Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Гигиенические проблемы качества среды обитания и риска здоровью населения
1.1. Роль природно-антропогенных факторов в формировании донозологических состояний
Глава 2. Материалы и методы исследования 37
Глава 3. Идентификация распределения химических веществ с неспецефическим характером биологического действия в объектах среды обитания
3.1. Оценка содержания микроэлементов в снеговом покрове 44
3.2. Качественный и количественный многокомпонентный анализ металлов в почве селитебных территорий и сельхозугодий
3.3. Количественная характеристика микроэлементов в питьевой воде урбанизированных и сельских территорий
3.4. Особенности распределения микроэлементов в продуктах питания местного производства
3.5. Идентификация микроэлементов в биосредах детского населения
Глава 4. Особенности межсредового взаимодействия элементов и маркеры биологической экспозиции у населения урбанизированных и сельских территорий
4.1.Корреляционный анализ межсредового распределения и взаимодействия микроэлементов в объектах среды обитания
4.2. Особенности многокомпонентного и многофакторного формирования биологической экспозиции у населения урбанизированных и сельских территорий
Глава 5. Экспериментально-гигиеническая оценка модифицирующих эффектов при комбршированном действии химических факторов малой интенсивности
5.1. Характеристика кинетики микроэлементов 92
5.2. Состояние перекисного окисления липидов 97
Заключение 102
Выводы 112
Практические рекомендации 114
Список использованной литературы
- Роль природно-антропогенных факторов в формировании донозологических состояний
- Качественный и количественный многокомпонентный анализ металлов в почве селитебных территорий и сельхозугодий
- Особенности многокомпонентного и многофакторного формирования биологической экспозиции у населения урбанизированных и сельских территорий
- Состояние перекисного окисления липидов
Введение к работе
Актуальность темы. Многокомпонентное^, многофакторность и разнонаправленность воздействия среды обитания на человека определяют методические трудности в получении многоплановой информации, ее интегральной оценке, стандартизации, выявлению причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания, с последующим выделением приоритетов и внедрением информативных показателей для ведения социально-гигиенического мониторинга (Рахманин Ю.А. с соавт., 1998-2002; Онищенко Г.Г., НовиковС.М., Иванов СИ., 2001).
Степень опасности ксенобиотиков во многом зависит не только от токсичности, но и от трансформации в среде обитания и способности к миграции и аккумуляции в биологических системах. Химические соединения, особенно металлы переменной валентности и металлозависимые ферменты антиоксидантной системы организма, при оценке влияния окружающей среды на человека могут выступать в роли маркеров экспозиции факторов среды обитания, в том числе и маркеров биологической экспозиции (Большаков A.M., Акимова Е.И., 1997; Зайцева Н.В.с соавт., 2000 - 2005).
В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов среды обитания на организм человека, является «окислительный стресс», характеризующийся активацией процессов свободнорадикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов (Сетко Н.П., 1989,2004). Особое место среди токсикантов занимают такие металлы как, марганец, никель, свинец, хром и др., прооксидантный эффект которых обусловлен как неспецифическим действием на организм и антиоксидантную систему, так и собственно реакциями активации кислорода и свободно-радикального окисления (Чучалин
А.Г., 2004) и, следовательно, могут рассматриваться в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа).
На характер биокинетики и биоаккумуляцию микроэлементов, состав маркеров биологической экспозиции, могут влиять не только физико-химические свойства элементов, синергические и антагонистические взаимоотношения при полиэлементном присутствии в среде, но и модифицирующее действие, или даже эффект суммации при комбинированном воздействии токсичных металлов (Кацнельсон Б.А.,2002). Модифицирующее действие факторов малой интенсивности со специфическим и неспецифическим характером биологического действия (Янышева Н.Я. с соав.,1998) занимает важное место в реальных условиях среды обитания. У детей, проживающих в экологически неблагополучных территориях, при снижении концентрации эссенциальных микроэлементов (в волосах) одновременно увеличивается концентрация токсичных (Боев,1998-2005 В.М), что свидетельствует о возможном модифицирующем эффекте других средовых факторов (элементов) и подтверждает известный факт синергизма и антагонизма микроэлементов.
Эти и другие проблемы во многом обосновывают целесообразность и необходимость разработки действенной системы идентификации и мониторинга микроэлементов в среде обитания человека при оценке риска здоровью в рамках социально-гигиенического мониторинга (постановление Правительства РФ № 60 от 02.02.06) по выявлению приоритетных региональных маркеров экспозиции факторов среды, маркеров биологической экспозиции и маркеров эффектов. До сих пор остаются недостаточно разработанными вопросы комплексной оценки региональных особенностей межсредового распределения химических элементов в системе «среда обитания - человек», отсутствует экспериментальное обоснование проявлений дисбаланса микроэлементов и модифицирующих эффектов при
комбинированном поступлении низких концентраций химических веществ разнонаправленного действия.
Перечисленный круг нерешенных вопросов определил актуальность и составил цель и задачи настоящей работы, которая проводилась в соответствии с планом НИР Оренбургской государственной медицинской академии(№ государственной регистрации 01.2.00316.164).
Цель исследования: Провести комплексную экспериментально гигиеническую оценку межсредового перехода и взаимодействия микроэлементов в системе «среда обитания - человек» на урбанизированных и сельских территориях и количественного распределения маркеров биологической экспозиции для обоснования приоритетных показателей в рамках ведения социально - гигиенического мониторинга.
Задачи исследования:
Провести идентификацию распределения кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания.
Оценить количественные характеристики межсредового распределения и взаимодействия элементов (Си, Ni, Mn, Cd, Pb, Cr, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания).
Провести сравнительный анализ межсредового перехода и взаимодействия элементов в биосредах детей.
Экспериментально оценить комбинированное действие хрома и бензола на свободно радикальную активность, кинетику микроэлементов и формирование маркеров ответа.
Обосновать приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью.
Научная- новизна. Впервые определены особенности приоритетного распределения микроэлементов в объектах среды обитания на урбанизированных и сельских территориях. Математически обоснованы сравнительные количественные характеристики межсредового перехода и взаимодействия элементов (Си, Ni, Mn, Cd, Pb, Cr, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения.
Получены достоверные различия между количественными характеристиками распределения микроэлементов в биосредах у детей урбанизированных и сельских территорий с общими закономерностями приоритетных взаимосвязей для никеля, марганца и цинка.
В условиях модельного эксперимента подтверждена высокая прооксидантная активность хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК, а при комбинированном действии установлено снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов.
Впервые научно обоснованы приоритетные региональные маркеры экспозиции в объектах среды обитания, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследования. Установлены приоритетные металлы в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территориях, определяющие наибольший риск формирования биологической экспозиции.
Полученные модели содержания микроэлементов в объектах среды обитания и в организме человека на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия, позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве универсальных региональных маркеров экспозиции для факторов среды обитания и маркеров биологической экспозиции при
идентификации токсикантов и оценке риска здоровью населения при ведении социально-гигиеническогомониторинга.
Практическая ценность работы характеризуется гигиеническим и экспериментальным обоснованием маркеров ответа: снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов для применения в гигиенической диагностике экологически обусловленных состояний.
Результаты исследований послужили основой для> разработки комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы СГМ, в том числе по оптимизации объема контролируемых металлов в объектах среды обитания.
Результаты исследования внедрены в практическую деятельность отделов социально-гигиенического мониторинга ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области» (акт внедрения от 11.12.2007 г.) и Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области (справка о внедрении от 24.01.2008 г.). Материалы исследований включены в ежегодные доклады «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Оренбургской области» (2006 -2007 г) и используются Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов администрации Оренбургской области (акт внедрения от 03.03.2008г.), для решения вопросов охраны окружающей среды.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в Оренбургской медицинской академии, включены в программу курсов усовершенствования врачей - гигиенистов, врачей-лаборантов, помощников, санитарных врачей в Оренбургской области (акт внедрения от 25.01. 2008г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, и обсуждены: на Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Экологически обусловленные ущербы здоровью: методология, значение и перспективы оценки» (Москва, 2005);. Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН' и Минздравсоцразвития РФ «Современные
проблемы гигиены города, методология и пути решения» (Москва,2006); 2 Международной научно-практической конференции: Биоэлементы (Оренбург, 2007); 5 конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической аллергологии и иммунологии (Оренбург, 2006); Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Методологические проблемы изучения и оценки био - и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды» (Москва,2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 статьи в издании, рекомендованных ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту:
1 .Сравнительная количественная характеристика межсредового распределения и взаимодействия кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания и в биосредах (волосы) детей на урбанизированных и сельских территориях.
2.Модифицирующие эффекты определяются прооксидантной активностью при комбинированном действии хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК.
4. Обоснование маркеров экспозиции факторов среды обитания, маркеров биологической экспозиции и маркеров ответа определяется различной степенью межсредового распределения, развитием дисбаланса микроэлементов и изменением антиоксидантной активности.
Роль природно-антропогенных факторов в формировании донозологических состояний
В настоящее время одной из актуальных проблем гигиенической науки является разработка методов оценки донозологических состояний с помощью биологических маркеров и маркеров среды обитания при воздействии на человека различных антропогенных факторов. Ответная реакция организма на воздействие комплекса химических соединений в большинстве случаев проявляется неспецефическими реакциями в изменениях иммунитета, дисбалансом микроэлементов, нейроэндокринными и ферментативными проявлениями, нарушениями в состоянии здоровья населения (Рахманин Ю.А. с соавт., 2003-2005; Боев В:М., 1990 -2004; Сетко Н.П., 1990-2006; Утенина В.В.,1999; Перепелкин С.В.,1992,2001; Желудева Г.Н.,1993; Попков К.В:,1994; Скачкова М.А.,2004). Однако, большая часть исследований, изучающих влияние факторов среды обитания на здоровье, оперирует эпидемиологическими показателями здоровья или выявление иммунологических, генотоксических, ферментотоксических, нейроэндокринных проявлений при патологических состояниях и экозависимых заболеваниях (Боев В.М., Воляник М.Н., 1995). Меньшее внимание уделяется выявлению ранних, донозологических изменений в состоянии здоровья населения, которые позволили бы определять направления первичной профилактики и реабилитации.
Важное место в реальных условиях среды обитания занимает модифицирующее действие факторов малой интенсивности со спецефическим (канцерогенным) и неспецифическим характером биологического действия (Янышева Н.Я. с соав.,1998). У детей, проживающих в экологически неблагополучных территориях, при снижении концентрации эссенциальных микроэлементов (в волосах) одновременно увеличивается концентрация, токсичных (Боев В.М.,1998-2005),что свидетельствует о возможном модифицирующем эффекте других средовых факторов и подтверждает известный факт синергизма и антагонизма микроэлементов.
В месте с тем остаются недостаточно изученными особенности модифицирующих эффектов при поступлении в организм органических и неорганических соединений, влияния их на баланс микроэлементов, иммунитет, что и явилось предметом настоящего исследования. В организации медико-экологических исследований, экспериментальных или натурных, решающую роль играет точный выбор показателей-маркеров, "работающих" на оценку тех или иных взаимосвязей между биологической системой и потенциально опасными факторами окружающей среды (Щербо А.П., Киселев А.В., 2000; Kietczykowska Matgorzata, Pasternak Kazimierz, Boguszewska Anna, Musik Irena., 2004; Bader E.L., Hrudey S.E., Froese K.L., 2004; Shang Chang-fa et al., 2005). На сегодняшний день, накоплен большой опыт оценки влияния химических факторов внешней среды на население. Одним из распространенных и хорошо зарекомендовавших себя подходов в оценке влияния химических факторов окружающей среды является статистика заболеваемости в районах с разным уровнем химического загрязнения (Надеенко В.Г., 1991). Так, на примере Оренбурга показано, что маркерами химического загрязнения среды промышленного города являются распространенность сердечно-сосудистых, гематологических заболеваний, маркерами химического загрязнения воздуха являются бронхолегочные заболевания и т.д. (Лебедькова СЕ. и соавт., 1998; Боев В.М. и соавт., 2004). Перечисленные изменения в здоровье в настоящее время считаются экологообусловленными и используются многими исследователями в качестве маркеров воздействия поллютантов на организм.
Однако использование заболеваемости для оценки влияния химических факторов внешней среды на население промышленного города связано с рядом трудностей. Во-первых, развитие того или иного заболевания обусловлено действием комплекса химических факторов внешней среды, во-вторых, всплески заболеваемости в популяции, как правило, «запаздывают» (лаг может составлять годы и десятилетия), что затрудняет их использование в оценке воздействия определенных поллютантов.
Стабильность химического состава организма является одним из важнейших и обязательных условий сохранения здоровья. Соответственно, отклонения в содержании полезных химических элементов или накопление токсичных, могут являться не только критерием экологического неблагополучия, но и служить маркерами на уровне донозологической диагностики отклонений в состоянии здоровья. Понятие микроэлементоза сформулировано как патология человека и животных, обусловленная дефицитом или избытком эссенциальных микроэлементов, избытком токсичных, а также дисбалансом макро- и микроэлементов (Авцын А.П., 1987). Наиболее распространенными гипомикроэлементозами являются цинк, медь, железо-дефицитные состояния. Низкий уровень Zn в волосах, признанный индикатор дефицита цинка, встречается в России в среднем у 20-40% детей, тогда как низкий уровень Fe и Си - в 6-22% случаев (Скальный А.В., 2000). Из наиболее распространенных гиперэлементозов встречается избыток свинца в волосах, в среднем от 20 до 30% детей дошкольного возраста в индустриальных районах России, в меньшей степени марганец, мышьяк, ртуть, кадмий, которые превышают биологически допустимый уровень. Влияние факторов окружающей среды на накопление микроэлементов подтверждается наличием корреляционных связей между содержанием элементов в объектах среды обитания и биосредах населения.
Качественный и количественный многокомпонентный анализ металлов в почве селитебных территорий и сельхозугодий
Почва, как неотъемлемая часть экологической системы является важнейшим компонентом среды обитания человека и животных. В связи с этим возрастает ее значение в изучении комплексной антропогенной нагрузки, так как почва является аккумулирующей средой, накапливающей загрязняющие вещества, среди которых особую опасность представляют тяжелые металлы. (Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С., 1991; Боев В.М., Воляник М.Н., 1995; Боев В.М., Куксанов В.Ф., Быстрых В.В., 2002) и может оказывать отрицательное влияние на контактирующие среды (воздух, вода, продукты питания) и на человека. По уровню ее загрязнения можно судить о состоянии водоемов и атмосферного воздуха, прогнозировать переход элементов в растения. Ухудшение качества почвы, понижение ее биологической ценности, накопление металлов вызывает цепную реакцию, которая в случае продолжительного неблагоприятного воздействия может оказывать влияние на здоровье населения.
На данном этапе работы, проведен сравнительный анализ загрязнения почвы (валовые и подвижные формы: Pb, Ni, Си, Zn, Cr, Cd, Mn ) за периоды 1993-2002 гг. и 2003-2007 на селитебных территориях и сельхозугодиях.
Как видно из таблицы 3, распределение элементов в почве урбанизированных и сельских селитебных территорий за последние 15 лет претерпело существенные изменения. Так, содержание валовых форм анализируемых элементов в основном снизилось относительно 1993-2000 гг.в 2- 3 раза, за исключением кадмия. Характерно, что концентрации меди (р 0,05), цинка, свинца (р 0,05) стабильно выше на урбанизированных территориях. Содержание марганца (р 0,05), хрома (р 0,05) и никеля выше в почве сельских поселений.
Марганец 1993-2002 2003-2007 86,2+9,0 76,2+11,6 72,2+6,9 58,6+4,8 825,3+31,2 293,3+21,5 634,9±45,3 454,8+24,6 Кадмий 1993-2002 2003-2007 0,23±0,02 0 0,17+0,010 0,063+0,001 0,25+0,07 0,000 0,59+0,22 Свинец 1993-2002 2003-2007 11,8+3,1 1,39+0,3 7,5±0,87 7,94+0,37 45,81+4,69 16,02+3,24 12,26+1,03 10,3+0,7 Хром 1993-2002 2003-2007 1,55+0,09 0,76+0,08 1,76±0,17 1,23+0,6 409,5+20,4 47,9+5,06 379,74+18,6 70,2+6,6 Примечание. - р 0,05; «-» - элемент не был определен или отсутствует Валовые формы элементов, находясь в составе химических соединений органической части почвы малоподвижны. Установлено, что наиболее достоверную информацию о загрязнении окружающей среды несут подвилшые формы элементов. Анализ показал (Табл.3), что содержание подвижных форм меди, цинка, никеля и марганца значительно увеличилось. Концентрации подвижных форм свинца в почве сельских территории стабильно сохраняются на одном уровне в отличие от городских территорий.
Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы металлами является предельно допустимая концентрация химических веществ в почве. Были рассчитаны коэффициенты концентраций (отношение фактического содержания вещества в почве к его ПДК/ОДК и суммарный показатель почвы - Кпочпа (сумма коэффициентов концентраций).
К почва - 1,8 Как видно из таблицы 5, первые пять ранговых мест по содержанию в почве сельхозугодий занимают марганец (валовая и подвижная формы), хром (валовая форма), цинк (валовая и подвижная формы), никель (валовая форма) и медь (валовая форма). Содержание свинца (подвижная форма) незначительно превысило ПДК, по остальным веществам превышений не зарегистрировано. Валовые формы элементов имеют низкие концентрации, за исключением хрома (Кс - 0,9), суммарный показатель в 2 раза ниже подвижных форм. Рисунок 2. Суммарный показатель содержания металлов в почве урбанизированных, сельских территорий и сельхозугодий.
Таким образом, снеговой покров отражает уровень загрязнения воздуха за период снегостава, почва отражает многолетний уровень аэрогенной нагрузки, а также природно-геохимические особенности территорий. Природно-геохимические особенности элементного состава и уровень металлов в почве антропогенного происхождения определяют микроэлементный состав питьевой воды, а, следовательно, питьевая вода является одним из основных факторов среды обитания влияющая на баланс эссенциальных и токсичных микроэлементов у населения.
Качественный состав воды, рассматривается как один из основных факторов, обеспечивающий нормальную жизнедеятельность человека за счет сбалансированного водно-солевого обмена и микроэлементного состава (Рахманин Ю.А. и соавт., 2004, Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 2003). Актуальность проблемы водообеспечения подтверждается и тем, что ООН принято решение о провозглашении десятилетия 2005 - 2015 гг. международной декадой «Вода для жизни» (Онищенко Г.Г., 2005).
Известно, что качество питьевой воды определяется состоянием водоисточников и процессом водоподготовки. Водные ресурсы области представлены поверхностными и подземными водами. Централизованное хозяйственно-питьевое водоснабжение в области осуществляется из 1291 водозабора, из них 1283 используют воду подземных и подрусловых источников, 8 из поверхностных водоисточников. В процентном отношении 45% всего хозяйственно-питьевого потребления подземных вод приходится на города с населением более 100 тыс. человек, 19% - на города и городские поселки с населением менее 100 тыс. человек, 36% - на сельские населенные пункты. Таким образом, в большинстве своем население Оренбургской области пользуется водой из подземных источников, а сельские населенные пункты практически все используют подземные воды в качестве источника централизованного водоснабжения. Качество используемых подземных вод для хозяйственных и питьевых целей в Оренбургской области обусловлено природно-геохимическими особенностями и техногенными воздействиями (Верещагин Н.Н.,2006).
Особенности многокомпонентного и многофакторного формирования биологической экспозиции у населения урбанизированных и сельских территорий
Анализ возможных корреляций между количественными характеристиками микроэлементов в биосредах населения позволяет более объективно оценить количественные различия и дисбаланс микроэлементов при воздействии антропогенных факторов. Такой подход учитывает реальный полиэлементный гомеостаз при отсутствии в организме биоэлементов в «свободном» (несвязанном) виде. Металлы образуют металлолигандные комплексы, связаны с белками, гормонами, витаминами и другими микроэлементами.
Для выявления линейных взаимоотношений между концентрациями элементов были определены коэффициенты Спирмена в волосах детского населения урбанизированных и сельских территорий (табл.23,24). Результаты сравнительного анализа коэффициентов корреляции показали, что достоверные различия характерны для меди - марганца, никель - марганец, никель - хром, никель - свинец и хром - свинец. Характерно, что не установлена достоверная связь цинка со всеми анализируемыми элементами.
Для сельских поселений корреляционная матрица концентрации элементов в волосах детей имеет совершенно другой вид. Никель - Марганец 0,61 0,86 Примечание: при р 0,05 Таким образом, анализ приоритетных взаимосвязей изучаемых элементов в биосредах (волосы) позволил выявить общие закономерности количественного распределения на урбанизированных и сельских территориях только для никеля и марганца. Следует отметить, что наличие в основном отрицательных слабых взаимосвязей количественного содержания цинка с другими элементами, наличие отрицательной корреляции среднего (г= -0,36) уровня в городах и высокого (г= -0,98) в сельских поселениях для парной ассоциации Медь - Цинк подтверждают наличие антагонизма между Zn и Си связанный с тем, что Си образует более прочные соединения с металлотионеином, чем Zn, хотя оба металла активируют его синтез.
Результаты сравнительного анализа коэффициентов корреляции Спирмена в биосредах детей двух территорий с разным уровнем антропогенного воздействия позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве маркеров биологической экспозиции.
Исходя из проведенного анализа микроэлементного состава среды обитания и волос детского населения, представляет особое значение анализ возможных синергических и антагонистических влияний элементов, а также токсический эффект при избыточных концентрациях с точки зрения химических взаимодействий. Токсичное действие тяжелых металлов, объясняется их способностью образовывать прочные комплексы с биолигандами, что ведет к значительным нарушениям параметров стационарного состояния. Возникающую конкуренцию за лиганд (-SH) выигрывают ионы токсичных металлов, так как образуют более прочные связи с атомами серы, за эту способность токсичные ионы назвали тиоловыми ядами. Металлы-токсиканты блокируют активные центры энзимов и выключают их из управления метаболизмом. Анализ антагонистического влияния элементов на урбанизированной территории с наиболее высоким уровнем антропогенного воздействия показал (табл.26), что свинец проявляет антагонистическое действие в отношении большинства двухзарядных катионов: Си, Zn, Мп. Жизненно необходимый элемент цинк также вступает в антагонистическое взаимодействие со многими элементами - Си, Мп, Ni, Pb. Вероятно, решающую роль в снижении усвоения цинка, особенно актуальное у детей промышленных городов, играет избыточное содержание никеля, являющегося антагонистом за счет небольших различий в конфигурации валентных электронов, близких ионизационных потенциалов и других физико-химических характеристик. Важным свойством d-элементов, к которым относится большинство микроэлементов, является медленное увеличение в периодах радиусов атомов, непропорционально числу электронов. Это объясняется лантаноидным сжатием и экранированием электронов, в результате с увеличением порядкового номера элемента его атомные и химические свойства изменяются мало, непропорционально числу электронов, поэтому в их поведении много сходного. Данный эффект особенно актуален в условиях повышенного или дефицитного содержания микроэлементов, которым отличается состав волос детей, проживающих в промышленных городах. Ранее было показано, что на всей территории Оренбургской области имеет место снижение содержания незаменимых элементов меди и особенно значительное снижение содержания цинка (относительно фонового уровня). На наиболее загрязненных территориях установлено снижение концентрации этих элементов в крови (Боев В.М.,2005). Подобный эффект можно попытаться объяснить не только особенностями биогеохимических провинций, антагонистическим действием этих элементов, описанным выше, но и попаданием в организм из внешней среды токсичных лигандов. Данный факт доказан для Си , который образует с токсичными лигандами, содержащимися в препаратах химзащиты сельскохозяйственных растений, более прочные комплексы, чем медьсодержащий фермент. Дисбаланс металло-лигандного гомеостаза, обусловленный внешними факторами, может вести к возникновению заболеваний. Известно, что транспорт катионов практически всех металлов осуществляется в виде их комплекса с белками. Например, двухзарядные ионы Zn, Со, Са связываются для переноса с альбуминами; Ni и Мп с макроглобулинами; Fe при помощи трансферрина, а в виде трехзарядного катиона, кроме железа, переносится Сг3+, но связанный с другим центром. Частично ионы Мп окисляются в Мп , которые также переносит трансферрин. Возможно предположение, что между такими ионами возникает конкуренция за лиганд, снижающая усвоение элементов, но в данное время механизм переноса изучен в незначительной степени.
Причиной нарушения металло-лигандного постоянства может также являться истинный дефицит эссенциальных микроэлементов. Такое состояние на данном этапе в целом установлено для Си, Fe, Zn, Мп, Cr, Со, Mo, I, Se. Каждое металлодефицитное состояние характеризуется рядом диагностически важных клинических признаков и состояний. Также гипомикроэлементоз может быть обусловлен и антагонистическими взаимодействиями элементов, всасывание может быть затруднено определенными веществами, употребляемыми в пищу. Известно, что усвоение железа снижается за счет образования прочных полифенольных соединений, содержащихся в чае, кофе и соевом белке.
Обобщение полученных результатов (табл.27) позволяет сделать вывод о происхождении микроэлементных загрязнений, путей поступления в организм, а микроэлементы Zn, Mn, Ni рассматривать как маркеры биологической экспозиции среды обитания при ведении социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью населения. Определение корреляций между количественными характеристиками микроэлементов в биосредах более объективно отражает микроэлементный профиль у населения, а, следовательно, определяет наличие количественной зависимости содержание элементов в среде обитания и биосредах. Этот факт получил подтверждение при анализе корреляционных связей в биосредах детей проживающих в городах (Оренбург и Медногорск) с разной структурой загрязнения среды обитания. Основным отличием является высокое содержание меди, цинка, свинца в объектах окружающей среды и биосредах у населения г. Медногорска (Михайлов А.Н., 2005).
Состояние перекисного окисления липидов
В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов среды обитания на организм человека, является «окислительный стресс», характеризующийся активацией процессов свободнорадикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов (Сетко Н.П., 1989, 2004; Боев В.М., Красиков СИ., Тимошинова СВ. и др., 2006). Среди всего многообразия загрязнителей окружающей среды особое место занимают металлы переменной валентности (d-металлы), такие как марганец, никель, цинк, железо, медь, свинец, хром. Это элементы, занимающие побочные подгруппы больших периодов периодической системы Д.И. Менделеева, имеющие валентные электроны, расположенные на внешнем и предвнешнем энергетическом уровне, и обладающие способностью изменять степень окисления. Особенность этих загрязнителей заключается в их способности активировать процессы свободно-радикального окисления, что в свою очередь может лежать в основе их общетоксического действия, сопровождающегося нарушением структуры биологических мембран, функции клеток, а так же приводит к развитию состояния, которое в настоящее время обоснованно определяется как «окислительный стресс».
Поскольку в большинстве своем факторы, вызывающие развитие такого «стресса», т.е. d-элементы, находящиеся в среде обитания в дозах в основном не превышающих их предельно допустимые концентрации, как было представлено выше (глава 3), а также учитывая, что активация свободно-радикальных процессов составляет ключевое звено в патогенезе широкого спектра неинфекционных заболеваний и микроэлементозных состояний, на наш взгляд целесообразно при оценке биологической экспозиции элементов и с учетом модифицирующих эффектов факторов малой интенсивности, рассматривать изучаемые микроэлементы, их прооксидантные свойства, особенности ПОЛ, в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа).
Прооксидантный эффект металлов обусловлен как неспецифическим действием на организм и антиоксидантную систему, так и собственно реакциями активации кислорода и свободно-радикального окисления (Чучалин А.Г., 2004).
Способность активировать свободнорадикальное окисление d-металлами обусловлена переменной степенью окисления этих металлов и определяется его окислительно-восстановительным потенциалом - чем он выше, тем сильнее окислительные свойства металла.
Использование в качестве количественной характеристики прооксидантного действия d-металлов их окислительно-восстановительного потенциала позволило СИ. Красикову (2005) разработать метод оценки прооксидантного риска, связанного с загрязнением внешней среды металлами переменной валентности. Таким образом, для количественной оценки биологической экспозиции и модифицирующих эффектов, изучение состояния ПОЛ (активность антиоксидантных ферментов) при воздействии токсикантов является вполне обоснованным в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа).
Применение в эксперименте бензола, не обладающего прямым прооксидантным эффектом, так же соответствует задачам и цели исследования. Считается, что токсические эффекты бензола обусловлены его метаболитами. Начальные этапы метаболических превращений проходят в основном в печени при участии цитохром-Р450-зависимых оксидаз. Продуктом этих превращений является фенол. Превращение фенола под влиянием все тех же цитохром-Р450-зависимых оксидаз приводит к образованию полифенольных метаболитов, в основном гидрохинонов, а также, под влиянием пероксидаз, - бифенолов, гидрохинона, р-бензохинона. Метаболиты бензола способны вступать в ковалентную связь с сульфгидрильными группами белков. Ключевым ферментом, обеспечивающим токсическое действие бензола на костный мозг, вероятно, следует считать миелопероксидазу, активность которой чрезвычайно высока в гранулоцитарных элементах костного мозга. Энзим катализирует превращение одного из метаболитов бензола - гидрохинона в высокоактивный 1,4-бензохинон. В процессе метаболизма активируются свободнорадикальные процессы в клетках.
Путем введения метаболитов не удаётся воспроизвести клинику отравления бензолом. Так, введение даже больших доз фенола сопровождается лишь кратковременным угнетением кроветворения. Тем не менее, совместное введение фенола с гидрохиноном приводит к значимой супрессии клеточного деления в костном мозге. Вероятно, для воспроизведения полной картины интоксикации необходимо действие всего комплекса продуктов биотрансформации токсиканта.
По современным наблюдениям нарушения со стороны крови развиваются при хроническом действии бензола в концентрациях более ЮОррм (Куценко С.А., 2002). Эффекты, связанные с хроническим действием бензола, практически полностью ограничиваются нарушениями со стороны гемопоэза и иммунной системы. Одним из признаков хронической интоксикации бензолом являются анемия.
Таким образом, хотя в реализации токсического действия бензола так же имеет место свободнорадикальное окисление, проявление «окислительного стресса» в циркулирующем эритроците обусловлено не собственно окисляющей способностью бензола, а возможной дефектностью эритроцитов, образующихся в условиях метаболизма бензола в красном костном мозге. В то же время, действие вещества с высокой редокс-активностью, такого как хром, реализуется вне зависимости от путей метаболизма.
На следующем этапе экспериментального исследования изучена активность антиоксидантных ферментов в эритроцитах. Экспериментальные исследования проведены на 80 здоровых, половозрелых крысах-самцах линии Wistar массой 250-300 г. Схема эксперимента, дозы хрома и бензола соответствовали выше описанным. Активность антиоксидантных ферментов определяли в эритроцитарной массе, полученной трехкратным отмыванием крови охлажденным (5 С) физиологическим раствором. Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли по скорости аутоокисления адреналина в адренохром в щелочной среде. Определение активности каталазы проводили кинетическим спектрофотометрическим методом прямой регистрацией разложения субстрата фермента - перекиси водорода.
![Комплексная гигиеническая оценка среды обитания и состояния здоровья детского населения с использованием современных информационно-аналитических технологий (на примере г. Великий Устюг Вологодской обл.) [Электронный ресурс]](/i/i/4496/198705.png "Комплексная гигиеническая оценка среды обитания и состояния здоровья детского населения с использованием современных информационно-аналитических технологий (на примере г. Великий Устюг Вологодской обл.) [Электронный ресурс] Карлова Татьяна Владимировна")
