатели здоровья человека, так как при этом учитывается влияние всех поллютантов, их действие в комплексе на организм человека. Большое число антропогенных факторов, действуя на низких уровнях и не являясь прямой причиной тех или иных заболеваний, может изменить сопротивляемость организма. Отрицательное антропогенное воздействие способствует снижению резистентности организма человека, изменению уровня функционирования физиологических систем с формированием адаптационных реакций в ответ на возмущающее воздействие факторов среды обитания [4, 12]. Исходя из этой предпосылки, получение фундаменталь-
40
ЗНиСО март nQ (288)
ных данных о состоянии здоровья лиц, проживающих на территории со своими специфическими условиями техногенного воздействия на окружающую среду, позволит определить характер и уровень влияния основных загрязнителей на адаптивные возможности функциональных систем человека и сохранность генофонда северян [6].
В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов окружающей среды на организм человека, является «окислительный стресс», представляющий состояние, характеризующееся активацией процессов свободно-радикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов. В ряде работ российских ученых было показано влияние химических факторов среды на процессы свободнорадикального окисления [5, 11]. Вместе с тем, некоторые вопросы, касающиеся роли «окислительного стресса» в развитии экопатологий, остаются открытыми. Так, в частности, малоизученными остаются вопросы о зависимости между содержанием в окружающей среде веществ, обладающих про-оксидантным действием и состоянием антиок-сидантных систем организма. Недостаточно разработаны подходы к оценке различных микроэлементных маркеров как биологических индикаторов выраженности «окислительного стресса».
Цель исследования - выяснить степень влияния техногенного загрязнения окружающей среды на показатели микронутриентного статуса и состояние процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной системы (АОС) защиты населения ХМАО -Югры.
Материалы и методы. Исследование метаболического профиля проведено у 170 взрослых лиц обоего пола, постоянно проживающих на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры (г. Ханты-Мансийск, г. Кога-лым, г. Белоярский). Лица, подвергшиеся обследованию, были разделены на две группы: I группу (контроль) составили 88 практически здоровых доноров (средний возраст 30,5 ± 8,4 года), являющихся в основном служащими (медицинские работники, педагоги, юристы, экономисты и др.); II группу (сравнения) составили 82 человека (средний возраст 32,6 ± 6,2) - работники автозаправочных станций (АЗС), находящиеся в условиях техногенного воздействия на организм химических продуктов от мобильных (автотранспорт) источников загрязнения.
Все обследуемые лица давали информационное добровольное согласие на выполнение диагностических исследований и обработку персональных данных [7]. В медицинских учреждениях строго натощак проводился у всех волонтеров забор крови из локтевой вены в утренние часы (8-10 ч). Сыворотку крови сразу отделяли от сгустка центрифугированием. С учетом важности качественной сохранности биоматериала, сыворотку после расфасовки в
микропробирки хранили в замороженном со- стр стоянии при t -80 °С до проведения лабораторного анализа. В образцах крови исследовали f*-продукты перекисного окисления липидов ^р (ПОЛ): гидроперекись липидов (ГПл), ТБК- рГ активные продукты (ТБК-АП); состояние анти-оксидантной системы защиты (общую антиок-сидантную активность (ОАА), тиоловый статус 1 (ТС) - систему глутатиона) с помощью коммерческих наборов на биохимическом анализаторе Konelab 60i (Финляндия), а также на Form Plus 3000 фирмы «Callegari» (Италия).
С учетом необходимости мониторинга макро- и микроэлементного статуса у всех обследованных лиц одновременно проводился не-инвазивный и высокоинформативный мульти-элементный анализ такого биосубстрата, как волосы, который позволяет выявить степень дисбаланса эссенциальных и токсичных химических элементов в организме. В волосах обследованных лиц было проведено определение содержания кальция (Ca), кадмия (Cd), железа (Fe), свинца (Pb), селена (Se) и цинка (Zn) в составе 25 химических элементов двумя методами: атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой с помощью приборов Optima 2000 DV, Perkin Elmer Corp. и ELAN 9000, Perkin Elmer Corp в Центре биотической медицины (ЦБМ), г. Москва. Средние значения концентраций изученных элементов сравнивали с референтными величинами (биологически допустимыми уровнями - БДУ), приняв во внимание, что выход за пределы БДУ следует рассматривать как показатель срыва адаптационных возможностей функциональных систем организма и риска развития экологически обусловленных заболеваний [10]. Полученные данные были подвергнуты математической обработке методом вариационной статистики с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0. (Stat Soft Inc - США) и Microsoft Exsel, с вычислением среднего арифметического (M) и его стандартной ошибки (m). После проверки распределения на нормальность определялась значимость различий между группами с помощью t-критерия Стьюдента. Различия считались значимыми при p < 0,05.
Для установления нормативных показателей содержания химических элементов в волосах применялся метод центильных шкал, позволяющий проводить статистическую обработку данных вне зависимости от законов распределения содержания химических элементов и тем самым учитывать многофакторность воздействий на обменные процессы в организме.
Результаты исследования. В ходе исследования нами было установлено, что у 88 лиц I группы (контрольной) было выявлены следующие показатели состояния процессов перекис-ного окисления липидов (ПОЛ): уровень гидроперекисей липидов (ГПл) — 402,4 ± 28,1 мкмоль/л; ТБК-активные продукты (ТБК-АП) - 3,1 ± 0,46 мкмоль/л., что свидетельствовало о допустимом уровне их концентрации в крови (табл. 1).
март № (288) зНиСО
41
Таблица. Влияние техногенного загрязнения на показатели перекисного окисления липидов, антиоксидантной системы и микронутриентного статуса населения Ханты-Мансийского автономного округа — Югры
Показатель Физиологически оптимальные значения Взрослое население ХМАО - Югры (П = 170) р
не подверженное влиянию токсикантов - I группа (П = 88) подверженное влиянию токсикантов - II группа (П = 82)
М ± т тт-тах М ± т тт- тах
Показатели перекисного окисления липидов (ПОЛ), мкмоль/л
ГПл, 225-450 402,4 ± 28,1 216-468 498,6 ± 32,4 466-530 р = 0,026
ТБК-АП 2,2-4,8 3,1 ± 0,46 3,26-5,62 5,3 ± 0,58 4,70-5,91 р = 0,003
Показатели антиоксидантной системы (АОС)
ОАА, ммоль/л 0,5-2,0 1,32 ± 0,11 0,44-1,97 0,34 ± 0,06 0,25-0,42 р < 0,001
ТС, мкмоль/л 430-660 434,6 ± 44,5 289-595 264,5 ± 32,2 232-296 р = 0,002
Жизненно важные химические элементы, мкг/г
8е 0,69-2,2 М ± т 25-75 М ± т 25-75
0,55 ± 0,03 0,36-0,54 0,18 ± 0,04 0,26-0,62 р = 0,004
Са 494-1619 738,0 ± 61,5 246-629 425,4 ± 56,8 219-584 р = 0,009
Zn 155-206 196,4 ± 13,2 172-241 142,3 ± 11,6 134-178 р = 0,003
Химические элементы, обладающие прооксидантной активностью, мкг/г
РЬ 0,38-1,40 0,52 ± 0,05 0,35-0,83 1,33 ± 0,08 0,32-2,1 р < 0,001
Са 0,02-0,12 0,036 ± 0,004 0,015-0,10 0,09 ± 0,004 0,03-0,01 р = 0,005
Бе 11,0-24,0 17,8 ± 2,10 12,9-21,80 27,9 ± 5,30 12,8-23,9 р = 0,046
Содержание тяжелых металлов в образцах волос у представителей данной группы не претерпевало существенных изменений и находилось в пределах физиологических значений, а именно: Бе - 17,8 ± 2,10 мкг/г; С<< - 0,036 ± 0,004 мкг/г; РЬ - 0,52 ± 0,05 мкг/г. Показатели активности антиоксидантной системы защиты соответствовали нормативным величинам и составляли: общая антиоксидантная активность (ОАА) - 1,32 ± 0,11 ммоль/л; тиоловый статус (ТС) -система глутатиона - 434,6 ± 44,5 мкмоль/л. Содержание таких эссенциальных микроэлементов, как Zn и Са, находилось в пределах допустимых значений, в частности, Zn -196,4 ± 13,2 мкг/г и Са - 738,0 ± 61,5 мкг/г. Исключение составил лишь 8е, являющийся мощным антиоксидантом, уровень которого был на 21 % ниже оптимального для жителей других регионов России. При обследовании 82 лиц группы сравнения (II группа), подвергающихся в процессе трудовой деятельности влиянию различных экотоксикантов, были выявлены изменения следующих показателей ПОЛ: уровень ГПл - 498,6 ± 32,4 мкмоль/л; ТБК-АП -5,3 ± 0,58 мкмоль/л, что свидетельствовало о превышении соответственно в 1,2 и 1,7 раза таковых показателей в I группе (контроль) и более чем в 2 раза - физиологически оптимальных значений. При анализе содержания в образцах волос концентрации тяжелых металлов отмечено превышение уровня среди следующих микроэлементов: РЬ и Са в 2,5 раза и Бе -в 1,6 раза по отношению к таковым показателям контрольной группы (табл.). Уровень обшей активности системы антиоксидантной защиты значимо снижался (на 74 %) сравнитель-
но с таковым в группе контроля и соответственно составил: ОАА - 0,34 ± 0,06 мкмоль/л. Значения тиолового статуса также достоверно отличались от аналогичного показателя у лиц контрольной группы и составили 264,5 ± 32,2 мкмоль/л. Заслуживает внимания тот факт, что одновременно с этим наблюдалось и существенное уменьшение концентрации эссенциаль-ных микроэлементов, особенно со стороны 8е (в 3 раза), Са - в 1,7 раза и Zn - в 1,4 раза. Ориентируясь на нормативные значения, принятые в Центре биотической медицины (ЦБМ, г. Москва), дефицит 8е авторы обнаружили у 66 (94,3 %) представителей II группы, причем у большинства - 46 человек (65,7 %) - отмечена глубокая недостаточность 3-4 степени, а у 20 человек (28,6 %) - дефицит 1-й и 2-й степени. Выраженный дефицит 8е характеризовал также элементный статус 15 (17 %) доноров, в частности, у 34 (38,6 %) обследованных лиц I группы была обнаружена легкая недостаточность этого элемента, являющегося мощным природным антиоксидантом.
Таким образом, в ходе исследования были выявлены существенные межгрупповые различия, указывавшие на наличие выраженного дисбаланса химических элементов у работников АЗС, а именно - на дефицит жизненно важных микроэлементов (8е, Са, Zn) на фоне избытка токсичных (РЬ, С< ) и тяжелого металла - Бе, обладающего проксидантным действием. Установлено, что сами по себе даже высокие концентрации токсических веществ, обнаруженные в биосубстратах человека, еще не свидетельствуют о состоянии его здоровья, они лишь подтверждают возможность зарождения
42
ЗНиСО март № (288)
дизадаптивных и патологических процессов, связанных с негативным действием окружающей среды [8].
Обращает на себя внимание тот факт, что у лиц II группы, подвергающихся действию химических факторов от автомобильного транспорта, обнаруживалась интенсификация процессов свободнорадикального окисления (увеличение содержания первичных и вторичных продуктов ПОЛ) на фоне истощения всех звеньев антиоксидантной защиты. Так, у работников АЗС нами было выявлено значимое снижение общей антиоксидантной активности более чем в 3,8 раза и интегрального показателя состояния тиолового статуса в 1,6 раза по сравнению с таковым в группе контроля.
Известно, что тиолдисульфидная система вносит существенный вклад в поддержание баланса между прооксидантными эффектами и антиоксидантным потенциалом клетки. Восстановленный глутатион, выступая акцептором гидроксильного радикала и синглетного кислорода, существенно снижает деструктивное и цитотоксическое действие АФК. Одновременно глутатион участвует в работе глутатионзависи-мых ферментов, которым принадлежит ведущая роль не только в обеспечении антиокси-дантных процессов, но и в регуляции структуры и функций биологических мембран, в механизмах детоксикации.
Принимая во внимание эти сведения, можно с уверенностью констатировать, что ранние метаболические сдвиги, обусловленные «окислительным стрессом», вызывают заметное снижение резервных возможностей организма, последующее развитие каскада дизадаптивных расстройств и, как следствие, возникновение патологических состояний.
Таким образом, изучение ряда биохимических маркеров, позволяющих оценить негативное влияние техногенного загрязнения среды обитания на состояние здоровья человека, является важной задачей медицины, поскольку позволяет уже на ранних этапах исследования диагностировать формирование преморбидных состояний и проводить адекватные профилактические мероприятия, направленные на их коррекцию и устранение.
Выводы. Определение показателей окислительного метаболизма и микронутриентного статуса у населения урбанизированной территории Севера является наиболее информативным подходом в донозологической диагностике состояния их здоровья, а потому может быть использовано при изучении негативного влияния различных экопатогенных факторов окружающей среды на функциональные резервы органов и систем организма.
У работников АЗС наиболее ранние изменения зарегистрированы в процессах свободно-
радикального окисления, что проявлялось в
- ♦
значимом повышении уровня продуктов ПОЛ, стр понижении активности антиоксидантной системы защиты. Это было обусловлено ответной реакцией организма на действие поллютантов с^ от мобильных источников - автотранспортных рГ средств.
Одновременно было выявлено и достоверное превышение концентрации в волосах токсичных химических элементов (кадмий, свинец) и железа, обладающего прооксидантными свойствами, на фоне достоверно более низкой обеспеченности организма универсальным антагонистом тяжелых металлов - кальцием - и микроэлементами, обладающими антиокси-дантной активностью (селен, цинк).
ЛИТЕРАТУРА
1. Боев В.М. Среда обитания и экологически обусловленный дисбаланс микроэлементов у населения урбанизированных и сельских территорий // Гигиена и санитария. 2002. № 5. С. 3-8.
2. Волкодаева М.В. и др. Оценка суммарных годовых выбросов автотранспорта в федеральных округах Российской Федерации / М.В. Волкодаева, М.М. Полуэк-това, С.А. Столярова // Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. С. 196-213.
3. Гичев Ю.П. Загрязнение окружающей среды и здоровье человека. Новосибирск: СО РАМН, 2002. 230 с.
4. Денисов Л.А. и др. Донозологический подход в оценке заболеваемости и смертности населения / Л.А. Денисов, А.П. Берсенева, P.M. Баевский // Гигиена и санитария. 2009. № 6. С. 74-77.
5. Егорова Н.Н. Состояние свободнорадикального окисления как критерий гигиенической оценки опасности атмосферных загрязнений: Автореф. дисс. ... д-ра мед. наук. М., 1999. 49с.
6. Корчина Т.Я. и др. Сравнительная характеристика интоксикации свинцом и кадмием населения Ханты-Мансийского автономного округа / Т.Я. Корчина, В.И. Корчин // Гигиена и санитария. 2011. № 3. С. 8-10.
7. О персональных данных. Федеральный закон РФ от 27.07. 2006 № 152. Ст.9.
8. Рахманин Ю.А. и др. Донозологическая диагностика в проблеме окружающая среда - здоровье населения / Ю.А. Рахманин, Ю.А. Ревазова // Гигиена и санитария. 2004. № 6. С. 3-5.
9. Ревич Б. А. Химические вещества в окружающей среде городов России: опасность для здоровья населения и перспективы профилактики // Вестник РАМН. 2002. № 9. С. 45-49.
10. Скальный А.В. Референтные значения концентрации химических элементов в волосах, полученные методом ИСП-АЭС // Микроэлементы в медицине. 2003. № 1. С. 55-56.
11. Тимашева Г.В. и др. Лабораторные биомаркеры в диагностике состояния здоровья работников, подвергающихся воздействию химических факторов / Г.В. Тимашева, А.Б. Бакиров, Э.Т. Валеева [и др.] // Здоровье населения и среда обитания. 2016. № 1 (274). С. 14-17.
12. Zhu Y. et al. Altered glutathione homeostasis in animals prenatally exposed to lipopolysaccharide / Y. Zhu, P.M. Car-vey, Z. Ling // Neurochem. Int. 2007. Vol. 50. P. 671-680.
Контактная информация:
Корчин Владимир Иванович, тел.: +7 (922) 253-49-16, e-mail: [email protected] Cotact information: Korchin Vladimir, phone: +7 (922) 253-49-16,
e-mail: [email protected] + -
