CC BY
8УДК: 615.9:577.12/121.7
И.В. Кудаева, Л.А. Бударина, Л.Б. Маснавиева
ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАРУШЕНИЙ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕЙРОТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ
Ангарский филиал — НИИ медицины труда и экологии человека ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН, г. Ангарск
Представлены результаты обследования рабочих химических производств, контактирующих с нейротоксичными факторами различной природы. Выявлено нарушение холестеринового обмена у лиц производства винилхлорида и металлической ртути на фоне модификации белкового обмена, активации процессов перекисного окисления и снижения антиоксидантной защиты.
Ключевые слова: ртуть, винилхлорид, эпихлоргидрин, супероксиддисмутаза, оксид азота, восстановленный глутатион, белковый обмен, липидный обмен, биохимия.
I.V. Kudayeva, L.A. Boudarina, L.B. Masnaviyeva. Patterns of biochemical disorders under exposure to neurotoxic chemicals varying in nature. The article covers results of examination of workers engaged into chemical production and contacting neurotoxic factors varying in nature. Findings are disorders of cholesterol metabolism in individuals engaged into vinylchloride and metallic mercury production, modified protein metabolism, activated lipid peroxidation and depressed antioxidant defence.
Key words: mercury, vinylchloride, epichlorhydrin, superoxide dismutase, nitrogen oxide, reduced glutathione, protein metabolism, lipid metabolism, biochemistry.
Наиболее значимыми биохимическими мишенями воздействия различных токсичных веществ являются липиды и белки. Так, показатели белкового обмена характеризуют функциональное состояние многих систем организма, включая главный орган детоксикации — печень. А нарушения липидного обмена отмечаются вследствие эмоционального перенапряжения, поражений печени, изменений гормонального баланса в организме. Ранее установлено, что показатели липидного обмена модифицируются при изменении социально-экономических условий [5], при комплексном воздействии токсичного и психоэмоционального факторов [7]. В то же время возникновение нарушений в этой биохимической системе наряду с активацией процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) является реальным риском развития сосудистой патологии, усугубляя нарушения, развивающиеся в центральной нервной системе при действии нейротоксичных факторов.
Учитывая вышеизложенное, целью настоящей работы явилось выявление нарушений биохимических показателей белкового, липидного обменов, процессов, характеризующих оксидативный стресс, у рабочих, контактирующих с нейроток-сичными факторами различной природы.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Были обследованы рабочие химических производств, контактирующие в профессиональной
деятельности с нейротоксичными веществами: 56 мужчин, работающих в производстве каустика методом ртутного электролиза (2-я группа) более 5 лет, и 55 высокостажированных рабочих производства винилхлорида (ВХ), подвергающихся в течение 10 лет и более воздействию ВХ и дихлорэтана (ДХЭ) (3-я группа). Группу сравнения составили 45 мужчин, отработавших в контакте с веществами общетоксичного действия — эпихлоргидрином (ЭХГ) и хлористым аллилом (ХА) более 10 лет (1-я группа). Биохимические показатели изучали в образцах венозной крови, отобранной после 12-часового перерыва в приеме пищи. Определяли показатели липидного обмена: содержание общего холестерина (ОХ), холестерина (ХС) в липо-протеидах высокой плотности (ЛПВП), тригли-церидов на биохимическом анализаторе «Cormay multi» (Польша) ферментативными методами с использованием стандартных тест-наборов («Cormay», «Biocon»). Фракции липопротеидов исследовали электрофоретическим методом на агарозном геле «Hydrogel Lipo + Lp(a)K20» («Cormay», Польша) на оборудовании той же фирмы. Содержание ХС в липопротеидах низкой плотности (ЛПНП) и в липопротеидах очень низкой плотности (ЛПОНП) рассчитывали по формуле Friedwald [13]. Индекс атерогенности определяли расчетным путем как соотношение атерогенных фракций ХС к неатерогенным.
Для оценки состояния белкового обмена в сыворотке крови определяли содержание общего белка (тест-набор «Total protein», «Cormay») на биохимическом анализаторе «Cormay multi» и его фракции методом электрофореза на аппарате «Cormay» с помощью набора « GEL PROT» той же фирмы. Активность щелочной фосфатазы (ЩФ) и гаммаглутамилтрансферазы (ГГТ) измеряли кинетическими методами с помощью тест-наборов фирмы «Biocon» (Германия). Определение содержания церулоплазмина (ЦП) проводили иммунотурбидиметрическим методом при специфическом взаимодействии между поликлональными антителами к церу-лоплазмину антисыворотки и соответствующим антигеном при оптимальном рН в присутствии полиэтиленгиколя с помощью тест-наборов «Sentinel» (Италия). Уровень оксида азота (NO) оценивали по суммарному количеству его стабильных метаболитов — нитрита и нитрата спектрофотометрическим методом с использованием реактива Грисса, предварительно восстанавливая нитрат до нитрита металлическим кадмием в присутствии цинка [3]. В качестве вторичных продуктов процессов ПОЛ служили ТБК-активные продукты (ТБК-АП), содержание которых измеряли спектрофотометриче-ским методом при взаимодействии малонового диальдегида с тиобарбитуровой кислотой [8]. Содержание восстановленного глутатиона (ВГ)
в эритроцитах определяли калориметрическим методом с использованием реактива Элмана, предложенным Sedlak, Lindsay [16]. Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли методом J. Fridovich [12], в модификации San, Zigman, основанном на торможении аутоокис-ления адреналина в Na-карбонатном буфере при pH = 10,2. Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы «Statistica 5.0». Сравнение средних значений количественного, нормально распределенного признака в группах проводили при помощи однофакторного анализа вариаций (ANOVA) после проверки гипотезы о равенстве дисперсии (тест Левена). Апостериорные сравнения групп осуществляли по критерию наименьшей значимой разности. В случае наличия разности дисперсий сравниваемых групп дальнейшее сравнение проводили в ANOVA Краскела-Уоллиса с последующим попарным межгрупповым сравнением величин U методом Манна-Уитни с применением поправки Бонферрони [9]. Результаты исследований представлены в виде значения среднего и стандартного отклонения.
Р е з у л ь т а т ы и о б с у ж д е н и е. В результате проведенных исследований (табл. 1.) были выявлены статистически значимые различия в содержании фракций холестерина высокой и низкой плотности в сыворотке крови обследуемых групп. Основные различия со-
Т а б л и ц а 1
Показатели липидного обмена у лиц с воздействием токсичных факторов различной природы (М ± ЯО; п)
Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Рдисп. ANOVA Краскела-Уоллиса
Общий холестерин, ммоль/л 5,47 ± 1,29 47 5,55 ± 0,95 58 5,67 ± 1,03 55 0,870
ХС в ЛПВП, моль/л 1,31 ± 0,4023 47 1,19 ± 0,313 58 1,04 ± 0,28 55 0,001
ХС в ЛПНП, моль/л 3,38 ± 1,233 47 3,69 ± 0,90 58 3,99 ± 0,91 55 0,036
Триглицериды, моль/л 1,72 ± 1,26 47 1,45 ± 0,75 58 1,40 ± 0,76 55 0,457
ЛПВП, % 28,64 ± 8,07 46 30,08 ± 8,28 58 27,03 ± 8,22 51 0,342
ЛПНП, % 46,53 ± 10,99 46 47,60 ± 8,44 58 47,45 ± 9,36 51 0,637
ЛПОНП, % 23,87 ± 12,66 46 21,04 ± 10,97 58 25,16 ± 11,38 51 0,124
Примечание. Здесь и в табл. 2: 2 — различия достоверны по сравнению с группой 2; 3 — различия достоверны по сравнению с группой 3, р < 0,0167, и — критерий Манна-Уитни.
стояли в снижении содержания ХС в ЛПВП и повышении концентрации ХС в ЛПНП у лиц, подвергавшихся влиянию ВХ и ДХЭ (Рдисп.= 0,001 и Рдисп.= 0,036 соответственно) при сопоставимом уровне ОХ у представителей сравниваемых когорт (Рдисп.= 0,87). Отмечено достоверное (р = 0,046) снижение ХС в ЛПВП и тенденция (р = 0,056) к повышению ХС в ЛПНП в группе лиц, подвергшихся влиянию ртути по отношению к среднегрупповым значениям рабочих, контактирующих с ЭХГ и ХА. Обращает на себя внимание тот факт, что несмотря на отсутствие различий в содержании ОХ, его среднегрупповые концентрации превышали нормативные уровни в среднем на 5 —10 %. Наиболее выраженное превышение этого показателя обнаружено у рабочих производства ВХ — 5,67 ± 1,03 ммоль/л (верхняя референтная граница изучаемого показателя — 5,2 ммоль/л). В этой же группе отмечалось превышение референтных значений содержания ХС в ЛПНП — 3,99 ± 0,91 ммоль/л (оптимальный уровень — до 3,80 ммоль/л). Изменения в соотношении липопротеидов у рабочих производства ВХ были обусловлены повышением относительно количества ЛПОНП до 25,2 ± 11,4 % при нормативном уровне до 23,1 %.
Анализ изменений показателей белкового обмена (табл. 2) показал существование зависимости модификации соотношения белковых фракций от влияющего токсичного агента. В группах лиц, подвергавших воздействию ней-ротоксичных веществ (2-я и 3-я), отмечались
более низкие значения уровня альбуминов в сравнении с таковыми у рабочих производства ЭХГ (Рдисп. = 0,051). Аналогичная направленность изменений отмечена и в отношении содержания а1-глобулинов (Рдисп. = 0,021), при этом статистически значимого уровня в сравнении со значениями группы сравнения снижение изучаемого показателя достигало у рабочих, контактирующих с ртутью. Отмеченная модификация частично компенсировалась за счет изменения относительного количества а2-глобулинов (Рдисп. = 0,094). В отношении фракций в-глобулинов не было выявлено общей закономерности воздействия токсикантов с ней-ротоксичной направленностью по сравнению с воздействием химических веществ общетоксического действия. Так, воздействие ртути сопровождалось достоверным увеличением уровня р1-глобулинов (7,8 ± 1,7 %, Рдисп. = 0,000) в сравнении со значениями сравниваемых групп (р = 0,002 и р = 0,000 для 1-й и 3-й когорт соответственно). Особенность влияния ВХ и ДХЭ на белковый обмен проявилась в достоверном (р = 0,001) повышении относительного количества Р2-глобулинов — 4,3 ± 1,2 % по сравнению с действием на изучаемый показатель остальных токсикантов.
Оценка влияния токсичных веществ на содержание ферментов печени в сыворотке крови показала статистически значимое (Рдисп. = 0,000) повышение активности ЩФ у лиц, контактирующих с ртутью (169,0 ± 47,8Е/л), в сравнении со среднегрупповыми показателя-
Т а б л и ц а 2
Показатели белкового обмена у лиц с воздействием токсичных факторов различной природы (М±SD; п)
Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Рд„сп. ANOVA Краскела-Уоллиса
Альбумины, % 62,20 ± 3,903 45 60,58 ± 4,78 56 60,24 ± 3,37 55 0,051
а1-глобулины, % 4,00 ± 0,902 45 3,60 ± 0,98 56 3,82 ± 0,92 55 0,021
а2-глобулины, % 8,97 ± 1,942 45 9,53 ± 1,85 56 9,36 ± 2,08 55 0,094
Р1-глобулины, % 6,71 ± 1,992 45 7,78 ± 1,713 56 6,30 ± 1,61 55 0,000
Р2-глобулины, % 3,46 ± 1,453 45 3,50 ± 1,203 56 4,27 ± 1,18 55 0,000
у-глобулины, % 14,75 ± 2,26 45 14,94 ± 2,73 56 15,68 ± 2,85 55 0,371
Альбумины/глобулины 1,65 ± 0,27 45 1,57 ± 0,32 56 1,53 ± 0,21 55 0,272
ми 1-й (146,6 ± 92,3Е/л, р < 0,0167) и 3-й (140,0 ± 40,8Е/л, р < 0,0167) групп. Учитывая, что изменение концентрации общей фракции данного фермента наблюдается не только при обтурационных и воспалительных явлениях в печени, но и при патологии костной ткани, а также учитывая специфику депонирования ртути в костях, можно предположить, что выявленный нами факт, скорей всего, связан именно с последним объяснением. Тем более что средне-групповой уровень активности ГГТ занимал промежуточное положение среди полученных значений. Наиболее высокая степень увеличения активности ГГТ отмечена при воздействии ЭХГ и ХА: 51,5 ± 16,1 Е/л (Рдисп. = 0,000), что достоверно выше значений 2-й (35,1 ± 35,1 Е/л, р < 0,0167) и 3-й (21,7 ± 18,8 Е/л, р < 0,0167) групп.
Характеризуя показатели окислительного стресса у стажированных рабочих химических производств, контактирующих с разными химическими веществами, следует отметить наличие достоверного межгруппового различия по всем изучаемым показателям (табл. 3). В группе лиц производства каустика выявлено статистически значимое падение показателей ВГ (Рдисп. = 0,037) и ЦП (Рдисп. = 0,000) по сравнению с аналогичными значениями осбледуемых 1-й и 3-й групп. Отмеченные изменения сопровождались увеличением концентрации метаболитов оксида азота и ТБК-АП в сыворотке крови (Рдисп. = 0,009 и Рдисп. = 0,06 соответственно). Изменения вышеперечисленных показателей ПОЛ и ОАС у рабочих производств ВХ и ЭХГ были сходными и не имели статистически значимых
межгрупповых различий, что свидетельствует о едином механизме нарушений данных показателей при воздействии хлорорганических соединений. Обращает на себя внимание характер изменений (Рдисп. = 0,000) активности одного из ключевых антиоксидантных ферментов — СОД: наименьшие значения активности зарегистрированы у рабочих, контактирующих с ртутью (р < 0,0167), наибольшие — у лиц, подвергающихся воздействию ЭХГ и ХА (р < 0,0167).
Таким образом, изменения показателей ли-пидного, белкового обменов, оксидативного стресса, наблюдающиеся у рабочих, свидетельствуют о наличии влияния химической нагрузки на исследуемые процессы. Обсуждая нарушения белкового обмена, следует отметить, что в состав каждой фракции белкового спектра входят протеины, осуществляющие различные функции в организме [6]. Комплекс а1-глобулинов составляют ЛПВП и антипротеолитические белки, в состав а2-глобулинов входят белки острой фазы воспаления [1], протеины, выполняющие транспортные функции; основными представителями Р1-глобулиновой фракции являются трансферрин и гемопексин, а Р2 — ЛПНП и компоненты системы комплемента [4].
Учитывая вышеизложенное, можно предполагать, что уменьшение количества а1-глобулинов у рабочих производств каустика методом ртутного электролиза и винилхлорида может быть вызвано снижением опсонирующей и/или фагоцитарной функции микро- и макро-цитов, являющихся основными поставщиками протеолитических ферментов, в ответ на выработку которых в организме синтезируются
Т а б л и ц а 3
Показатели окислительного стресса и антиоксидантной системы у лиц с воздействием токсичных факторов различной природы (М ± ЯО; п)
Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Рд„сп. ANOVA Краскела-Уоллиса
Восстановленный глутатион, мкМ/мл 1,04 ± 0,22 46 0,83 ± 0,273 55 1,27 ± 1,45 55 0,0371
N0, мкМ/л 25,34 ± 11,86 44 34,31 ± 9,80 58 25,31 ± 25,37 55 0,0086
ТБК, мкМ/л 2,95 ± 1,18 46 4,31 ± 3,72 57 3,31 ± 1,17 53 0,0660
СОД, Ед/мг НЬ 34,65 ± 15,85 46 11,09 ± 4,03 51 24,21 ± 13,9812 54 0,0000
Церулоплазмин, мг/дл 45,49 ± 13,692 43 35,29 ± 5,981,3 52 45,55 ± 22,022 54 0,0009
Примечание: 1 — различия достоверны по сравнению с группой 1; 2 — различия достоверны по сравнению с группой 2; 3 — различия достоверны по сравнению с группой 3, р < 0,0167, и — критерий Манна-Уитни.
белки антипротеолитической системы — а1-антитрипсин, орозомукоид, а1-антихемотрипсин [6, 10]. Аналогичные изменения обнаружены нами ранее при обследовании пожарных [7]. Отсутствие корреляции модификации данного показателя со значениями ЛПВП в сыворотке крови обследуемых групп позволяет отрицать наличие связи между имеющимися нарушениями в количестве а1-глобулинов и синтезом аполипопротеида А, входящим в состав вышеуказанных липидов. Повышенное содержание Р1-глобулинов у рабочих, контактирующих с ртутью, позволяет предполагать наличие у данной когорты лиц повышенной потребности в траспортных белках железа и гема [15]. Косвенным подтверждением данного предположения является наличие у представителей данной группы ретикулоцитоза. Имеющиеся отклонения от нормы уровня Р2-глобулинов у рабочих производства ВХ, возможно, связаны с увеличением концентрации в крови апо-белков, осуществляющих перенос атерогенных фракций ХС (ХС в ЛПНП). Данные изменения зарегистрированы для высокостажированных рабочих всех химических производств. Тем не менее статистически значимые отклонения касались изменения соотношения атерогенных и антиатерогенных фракций ХС у лиц, контактирующих с ВХ и ДХЭ, а также с металлической ртутью. Отмеченная модификация протекала параллельно с активизацией процессов оксидативного стресса и/или ослабления антиоксидантной защиты. У рабочих производства каустика параллельно с увеличением вторичных продуктов перекисного окисления (ТБК-АП) наблюдалось снижение уровня ВГ, ЦП, активности СОД. Для рабочих производства ВХ было характерно менее выраженное накопление ТБК-АП на фоне снижения концентрации оксида азота и более высокой активности СОД. Нарушения в группе сравнения, контактирующей с ЭХГ и ХА, в основном касались снижения уровня метаболитов N0. Являясь эндотелиальным расслабляющим фактором, эта короткоживу-щая молекула вызывает расширение сосудов и угнетение агрегации тромбоцитов, способствует расслаблению тромбоцитарных агрегатов, задерживает перекисную модификацию ЛПНП [14]. В то же время перекисно-модифицированные ЛПНП задерживают образование или инак-тивируют закись азота [11]. Следовательно, в случае воздействия химических веществ создаются «благоприятные» условия для накопления атерогенных фракций ХС и липопротеидов на фоне снижения антиатерогенных форм при одно-
временном нарушении соотношения в системе ПОЛ — антиоксидантная защита. Кроме того, следует отметить, что накопление в интиме сосудов перекисно-модифицированных ЛПНП стимулирует экспрессию цитокинов и факторов роста, характерных для иммуновоспалительных процессов (ИЛ-1, фактора некроза опухолей-а, интерферон-Y, ИЛ-8 и других), что является важным звеном в цепи и развивающихся реакций от гиперлипопротеидемии до формирования атеросклеротического поражения. Повышенные уровни провоспалительных цитокинов зарегистрированы у рабочих химических производств [2]. Данные факторы способствуют повреждению эндотелия всех сосудов, включая сосуды головного мозга, создавая тем самым угрозу нарастания нарушений, возникающих в результате непосредственного повреждающего воздействия нейротоксичных факторов.
З а к л ю ч е н и е. Наибольшие изменения холестеринового обмена обнаружены у группы лиц, контактирующих с винилхлоридом и металлической ртутью, выражающиеся в увеличении атерогенных фракций и снижении холестерина в липопротеидах высокой плотности. Отмеченные изменения сопровождались повышением содержания $2-глобулинов. Воздействие ртути приводило к увеличению уровня в1-глобулинов и снижению содержания а1-глобулинов на фоне повышения концентрации щелочной фосфатазы в сыворотке крови и падения уровня восстановленного глутатиона, церулоплазмина и супероксид-дисмутазы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алешкин В.А., Новикова Л.И., Лютов А.Г. и др. // Клин. мед. — 1988. — № 8. — С. 39—47.
2. Бодиенкова Г.М., Колесникова Л.И., Тимофеева С.С. Иммунореактивность населения и качество окружающей среды Прибайкалья. — Иркутск: Изд-во ИрГ-
ТУ, 2006.
3. Голиков П.П., Николаева Н.Ю. // Биомед. хим.
— 2004. — № 1. — С. 79—85.
4. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. — М.: Медпресс-информ, 2004.
5. Климов А.Н., Никульчева Н.Г. Обмен липидов и липопротеидов и его нарушения. — С.-Пб.: Питер
Ком, 1999.
6. Клиническая биохимия / Под ред. А.Я. Цыганен-ко. — М.: Триада-Х, 2002.
7. Кудаева И.В., Бударина Л.А. // Мед. труда. —
2005. — № 12. — С. 32—37.
