Введение к работе
Актуальность темы и степень ее разработанности
Остеопороз (ОП) в России, как и в большинстве стран мира, входит в четвёрку основных хронических болезней XXI века, наряду с сердечно-сосудистыми, онкологическими заболеваниями и сахарным диабетом, уносящих жизни и приводящих к инвалидизации населения (Казимирко В.К. Остеопороз: патогенез, клиника, профилактика и лечение. Киев: Морион, 2006. - 160 с; Митрохина Т.В. Остеопороз и остеопатии. - 2012. - № 2. - С. 13-17). При ОП нет характерной, в том числе ранней, клиники, кроме уже развившихся переломов. В связи с этим определение и учёт факторов риска при диагностике и организации профилактики ОП приобретают особое значение. Среди факторов риска развития ОП как важнейшие определяются предшествующие переломы, пожилой возраст, низкая минеральная плотность костной ткани (МПКТ), наследственность, гипогонадизм, курение, недостаточное потребление кальция и витаминов, злоупотребление алкоголем, низкая физическая активность и другие особенности образа жизни, низкая масса тела и др. (Лесняк ОМ., Беневоленская Л.И., Остеопороз. Диагностика, профилактика и лечение. М.: «ГЭОТАР-Медиа», 2010. - 269 с). В развитии осте-опороза существенную роль играют также экологические факторы, загрязнение производственной среды токсическими веществами. Имеется ограниченное число сообщений о влиянии химических факторов на состояние костной ткани (Камилов Ф.Х. Астраханский мед. журнал. - 2008. - №3 (приложение). С. 96-98; Мед. вестник Башкортостана. - 2007. - № 1. - С. 78-82.; Меньшикова И.А. Госпитальный вестник. - 2007. - № 1. - С. 41-43; Рамазанова Л.М. Вестник ОГУ. - 2008. - № 9 (91). - С. 199-203; Маклакова Т.П. Остеопороз и остеопатии - 2010. - № 1, приложение: Тезисы IV Российского конгресса по остеопорозу. - С. 41). При этом, особое внимание среди токсичных соединений привлекают тяжёлые металлы.
Профессиональный контакт с тяжёлыми металлами и другими токсичными элементами имеют рабочие предприятий по добыче руды и в производстве по обогащению цветных металлов. В рудах медно-цинковых колчеданных месторождений обнаружено более 80 минералов, содержащих медь, цинк, свинец, сурьму, серебро, золото, кадмий, ртуть, мышьяк, хром и другие элементы, которые с пылью попадают в организм горняков и накапливаются в тканях. Болезни костно-мышечной системы на предприятиях горнодобывающей промышленности занимают высокое ранговое место (Кудашева А.Р. Здравоохр. Башкортостана. - 2005. - № 2. - С. 30-33; Терегулова З.С. Профессиональная и производственно обусловленная заболеваемость у горнорабочих: особенности формирования и профилактика - Уфа, 2010. - 176 с; Аскарова З.Ф. Профессиональный риск у работников горнодобывающих предприятий - СПб.: Норд- мед- издат, 2010. - 216 с). Системный остеопороз очень часто сопровождается развитием хронического генерализованного пародонтита (Арутюнов С.Д. Стоматология. - 2008. - № 2. - С. 61-65; Артушкевич В.Г. Лечение и профилактика.- 2012. - №2(3).-с.42-47; Плескановая Н.В. Стоматолог. — 2008. -№ 7. - С. 18.; Watawski-Wende Y. J. , №11.-р.2116-2124; Lopes E. Rev. Bras. Gynecol. Obstet. - 2008. - Vol. 30, № 8. - P. 379-384).
Остеопоротические изменения скелета достаточно рано затрагивают кости челюсти, усугубляя деструкцию альвеолярной кости и соединительной ткани пародонта (Артушкевич В.Г. Рос. стоматол. журн. - 2008. - № 1. - С. 48-51; Starka М. Progresdent. - 2001. - Vol. 2 - P. 6-8). С этих позиций привлекают внимание результаты исследования, характеризующие развитие воспалительно-дистрофических изменений пародонта при действии химических загрязнителей окружающей и производственной среды (Поворознюк В.В., Мазур И.П. Здоров'я Украіпи. - 2003. - № 15-16. - С. 24-25; Чемикосова Т.С. Дальневост. мед. журн. — 2004. - № 4. - С. 15-18; Агафонов Ю.Г. Уральский стоматол. журн. - 2004. - № 4. -С. 8-12; Галикеева А.Ш. Мед. вестник Башкортостана. - 2008. - № 6. - С. 14-16). Прогрессирование стоматологических заболеваний с увеличением поражения твёрдых тканей зуба и усугублением тяжести течения пародонтита наблюдается у рабочих металлургического производства с увеличением стажа работы (Гарус Я.Н. Рос. стоматол. журн. - 2005. - № 6. - С. 37-38; Федорова Н.Г. Медицина труда и пром. экология. - 2008. - № 7. - С. 11-14). Тем не менее, характеристика состояния тканей пародонта при действии тяжёлых металлов и других токсичных элементов является одним из малоизученных вопросов.
Цель исследования
Охарактеризовать особенности метаболизма костной ткани и патогенетические механизмы развития остеопенического синдрома при действии комплекса элементов медно-цинковой колчеданной руды.
Задачи исследования
-
Изучить у горняков, добывающих медно-цинковую колчеданную руду подземным способом, состояние костной прочности, уровни в плазме крови кальция, фосфора, магния, биохимических маркёров ремоделирования кости ф-Cross Laps, активность костной щелочной фосфатазы).
-
Определить у горняков состояние оксидантно-антиоксидантной системы по интенсивности хемилюминесценции, концентрации ТБК-активных продуктов и общей антиоксидантной активности плазмы крови, а также содержание паратгормона, тестостерона и гонадотропных (фолликулостимулирующего и лютеинизирующего) гормонов.
-
Изучить в костной ткани нижней челюсти и трубчатых костях белых крыс содержание некоторых тяжёлых металлов, свободного и белковосвязанного оксипролина, гликозаминогликанов, в плазме крови - уровни кальция, фосфора, магния, С-концевых телопептидов коллагена типа I и активность костной щелочной фосфатазы при длительном ежедневном внутрижелудочном введении суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды.
-
Оценить состояние оксидантно-антиоксидантной системы в гомогенатах костной ткани нижней челюсти и эпифизов трубчатой кости (интенсивность хемилюминесценции, содержание продуктов ПОЛ (ТБК-активные продукты) и окислительной модификации белков, общую антиокислительную активность, активность супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и каталазы) при длительном введении руды.
5. Исследовать в плазме крови при действии компонентов руды уровень
паратгормона, тестостерона, фолликулостимулирующего и лютеинизирующего
гормонов, витамина Д.
6. Изучить влияние элементов ме дно-цинковой колчеданной руды на
гистологическую структуру костной ткани нижней челюсти и трубчатой кости.
Методология и методы исследования
В работе использованы результаты обследования 608 рабочих ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (г. Учалы). Обследованные работники были поделены на две группы: основную и сравнения. Основную группу составили 500 горнорабочих, добывающих ме дно-цинковую колчеданную руду подземным способом, которые в процессе производственной деятельности подвергаются воздействию комплекса вредных факторов, основным среди которых является рудничная пыль. Медно-цинковые колчеданные руды содержат различные тяжёлые металлы и токсичные элементы (Рв, Cr, Cd, Hg, Ag, As, Си, Mn, Sr и др.). В группу сравнения (108 мужчин) были включены работники наземных служб этого же предприятия. Возраст обследуемых горняков колебался от 21 до 57 лет (38,4±8,62 года), рабочих группы сравнения — от 22 до 60 лет (39,8±7,14года).
Экспериментальные исследования выполнены на 194 белых крысах-самцах массой 180-260 г. При проведении экспериментов неуклонно соблюдали положения Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным (Касаткина Т.Б. Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2002. - № 2. - С. 17-21). Животным подопытных групп ежедневно внутрижелудочно с помощью специального металлического зонда вводили суспензию мелко растёртого порошка медно-цинковой колчеданной руды Учалинского месторождения в 2% растворе крахмала из расчёта 60 мг на 100 г массы крысы. Интоксикацию проводили в течение трёх месяцев. Расчёт вводимой дозы порошка руды осуществляли исходя из минимальной токсичной дозы меди, составляющего для крыс 2,11 мг/100 г массы (Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 1016 с.) и среднего содержания её в руде — 3,5%. Крысы контрольной группы получали внутрижелудочно раствор крахмала.
В работе использованы биохимические, иммуноферментные,
гистологические методы, атомно-абсорбционная спектрометрия,
хемилюминесценция, ультрасонометрия.
Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора
Достоверность результатов работы, обоснованность выводов и рекомендаций базируется на достаточном числе наблюдений и экспериментальных данных, использовании современных методов и статистической обработке материалов исследования.
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на III Международной научно-практической конференции «Биоэлементы» (Оренбург, 2011), научно-практической конференции с международным участием «Илизаровские чтения» (Курган, 2012), Российской научно-практической конференции «Остеопороз - важнейшая мультидисциплинарная проблема
здравоохранения XXI века» (Санкт-Петербург, 2012), Международной конференции молодых учёных «Медицинская наука - 2012» (Уфа, 2012), IV и V Российских научно-практических конференциях «Здоровье человека XXI века» (Казань, 2012; 2013), VI Архангельской Международной медицинской научной конференции молодых ученых и студентов (к 80-летию Северного ГМУ) (Архангельск, 2013), на совместном заседании кафедр биологической химии и патологической физиологии ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России (Уфа, 2013).
Содержащиеся в работе результаты получены лично автором или при его непосредственном участии на всех этапах выполняемой диссертации: проведение научно-информационного поиска, анализ и обобщение данных специальной литературы, постановка задач, выбор и освоение методов, проведение экспериментов и лабораторных исследований, сбор, статистическая обработка и оценка полученных данных, написание статей, оформление диссертационной работы.
Положения, выносимые на защиту
-
У горнорабочих, добывающих ме дно-цинковую колчеданную руду подземным способом, во всех возрастных группах снижение костной прочности наблюдается чаще, чем у рабочих наземных служб, выявляются нарушения фосфорно-кальциевого обмена, интенсивности ремоделирования костей с превалированием резорбции.
-
У горняков со сниженной костной прочностью обнаруживается интенсификация процессов свободнорадикального окисления липидов, зависящая от стажа работы на рудниках, выявляется уменьшение в плазме крови концентрации тестостерона, повышение паратиреоидного и гонадотропных гормонов.
3. Хроническая интоксикация экспериментальных животных компонентами
медно-цинковой колчеданной руды приводит к накоплению в костной ткани
периферического (трубчатые кости) и лицевого (нижняя челюсть) скелета ряда
тяжёлых металлов (Zn, Си, Pb, Hg, Mn, Fe, Cd, Cr), усилению катаболизма
костного коллагена, активации костной резорбции и нарушениям фосфорно-
кальциевого обмена.
4. Накопление токсичных элементов в костной ткани при хроническом
поступлении в организм экспериментальных животных компонентов руды
приводит к ингибированию ферментативного и неферментативного звеньев
антиоксидантной защиты, усилению свободнорадикального окисления с
накоплением продуктов липопероксидации и карбонилирования белков,
нарушению гистологической структуры компактной и губчатой кости, тканей
пародонта. В плазме крови при этом изменяется содержание системных гормонов,
участвующих в регуляции метаболизма костной ткани - снижается уровень
тестостерона у самцов и повышается - паратиреоидного гормона.
5. Основными патогенетическими механизмами, приводящими к
нарушению метаболизма костной ткани со снижением её прочности при действии
компонентов руды, являются интенсификация свободнорадикальных процессов,
снижение физиологического уровня антиоксидантной защиты. Дезинтеграция гормонального баланса, вытеснение кальция из минеральной фазы костной ткани, снижение содержания витамина Д, нарушения фосфорно-кальциевого обмена способствуют развитию этих нарушений.
Научная новизна
Установлено, что у горных рабочих (проходчики, взрывники, крепильщики, машинисты буровых установок и погрузочно-доставочных машин), добывающих руду подземным способом, во всех возрастных группах, значительно чаще, чем у работников наземных служб выявляется снижение показателей костной прочности. Впервые показано, что у горняков, имеющих низкий уровень костной прочности, наблюдается повышение в плазме крови концентрации маркёра костной резорбции - С-концевых телопептидов коллагена типа I, при физиологическом уровне маркёра остеогенеза - активности костной щелочной фосфатазы, обнаруживается интенсификация процессов свободно-радикального окисления липидов на фоне снижения общей антиоксидантной активности плазмы. У этой группы рабочих подземных рудников установлены снижение уровня тестостерона, повышение содержания паратгормона, ФСГ и ЛГ.
Впервые установлено, что длительное (в течение трех месяцев) ежедневное внутрижелудочное введение самцам крыс суспензии порошка ме дно-цинковой колчеданной руды приводит к резкому увеличению в костях периферического и лицевого скелета содержания тяжёлых металлов (ртути, кадмия, свинца, марганца, железа, стронция, цинка, меди).
Получены новые данные, характеризующие комплекс нарушений метаболизма костной ткани при действии компонентов медно-цинковой колчеданной руды: усиление катаболизма коллагена, превалирование резорбтивных процессов над остеогенезом, нарушение фосфорно-кальциевого обмена, интенсификация свободнорадикального окисления липидов, ингибирование общей антиоксидантной активности и активности основных антиокислительных ферментов (СОД, глутатионпероксидазы, каталазы). Выявлен характер изменений гистологической структуры эпифизов и диафизов трубчатых костей, костной ткани нижней челюсти и некоторых структур зуба и пародонта под влиянием токсичных элементов руды.
Экспериментально подтверждён характер развития гормонального дисбаланса (снижение тестостерона, повышение паратгормона) при действии элементов руды, наблюдаемый у горняков подземных рудников цветных металлов. Впервые выявлено при действии элементов руды на экспериментальных животных снижение в плазме крови содержания витамина Д.
Сформулированы патогенетические механизмы остеотоксического влияния компонентов медно-цинковой колчеданной руды.
Теоретическая и практическая значимость работы
Получены данные, характеризующие распространенность снижения костной прочности у горняков подземных рудников по добыче цветных металлов. Показана динамика зависимости падения показателей костной прочности от возраста горнорабочих и стажа работы на рудниках. Эти результаты являются
основой для формирования информационной базы распространённости остеопенического синдрома и вероятности малотравматичных переломов среди горнорабочих, имеющих профессиональный контакт с тяжёлыми и другими токсичными элементами руды, для оценки ме дико-социальной значимости остеопении и остеопороза среди работников цветной горнодобывающей промышленности. Выявленные механизмы остеотоксического действия компонентов медно-цинковой колчеданной руды позволяют патогенетически обоснованно разработать целенаправленные профилактические приёмы и мероприятия. Результаты исследования также являются основанием для проведения периодического контроля состояния костной прочности, характера фосфорно-кальциевого обмена у некоторых категории горнорабочих.
Внедрение результатов исследования в практику
Полученные данные используются в учебном процессе кафедр биологической химии, патологической физиологии, гистологии с куром эмбриологии, общей гигиены с экологией с курсом гигиенических дисциплин ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, кафедры биологической химии ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 работ в объеме 2,55 печатных листа, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки России для публикации результатов диссертационных исследований.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 172 страницах включая приложение, содержит 26 таблиц, 15 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, результатов исследования, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 274 источников, из которых 93 иностранных, и приложения.
