CC BY
7
[ена и санитария 6/2010
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2010 УДК 613.632.4-074
С. И. Красиков', А. Н. Тииьков2, А. А. Тиньков', О. В. Захарова1, И. В. Шарапова', В. М. Боев'
ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СОДЕРЖАНИЕМ МЕТАЛЛОВ И ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В ОРГАНИЗМЕ
'Оренбургская государственная медицинская академия; 'Медицинская служба ООО "Газпром Добыча Оренбург"
У работников газохимического производства исследовали содержание металлов в волосах, а также оценивали интенсивность окислительного стресса по активности антиоксидантных ферментов в лизатах эритроцитов и сывороточной у-глутамилтрансферазы. Улиц, занятых на различных циклах производственной деятельности, выявили взаимосвязь содержания исследуемых металлов и интенсивности процессов свободнора-дикального окисления.
Ключевые слова: газохимическая промышленность, металлы переменной валентности, окислительный стресс
S. I. Krasikov, А. N. Tinkov, A. A. Tinkov, О. V. Zakharova, N. V. Sharapova, V. М. Boyev. - ASSOCIATION BETWEEN THE LEVELS OF METALS AND THE INTENSITY OF OXIDATIVE STRESS IN THE BODY
The hair levels of metals were measured in the workers of gas-and-chemical industry. The intensity of oxidative stress was estimated from the activity of antioxidative enzymes in the lysates of erythrocytes and serum y-glutamyltransferase. An association was found between the content of the metals under study and the intensity of free radical oxidation processes in persons engaged in different production cycles. Key words: gas-and-chemical industry, metals of variable valency, oxidative stress
В настоящее время контроль за действием неблагоприятных химических факторов производства на организм человека осуществляется на основе соблюдения их предельно допустимых концентраций (ПДК). Вместе с тем ряд поллютантов, концентрации которых не превышают допустимых, в силу их физико-химических свойств способны депонироваться в биосредах и при определенных условиях оказывать неблагоприятное действие на организм занятых в производстве лиц.
В частности, металлы, которые достаточно широко распространены в производственной зоне [1], попадая в организм, могут образовывать редокс-системы и, взаимно потенцируя прооксидантное действие друг друга, способствовать развитию окислительного стресса (ОС).
Возможность такого действия химических загрязнителей производственной среды и, в частности, тяжелых металлов, изучена недостаточно, что и послужило поводом для проведения настоящего исследования.
Обследовали 273 работников 4 структурных подразделений Оренбургского газохимического комплекса (ОГХК): Подразделение № 1 (ПР1) — добыча газа, газового конденсата и нефти, Подразделение № 2 (ПР2) — очистка газа от сероводорода, влаги, Подразделение № 3 (ПРЗ) — производство гелия, гелий-неоновой смеси, Подразделение № 4 — управление производством. Поскольку ПР4 расположено непосредственно в городской черте Оренбурга, эта группа может служить контролем.
Красиков С. И. — д-р мед. наук, проф., зав. каф. медицинской и фармацевтической химии (к5_огеп@ mail.ru); Тиньков А. Н. — д-р мед. наук, проф., нач. медицинской службы (А. Tinkov@ogr.gazprom.ru); Тиньков А. А. — лаборант каф. медицинской и фармацевтической химии (acropolis@rambler.ru); Захарова О. В. — ассистент каф. медицинской и фармацевтической химии (olli82@list.ru); Шарапова Н. В. — канд. биол. наук, ассистент каф. медицинской и фармацевтической химии (89123570287); Боев В. М. — д-р мед. наук, проф., ректор (orgma@esoo.ru)
Ранее было показано, что для производственной среды характерно наличие ряда металлов [1], в связи с чем исследовали содержание металлов в организме работников ОГХК. В качестве субстрата для определения содержания металлов в организме использовали волосы, так как элементный состав волос отражает воздействие факторов окружающей среды на организм, а также коррелирует с содержанием химических элементов в других тканях организма [4]. Содержание 8 металлов (Ре, Си, Со, Сг, V, Ав, Сё, N0 в волосах определяли методами атомной эмиссионной и масс-спектрометрии с ин-дуктивно-связанной плазмой. Содержание металлов в образцах волос выражали в мкг/г.
Антиоксидантный статус оценивали по активности супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы, которую измеряли в лизатах отмытых эритроцитов. Активность СОД определяли на основе скорости аутоокисления адреналина в адренохром в щелочной среде при длине волны 347 нм [2]. Активность каталазы определяли спектрофотометрическим кинетическим методом прямой регистрации разложения перекиси водорода при длине волны 240 нм на спектрофотометре СепезуБ 5 [18]. Активность ферментов выражали в единицах активности на 1 г гемоглобина (ЕД/г НЬ).
В сыворотке крови определяли активность у-глутамилтрансферазы (ГГТ), которая в настоящее время рассматривается как один из маркеров развития ОС [6]. Активность ГГТ определяли с использованием принципов расчета и реактивов Сог-тау (Польша). Активность фермента выражали в единицах активности на 1 л сыворотки (ЕД/л).
Полученные результаты обрабатывали с помощью стандартных методов вариационной статистики. Для сравнения групп исследования использовали /-критерий Стьюдента.
Концентрации исследуемых элементов в волосах работников 4 подразделений ОГХК приведены в таблице. У всех обследуемых контрольной группы (ПР4) среднее содержание всех определяемых металлов находилось в пределах допустимых значе-
Среднее содержание металлов (в мкг/г) в волосах работников ОГХК (М ± т)
Референтные значения [4| Подразделения ОГХК Р
1-е (я = 41) 2-е (я = 53) 3-е (я = 96) 4-е (я = 78)
Ре 11,0-24,0 66,43 ± 4,81 29,13 ± 2,02 35,37 ± 3,53 22,48 ± 2,04 Л-2.з.4< 0,001
Си 9.0-14,0 13,15 ± 0,48 16,54 ± 0.7 14,18 ± 0,56 13,16 ± 0,69 р2_) < 0,001, /»,.4-2 < 0,001
Со 0,04-0,16 0,1 ± 0,02 0,02 ± 0,004 0,02 ± 0,002 0,02 ± 0,003 Р,-г.3.4 < 0,001
Сг 0,32-0,% 0,8 ± 0,06 0,57 ± 0,04 0,51 ± 0,03 0,40 ± 0,03 Л-2.3.4 < 0,001
V 0,01-0,5 0,13 ± 0,01 0,12 ± 0,01 0,12 ± 0,007 0,07 ± 0,006 Р,^ < 0,001
Ав 0,00-0,56 0,09 ± 0,0064 0,08 ± 0,006 0,08 ± 0,009 0,054 ± 0,005 р,_А < 0,001
са 0,02-0,12 0,45 ± 0,0635 0,15 ± 0,03 0,31 ± 0,079 0,05 ± 0,009 р,_2 0,001
N1 0,14-0,53 0,7 ± 0,0848 0,54 ± 0,03 0,57 ± 0,05 0,5 ± 0,062 Рх-4 < 0,05
20,53-40,83 81,84 ± 5,03 47,17 ± 2,12 51,17 ± 3,65 36,74 ± 2,32 Л-2.3.4< 0,001
НИЙ, хотя содержание Ре, Си и N1 приближалось к контрольной группы, в 3 и 2 раза выше, чем у об
верхней границе нормы.
У рабочих ПР1 концентрация железа в волосах почти в 3 раза превышала предельный показатель, а также была в 2,3 и 1,9 раза выше, чем у обследованных из групп ПР2 и ПРЗ соответственно.
Содержание меди было наибольшим в группе ПР2 и, хотя в абсолютных значениях незначительно превышало этот показатель в группах ПР1, ПРЗ и ПР4, различия были статистически значимыми.
Содержание Со и Сг во всех группах не превышало нормальных величин. У рабочих ПР1 эти значения приближались к верхней границе нормы и были существенно выше, чем в других группах. Содержание Сг у лиц, входящих в ПР2 и ПРЗ, также было выше, чем в контроле (на 40 и 28% соответственно).
Содержание Сс1 в исследуемом материале, полученном от рабочих ПР1, было почти в 4 раза выше верхней границы нормы в 9 раз выше, чем у лиц
следуемых из ПР2 и ПРЗ соответственно.
Уровень N1 в волосах обследуемых контрольной группы, групп ПР2 и ПРЗ находился на верхней границе нормы, а в группе ПР1 был на 40% выше этого показателя.
Суммарное содержание изучаемых металлов в волосах работников ПР1 было в 2,2 раза выше, чем в контрольной группе ПР4. В подразделениях ПР2 и ПРЗ этот показатель был соответственно на 30 и 38% выше, чем у лиц, входящих в контрольную группу.
Таким образом, хотя концентрации большинства изучаемых металлов находились в пределах референтных значений, их суммарное содержание выходит за границы таковых, что особенно выражено у работников ПР1.
На рис. 1 отражены данные по активности ан-тиоксидантных ферментов в лизатах отмытых эритроцитов у работников различных подразделений ОГХК. Активность СОД у работников ПР1, связанного с добычей газа и газового конденсата, ниже чем в контрольной группе на 20%, активность каталазы при этом снижена умеренно. У лиц, входящих в ПР2, деятельность которых связана с переработкой газа и его очисткой от примесей, напротив, отметили увеличение активности каталазы на 10% по сравнению с группой лиц, не занятых на производстве. При этом снижение активности СОД выражено незначительно. У работников ПРЗ, осуществляющих производство гелия и гелий-неоновой смеси, активность ферментов достоверно не различалась с соответствующими показателями группы ПР4, хотя имелась тенденция к ее снижению.
600-
560-
520-
480-
440
400
1 2 3 4 Подразделение
118,4618,28
540,10±26,85 474.94*17,37
4 Подразделение
491,21±17,41
Рис. 1. Активность (в ЕД/г НЬ) СОД (а) и каталазы (б) в лизатах открытых эритроцитов у работников структурных подразделений ОГХК.
Достоверность: каталаза: р,_, < 0,05; р,_, < 0,01; СОД: />,_, С 0,05.
Рис. 2. Активность сывороточной ГГТ (в Ед/л) у работников структурных подразделений ОГХК.
Достоверность; р,_г < 0,01; р,_, < 0,00!; р^ < 0,001.
4 Подразделение
22,4±0,98
32,37±1,7
28,3±0,95
гиена и санитария 6/2010
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют, что у лиц с высоким содержанием исследуемых металлов в организме имеется угнетение антиоксидантных ферментов, в то время как незначительное их накопление по сравнению с контролем приводит, напротив, к некоторому повышению их активности.
На рис. 2 отражена активность ГГТ у работников различных подразделений ОГХК. Активность данного фермента у работников ПР1 и ПРЗ превышала соответствующий показатель лиц из контрольной группы на 44 и 26% соответственно. Активность ГГТ у работников ПР2 достоверно не различалась с контрольной группой, однако очевидна тенденция к ее увеличению.
Таким образом, у лиц групп ПР1 и ПР2 активность сывороточной ГГТ достоверно выше, чем в ПР4.
Ранее в ходе проведения экологического мониторинга установили выраженное различие в содержании металлов в производственной среде различных структурных подразделений ОГХК, однако, несмотря на достоверность различий, все значения находились в пределах ПДК [1].
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что различия в содержании исследуемых металлов в окружающей среде, связанные с условиями производства, приводят к различному накоплению этих металлов в организме работающих, что, в частности, отражается в их концентрациях в волосах.
В свою очередь поступление металлов в организм сопровождается развитием ОС, выраженность которого зависит от степени их накопления.
Со1+\/4+Ре2+ Сг5+М1+Си1+
ОС проявляется депрессией антиоксидантных ферментов и увеличением активности ГГТ, которая в настоящее время, согласно достаточно обоснованному мнению, является критерием выраженности металлокатализируемого ОС [6, 12, 13].
Механизмы, через которые высокие концентрации металлов могут приводить к активации свобод-норадикальных процессов в организме и развитию окислительного стресса, представлены на рис. 3. Из него видно, что металлы переменной валентности опосредованно участвуют в генерации перекиси водорода, активируя генерацию супероксидани-онрадикала [10], который впоследствии подвергается дисмутации под действием СОД с образованием перекиси водорода [9]:
Ме"+ + О
+ О,
+ 2Н+
М"+| + О,
Н2Ог + 02.
Coг+V5i^Fe3+ Сг6+М2+Си2+
Со1+\/4+Ре2+ Сг5+М11+Син
Сс?+\/5+Ре3+ Сг6+М2+Си2+
Свободнорадикальное повреждение — Г ДНК-
Аз3+Си2+
0
■ Репарация
Перекисная модификация белков
Дефект клеточного генома
Восстановленная ДНК
1
Гибель клетки
Стоит отметить, что в образовании перекиси водорода в биологических системах также участвует Аь. Реакция при этом протекает следующим образом [16]:
02 + Н.,0 + Н/^ -> Нэ/яО« + Н202.
Ряд металлов из перечисленных способны инак-тивировать каталазу и ГПО, что в еще большей степени способствует накоплению в клетке перекиси водорода. При этом Си способствует преобразованию активной каталазы в неактивные формы фермента, не способные катализировать реакцию разложения перекиси водорода [5]. Со ингибирует синтез гемовых групп в печени, что в свою очередь сопровождается угнетением синтеза каталазы и как следствие ее активности [17].
Ав и Сс1, способные связываться с БН-группами, в значительной степени влияют на ГПО, приводя к снижению активности фермента [8, 14].
В свою очередь перекись водорода служит источником образования высокореакционноспо-собного гидроксильного радикала в ходе реакции Фентона [7].
Повреждающее действие гидроксильного радикала реализуется через активацию перекисного окисления липидов (ПОЛ), пере-кисную модификацию белков и повреждение ДНК, что в конечном итоге ведет к гибели клетки.
Наконец, Аб и С<1 способны блокировать механизмы репарации ДНК [11, 15], что еще больше усугубляет отрицательное действие окислительного стресса.
В целом результаты полученных исследований свидетельствуют о высокой токсичности МП В, которая может проявляться в условиях их содержания в окружающей среде в пределах ПДК, но реализовываться вследствие их задержки и накопления
■ Повреждение биологических мембран
Рис. 3. Металлокатализируемый ОС. 46_
в организме. Учитывая неблагоприятные последствия действия ОС на организм, необходимо, во-пер-вых, осуществлять постоянный контроль за его выраженностью и поступлением прооксидантов в организм, во-вторых, использовать препараты, обладающим антиоксидантным действием.
Литература
1. Иванов С. И., Тиньков А. Н. и др. Экологическая безопасность и здоровье населения в зоне влияния крупного газохимического комплекса. — М., 2007.
2. Сирота Т. В. // Вопр. мед. химии. — 1999. — № 3. — С. 263-272.
3. Скальный А. В. // Микроэлементы в мед. — 2003. — № 4. — С. 55-56.
4. Creason J. Р., Hinner Т. A. et al. // Clin. Chem. — 1975. — Vol. 21, N 4. - P. 603-612.
5. Davidson A. J. et al. // J. Biol. Chem. - 1986. - Vol. 261, N 3. - P. 1193-1200.
6. Duk-Hee Lee et al. // Free Rad. Res. - 2004. - Vol. 38, N 6. -P. 535-539.
7. Fenton H. J. H. // J. Chem. Soc. - 1894. - Vol. 65. -P. 899-910.
8. Filipic M„ Hei Т. K. // Mutat. Res. - 2004. - Vol. 546. -P. 81-91.
9. Fridovich I. // J. Biol. Chem. - 1989. - Vol. 264, N 14. -P. 7761-7764.
10. Haber F., Weiss J. J. // Proc. R. Soc. London Ser. A. — 1934. - Vol. 147. - P. 332-351.
11. McMurray С. Т., Tainer J. A. // Nat. Genet. - 2003. — Vol. 34. - P. 239-241.
12. Paolicchi A., Dominici S. et al. // Biochem. Pharmacol. —
2002. - Vol. 64. - P. 1027-1035.
13. Pompella A., Visvikis A. et al. // Biochem. Pharmacol. —
2003. - Vol. 66. - P. 1499-1503.
14. Santra A., Maiti A. et al. // J. Toxicol. Clin. Toxicol. — 2000. — Vol. 38. - P. 395-405.
15. Valko M., Morris H. et al. // Curr. Med. Chem. - 2005. -Vol. 12, N 10. - P. 1161-1208.
16. Valko M., Rhodes C. J. et al. // Chem.-Biol. Interactions. — 2006. - Vol. 160. - P. 1-40.
17. Yasukochi Y. et al. // Biochem. J. - 1974. - Vol. 144. -P. 455-464.
18. Zuck H. Ц Methods of Enzymatic Analysis / Ed. H. Berg-meyer. - New York, 1963. - P. 885-894.
Поступила 10.11.09
Гигиена детей и подростков
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2010 УДК 613.954:612.6.05:612.821
В. И. Барский', М. Г. Аксенова', О. Б. Козлова', А. В. Кириллов', А. А. Демин', Л. М. Ильиных1
АССОЦИАЦИЯ ПОЛИМОРФИЗМОВ ГЕНОВ ДОФАМИНОВОЙ (DRD2) И СЕРОТОНИНОВОЙ (HTR2A) СИСТЕМ С ЛИЧНОСТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПОДРОСТКОВ
'НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН; 'Центр образования № 1998, Москва
В статье представлены результаты исследования влияния генов дофаминовой (DRD2) и серотониновой (5HTR2A) систем на развитие личностных характеристик подростков с применением опросника Кеттелла (16PF).
Исследование проводили в группе 360 подростков Москвы в возрасте 14—17 лет (185 девочек и 175 мальчиков).
Установлено, что мальчики-носители генотипов А1/А1 и А1/А2 аллеля гена DRD2 обладали более низким самоконтролем, недисциплинированностью и импульсивностью. Для девочек связь показателей недобросовестности, социальной интроверсии и независимости от группы установили с генотипом G/G гена 5HTR2A. Таким образом, выявили различия по влиянию полиморфизма генов дофаминовой и серотониновой систем на личностные характеристики подростков, характеризующие такие формы поведения, как недобросовестность, недисциплинированность, низкий самоконтроль и импульсивность.
Ключевые слова: дофаминовая система, серотониновая система, дезадаптивное поведение подростков
V. I. Barsky, М. G. Aksenova, О. В. Kozlova, А. V. Kirillov, A. A. Demin, L. 1. llyinykh. - ASSOCIATION BETWEEN DOPAMINE (DRD2) AND SEROTONIN (5HTR2A) GENE POLYMORPHISMS WITH THE INDICATORS OF ADOLESCENT BEHAVIOR ADAPTIVENESS
The paper gives the results of a study of the impact of dopamine (DRD2) and serotonin (5HTR2A) genes on the development of personality characteristics in adolescents, by applying the Cattell (16PF) questionnaire. The study was peiformed in a group of 360 Moscow teenagers (185 girls and 175 boys) aged 14-17 years. The boys carrying the Al allelle of the DRD2 gene were found to have a lower self-control, indiscipline, and impulsiveness. An association between the indicators of unconscientiousness, social introversion, and group independence was established in the girls with the G/G genotype of the 5HTR2A gene.
Thus, gender differences have been revealed from the impact of dopamine and serotonin gene polymorphisms on the teenagers' personality characteristics that characterize the forms of disadaptive behavior, such as unconscientiousness, indiscipline, low self-control, and impulsiveness.
Key words: dopamine system, serotonin system, teenagers'disadaptive behavior
