Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ НЕМЕДЛЕННОГО ТИПА В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 11
1.1 Современное представление о механизме развития аллергических реакций немедленного типа 11
1.2. Показатели неспецифической резистентности и периферической крови при аллергических заболеваниях, протекающих по немедленному типу 16
1.3. Влияние загрязнителей окружающей среды на развитие и распространенность аллергических заболеваний 22
1.4. Влияние выхлопных газов автотранспорта на развитие и распространенность аллергических заболеваний 34
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
2.1. Исследования населения города Тольятти и работников промышленных предприятий 39
2.2. Экспериментальные исследования 42
2.3. Статистическая обработка данных 47
ГЛАВА 3. Влияние основных поллютантов атмосферного воздуха города тольятти на распространенность аллергических заболеваний немедленного типа 48
ГЛАВА 4. Влияние загрязнения атмосферного воздуха предприятий на распространенность аллергических заболеваний немедленного типа 62
ГЛАВА 5. Влияние выхлопных газов автотранспорта на развитие аллергической реакции немедленного типа..74
ВЫВОДЫ 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 99
- Современное представление о механизме развития аллергических реакций немедленного типа
- Исследования населения города Тольятти и работников промышленных предприятий
- Влияние загрязнения атмосферного воздуха предприятий на распространенность аллергических заболеваний немедленного типа
Введение к работе
Актуальность темы. По данным ВОЗ аллергические заболевания в большинстве развитых странах входят в число десяти распространенных заболеваний (11, 41, 112, 202, 297). Мировая информация последних лет свидетельствует не только о широкой распространенности аллергических заболеваний, но и о неуклонной тенденции к росту. Причем в большинстве случаев аллергия протекает по немедленному типу (65, 100,198, 212).
Одной из основных причин увеличения заболеваемости этой патологией являются условия жизни современного человека, которые изменяют реактивность организма. К этим условиям обычно относят: загрязнение окружающей среды, широкое применение химических препаратов в быту и другие (127). Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха города являются автотранспорт, ТЭЦ и промышленные предприятия (14,26,98).
Значительное влияние загрязнения окружающей среды на распространенность аллергических болезней прослеживается при ее сравнении в городах и сельской местности. Заболеваемость у населения городов выше примерно в 2-3 раза (34, 181, 255, 265). Также установлено, что в городах аллергические болезни встречаются чаще у людей, проживающих в промышленных районах, чем в районах с меньшим загрязнением воздушной среды (11, 26, 76, 106, 137,156, 255).
Наряду с этим имеются данные, свидетельствующие, что загрязнители окружающей среды не влияют на распространенность и течение аллергических заболеваний. Так, П. Лерхер /1995/ при обследовании 796 школьников 8-11 лет, не обнаружил достоверных доказательств влияния S02 и NO2 на заболеваемость дыхательных путей у детей, проживающих вблизи автомагистралей. Отсутствовали также признаки влияния указанных со-
6 единений на уровень заболеваемости детей поллинозами и хроническими
экземами. Не наблюдалось и повышения сенсибилизации организма (237).
Установлено, что умеренная степень загрязнения атмосферного воздуха не
влияет на течение астмы. Наиболее распространенные патогенные агенты
БА, содержащиеся в атмосфере (SO2, NO2, СО и Оэ) при концентрациях, не
превышающих ПДК, не изменяют тяжесть течения заболевания (315).
Таким образом, до настоящего времени нет единого мнения о влиянии поллютантов атмосферного воздуха на течение и распространенность аллергических заболеваний.
Кроме того, в доступной нам литературе не выявлено работ по изучению влияния поллютантов атмосферного воздуха на развитие аллергических заболеваний немедленного типа.
Это определяет актуальность выбранной темы исследований как в теоретическом, так и в практическом плане.
Цель исследования: изучить влияние основных поллютантов атмосферного воздуха промышленного города на распространенность и развитие аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу.
Задачи исследования:
Оценить распространенность аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, среди населения промышленного города, в зависимости от загрязненности атмосферного воздуха мест проживания (на примере г. Тольятти);
Проанализировать распространенность аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, среди рабочих и служащих, в зависимости от загрязненности атмосферного воздуха на предприятиях (на примере ОАО "Куйбышевазот", "Фосфор", "Тольяттикаучук", "ВАЗ");
3. Исследовать влияние выхлопных газов автотранспорта на развитие аллергической реакции немедленного типа на экспериментальных животных.
Научная новизна.
Работа является первым исследованием по изучению распространенности аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, у детского и взрослого населения промышленного города в зависимости от степени загрязненности атмосферного воздуха мест проживания. Впервые изучена распространенность аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, у работников различных предприятий (химических и автомобилестроения) в зависимости от среднегодового выброса вредных веществ в атмосферу этими предприятиями. Оценена распространенность атопической бронхиальной астмы среди работников "ВАЗа" в зависимости от степени загрязненности воздуха в цехах и службах предприятия. Впервые экспериментально исследованы особенности развития иммунологической, патохимической и патофизиологической стадий аллергической реакции немедленного типа в условиях воздействия поллютантов атмосферного воздуха различной интенсивности.
Теоретическое значение работы. Проведенные исследования вносят существенный вклад в понимание механизмов влияния поллютантов атмосферного воздуха промышленного города на распространенность и развитие аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, что является одной из актуальных задач современной экологической эпидемиологии и экологии человека.
Практическое значение. Материалы диссертационного исследования могут быть использованы при разработке мер профилактики аллергических заболеваний немедленного типа в промышленных городах.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Работа проведена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института экологии Волжского бассейна РАН. Основные разделы исследования выполнены в связи с Государственной научно-технической программой России "Здоровье населения России".
Реализация результатов исследования. Материалы диссертации используются: 1. кафедрами биоэкологии и прикладной экологии Волжского университета им. В.Н. Татищева в лекционных курсах "Экология человека", "Экологическая эпидемиология" и "Экологическая физиология человека и животных"; 2. кафедрой промышленной безопасности и экологии Тольяттинского государственного университета в курсах лекций "Экопрофилактика аллергических заболеваний"; 3. региональным центром экологической безопасности "Гея" г. Тольятти; 4. отделением оториноларингологии городской больницы № 2 г. Тольятти для профилактики аллергических заболеваний. Данные исследования использованы для создания учебной программы по курсу: "Экология человека".
Апробация работы. Результаты исследования представлены, доложены и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях: I международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды", Тольятти, 2004; IV городской научно-практической конференции "Экологические проблемы г. Тольятти в контексте экологической безопасности России", Тольятти, 2004; II Всерос-
сийской научно-практической конференции "Проблемы экологии и охраны природы", Ульяновск, 2004; II международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды", Тольятти, 2005.
Декларация личного участия автора. Эколого - эпидемиологические исследования на жителях г. Тольятти, а также экспериментальные работы на животных проведены автором лично.
Основные положения, выносимые на защиту:
Влияние основных загрязняющих веществ атмосферного воздуха промышленного города на распространенность аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, имеет возрастные особенности;
Уровень загрязненности атмосферного воздуха цехов и служб "ВАЗа" не влияет на степень распространенности атопической бронхиальной астмы среди работников этих цехов и служб;
Иммунологическая стадия аллергической реакции немедленного типа в условиях периодического воздействия загрязнителей атмосферного воздуха характеризуется более высоким синтезом Ig Е - антител;
Периодическое воздействие загрязнителей атмосферного воздуха, независимо от их интенсивности, не изменяют степени проявлений пато-химической и патофизиологической стадий аллергической реакции немедленного типа;
Шоковые органы аллергической реакции немедленного типа отвечают на действие основного медиатора - гистамина одинаково, как в условиях воздействия загрязнителей атмосферного воздуха различной интенсивности, так и в контроле.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из них 14 статей и 1 методическое пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 27 таблиц и 6 рисунков. Библиографический указатель включает 318 источников, из которых 155 зарубежных. Объем диссертации составляет 130 страниц.
Современное представление о механизме развития аллергических реакций немедленного типа
Согласно современным представлениям в развитии аллергической реакции немедленного типа выделяют последовательные три стадии: 1. иммунологическая, охватывающая все изменения в иммунной системе с момента поступления аллергена в организм, образования антител и соединения их с повторно поступившим или персистирующим в организме аллергеном; 2. патохимическая, характеризующаяся образованием и выделением биологически активных медиаторов в момент соединения аллергена с антителами на поверхности тучных клеток (ТК) или базофилов; 3. патофизиологическая, или стадия клинических проявлений, характеризующаяся патогенным действием образовавшихся медиаторов на клетки, органы и ткани организма (2, 62, 232, 242).
В иммунологической стадии в ответ на поступление в организм аллергена образуются антитела-реагины, которые в комплексе с антигеном фиксируются на поверхности ТК (84, 86,165,167,196, 204, 239, 249). Последние, в свою очередь, вырабатывают биологически активные вещества (40, 175, 214, 227, 248). Показано, что реагины, в основном, относятся к классу Ig Е, являющихся главным компонентом аллергических реакций немедленного типа и лежащих в основе АБА, АД, АР, крапивницы, АШ, отека Квинке и других аллергических проявлений (30, 63, 179). При этих заболеваниях и их сочетаниях концентрация Ig Е в крови увеличивается в сотни раз (66, 108, 117, 122, 290). Аллергическая реакция немедленного типа обусловлена не только Ig Е, но и другими классами иммуноглобулинов, в частности Ig G4 (15, 40, 62, 232, 278, 298).
Синтез Ig Е происходит преимущественно в клетках лимфоидной ткани слизистых оболочек, поэтому шоковыми органами при реакциях немедленного типа являются в первую очередь органы дыхания, кишечник и конъюнктива (213, 228, 236). Немаловажную роль при этом играет повышенная проницаемость антигенов через слизистые оболочки респираторного и кишечного тракта, что можно отнести к дефекту локального иммунитета (109, 189, 212). Ряд исследователей находят снижение уровеня Ig А в крови и секретах при атопических формах заболевания у взрослых и детей и поэтому считают данный иммунный фактор одним из способствующих развитию патологического процесса (217). Доказано, что специфические антитела классов Ig Е и Ig G4 в лимфатических узлах могут продуцироваться местно (40,192, 242, 306).
При изучении Т-клеточного звена иммунитета у больных с аллергическими заболеваниями немедленного типа первоначально были получены довольно противоречивые результаты. Одни исследователи полагали, что при данной патологии уровень Т-лимфоцитов не изменяется (220, 231), тогда как другие, наоборот подчеркивали достоверное снижение как относительного, так и абсолютного, либо только абсолютного числа данной популяции лимфоцитов, одновременно с подавлением их функциональной активности (22, 279). По мере накопления данных, большинство исследователей пересмотрели свои выводы и пришли к единому мнению, что для больных с аллергическими заболеваниями немедленного типа характерно уменьшение количества Т-лимфоцитов в периферической крови, с подавлением их функциональной активности, причем, чем ниже уровень Ig А, тем более выражен дефицит Т-клеток (23, 176, 294). Причина снижения Т-клеток до настоящего времени остается не ясной, хотя некоторые исследователи склонны считать данную реакцию первичной и поэтому рассматривают аллергические заболевания немедленного типа как конституционную особенность организма (71, 216). Обследование детей месячного возраста, рожденных от родителей с атопическими формами заболеваний, позволило обнаружить достоверное уменьшение числа Т-лимфоцитов (до 43,9% при норме 60,0%). Это наблюдение привело к предположению о том, что дефицит Т-лимфоцитов, лежащий в основе феномена атопии, детерминирован генетически и проявляется в той или иной степени до клинической симптоматики и применения лекарственных препаратов (7,195).
В последние годы появилось немало работ, доказывающих участие Т2-хелперов в развитии аллергических заболеваний и реакций, протекающих по немедленному типу (16, 166, 186, 193, 223, 234, 262). Выявлено, что Тг-хелпер стимулирует выработку антигенспецифичного Ig Е и Ig G4 В-лимфоцитами. С помощью моноклональных антител также выявлено увеличение числа лимфоцитов с маркерами CD4, то есть Т2-хелперов в эпителиальной ткани и подслизистой оболочке легких сенсибилизированных морских свинок (213, 231). Одним из факторов, влияющих на дифференцировку Т-лимфоцитов в сторону Т2-хелперов, является наличие очага инфекции в организме (184).
Таким образом, данные литературы свидетельствуют о том, что в генезе аллергических реакций немедленного типа участвуют ГИТА, относящиеся к Ig Е и Ig G4, содержание которых при данной патологии увеличивается в десятки и сотни раз. Гиперпродукция этих антител часто наблюдается при некоторых нарушениях в системе иммунитета.
Как отмечалось выше, клетками-мишенями, ответственными за контакт антигена с ГЦТА, являются ТК и базофилы (40, 62, 214, 249). Основная их особенность - наличие на цитоплазматической мембране рецепторов к реагиновым антителам. В результате контакта из ТК и базо-филов высвобождаются ряд биологически активных соединений: гистамин, медленно реагирующее вещество анафилаксии, активирующий тромбоциты фактор, простагландины, хемотаксичекие медиаторы, лейкотриены и другие. Причем, если одни медиаторы депонированы в гранулах самих клеток (например: гистамин и гепарин), то другие (лейкотриены и простагландины) активно и быстро синтезируются в результате реакции аллерген-Ig Е на их поверхности. Благодаря выделению ТК и базофилами ряда хематоксических факторов, к месту аллергической реакции привлекаются тромбоциты, богатые серотонином и активно синтезирующие тромбоксан, нейтрофилы, синтезирующие лейкотриены, эозинофилы, содержащие ряд ферментов, инактивирующих медиаторы аллергии.
Изучению механизма дегрануляции ТК и базофилов при аллергических заболеваниях немедленного типа посвящено ряд работ (165, 175, 196, 214, 221, 243, 248). Выявлено, что кооперирование аллергена с двумя молекулами Ig Е на поверхности клетки приводит к быстрому уменьшению содержания цАМФ и повышению проницаемости мембран для ионов кальция, которые необходимы для высвобождения гистамина и других медиаторов аллергической реакции. Указанные биохимические сдвиги приводят к дестабилизации ТК и базофилов, что выражается в их дегрануляции, а также активации синтеза медиаторов. Биологически активные вещества, влияющие на уровень циклических нуклеотидов и проницаемость мембран для ионов кальция в клетках-мишенях (ТК, базофилах, тромбоцитах), также могут модулировать процесс высвобождения медиаторов.
Исследования населения города Тольятти и работников промышленных предприятий
Для сравнения результатов тестирования с данными аллергологиче-ских служб города нами проводился анализ ежегодных отчетов медсанчастей исследуемых предприятий и отдела статистики Департамента здравоохранения мэрии г. Тольятти, а также анализ медицинских карт больных, стоящих на учете у аллергологов поликлиник (медсанчастей), и медико-географической карты г. Тольятти.
Данные о концентрациях химических веществ в атмосфере были получены в СЭС и гидрометобсерватории г. Тольятти. Среди загрязнителей атмосферы учитывали наиболее распространенные: диоксиды серы, азота и оксид углерода, формальдегид, аммиак, углеводороды и фторид водорода. В качестве характеристики загрязненности атмосферы районов города использовали среднюю величину нормированных (отнесенных к ПДК среднесуточному) среднесуточных концентраций основных загрязняющих веществ атмосферного воздуха, а также среднегодовой выброс автотранспорта. Последний определяли общепринятым методом (39).
Состояние загрязненности атмосферного воздуха на предприятиях оценивали по среднегодовым выбросам вредных веществ в атмосферу, а также по качественному составу загрязнителей. Кроме того, на "ВАЗе" учитывали загрязненность воздуха по цехам и службам предприятия. Эти данные получены из ежегодных отчетов экологических лабораторий соответствующих предприятий.
Исследования на больных не позволяют глубоко изучить механизм действия поллютантов атмосферного воздуха на развитие аллергических заболеваний. Поэтому вторая часть работы посвящена экспериментальным исследованиям на животных.
Экспериментальные исследования были проведены на 92 половозрелых беспородных крысах-самцах, массой тела 200-240 г. На них моделировали аллергическую реакцию немедленного типа - активную кожную анафилаксию (АКА). Животные были разделены на 4 группы: контрольную и три опытные, подвергавшиеся воздействию выхлопных газов автотранспорта (на бензиновом двигателе) различной интенсивности: слабой (1 раз в день по 10 мин - 1 усл.ед.), средней (2 раза в день по 10 мин - 2 усл.ед.) и сильной (3 раза в день по 12 мин - 3,6 усл.ед.). Критерием оценки интенсивности воздействия выхлопных газов автотранспорта на организм крыс являлся ответ гематологических и фагоцитарных показателей нейтрофилов на эти воздействия. Известно, что эти показатели наиболее чувствительны к внешним воздействиям (1, 102). Во время "затравки" концентрация выхлопных газов в клетках поддерживалась на уровне 10 ПДКм.р. за счет их дозированного поступления и отвода. Контроль за концентрациями газов (СО, SO2, N02, H2S) проводился с помощью газового анализатора ПГА-200. Дробное ингаляционное воздействие более адекватно действию атмосферных выбросов промышленных предприятий и автотранспорта на население. Все животные содержалась в условиях вивария в стандартных клетках (49).
Продолжительность периодического воздействия выхлопными газами автотранспорта на опытных животных составляла 45 суток. Сенсибилизация проводилась на 30 сутки овальбумином в смеси с вазелиновым маслом. Через 12 сут. после сенсибилизации из хвостовой вены забиралась кровь для анализов, а через 15 сут. вызывалась АКА, тяжесть которой оценивали по диаметру гиперемированного участка (6, 148). К этому сроку, по нашим и литературным данным, считается, что организм полностью сенсибилизирован (3).
Влияние загрязнения атмосферного воздуха предприятий на распространенность аллергических заболеваний немедленного типа
Данные литературы показывают, что в результате токсичного действия многих загрязнителей промышленных предприятий возникают морфологические изменения в слизистых оболочках дыхательных путей, кожи и других органов, что может привести к развитию аллергических заболеваний (54, 55, 59, 95, 138, 310). А.Н. Бикбулатова /1997/ выявила, что у рабочих химических предприятий г. Уфы повышена заболеваемость АД. У рабочих свинцового завода также выявлена повышенная распространенность АД, а поллинозы у них встречались реже, чем в контрольной группе (140). Более низкую распространенность аллергических заболеваний среди рабочих белково-витаминного предприятия, чем в контроле отмечают некоторые исследователи (128).
Как видно из данных литературы, нет единого мнения в вопросах влияния загрязнителей производства на распространенность аллергических заболеваний.
Нами проведен анализ распространенности заболеваний основными аллергическими патологиями, протекающими по немедленному типу, среди работников четырех крупных предприятий г. Тольятти: ОАО "Фосфор", "Куйбышевазот", "Тольяттикаучук" и "ВАЗ" (табл.6). Эти предприятия отличаются среднегодовыми выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, а также качественным составом загрязнителей. Так, наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывает в атмосферу ОАО "Куйбышевазот". Выброс этого предприятия превышает в 3,3 раза выброса ОАО "Фосфор", в 2,1 раза - ОАО "Тольяттикаучук" и в 1,5 раза - ОАО "ВАЗ". В относительных показателях эти предприятия распределились следующим образом: ОАО "Куйбышевазот" - 40,9%, ОАО "ВАЗ" - 26,8%, ОАО "Тольяттикаучук" - 19,9% и ОАО "Фосфор" - 12,3%.
По качественному составу в специфических выбросах ОАО "Фосфор" преобладают соединения фосфора (РН3, Р2О3, Р2О5, Н3РО4, РС13 и др.), ОАО "Тольяттикаучук" - изопрен, бутадиен, толуол, формальдегид, NO, NH3, N02 и др., ОАО "Куйбышевазот" - NO, NH3, S02, N02 и др. и ОАО "ВАЗ" - NO2, HF, СО, SO2, растворители, пыль и др.. Поэтому работники этих предприятий находятся под воздействием разных по составу и количеству загрязняющих веществ. Причем более высоких концентраций загрязняющих веществ воздуха, чем жители самых загрязненных районов города. Эти загрязнители отличаются от загрязнителей атмосферного воздуха города, в большей степени непромышленных районов как по качеству, так и по концентрациям. Поэтому представляет интерес изучение влияния газообразных загрязнителей производства на распространенность аллергических заболеваний немедленного типа у работников этих предприятий.
На основании данных экологических служб предприятий установлено, что среднегодовой выброс загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями в большинстве случаев отражает степень загрязненности атмосферного воздуха на территории предприятий (табл.6).
Распространенность аллергических заболеваний, протекающих по немедленному типу, среди работников исследуемых предприятий г. Тольятти представлена в таблице 7.
Из таблицы видно, что во всех предприятиях преобладает заболеваемость работников и служащих АР (от 21,0 до 6,1%), затем следуют АБА (от 3,8 до 1,1%) и АД (от 2,9 до 1,1%). Заболеваемость АР, АД и аллергическими заболеваниями в совокупности выше среди работников ОАО "Фосфор" по сравнению с другими предприятиями в 1,5 - 3,4 (АР), 2,4 -2,6 (АД) и 1,4 - 2,3 (аллергическими заболеваниями) раза соответственно, несмотря на то, что среднегодовой выброс загрязняющих веществ здесь самый низкий. Это, по-видимому, связано с действием специфических загрязнителей, в частности, соединений фосфора.
В целом, распространенность аллергических заболеваний немедленного типа среди работников химических предприятий и ВАЗа соответствует 17,2±3,4%, что достоверно не отличается от уровня распространенности этих заболеваний среди взрослого населения города Тольятти -19,3±1,2% (Р 0,05), а также распространенности среди населения промышленных городов Европы и Америки (18-24%).
