Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития Крайнего Севера, характеризующийся миграцией населения в регионы с суровым климатом, отражается на динамике демографических процессов, и на состоянии здоровья людей. Значение здоровья, как одного из лимитирующих факторов общественного производства, наглядно проявляется в районах нового экономического освоения, особенно на территории Крайнего Севера, в связи с дефицитом трудовых ресурсов.
На человека в этих широтах действует целый комплекс экстремальных факторов, включающих низкие температуры, влажность, сильные ветры, необычный фотопериодизм, гравитационные и гелиогеомагнитные явления, особенности химического состава почвы, воды, воздуха (Данишевский Г.М., 1968; Казначеев В.П., 1973, 1980; Деряпа Н.Р., 1975; Панин Л.Е., 1978,1986; Авцын А.П. и др., 1985; Бородин Ю.И., 1989). Кроме этих факторов, необходимо учитывать и последствия техногенного воздействия на среду.
Задачи сохранения и развития здоровья человека в специфических природных и производственных условиях северных территорий России должны рассматриваться с позиции современной антролоэкологии, с учетом как процессов биологической и социальной адаптации пришлого и коренного населения, так и осмысления всего спектра взаимодействия человека и природной среды. По существу, речь идет об исследовании человека и человеческих популяций, находящихся в динамическом взаимодействии с разноплановыми природными антропогенными экологическими комплексами и продуктами своего труда.
Проблемы здоровья человека, живущего и работающего в экологически трудных условиях Крайнего Севера, требуют для своего решения изучения влияния антропоэкологических воздействий различных факторов внешней среды на биосистемы. В настоящее время большое внимание уделяется вопросам добычи и переработки газов Ямальского месторождения, где особенно большое значение имеет комбинированное воздействие ге-лиогеофизических факторов, воды и газа на организм рабочего-вахтовика. Поэтому проблема изучения хронического воздействия
низких концентраций газа в сочетании с естественными экологических факторами на организм стоит весьма остро.
Один из подходов к решению этой проблемы заключается в определении токсического воздействия антропозкологачес-ких факторов на здоровье человека методами биоиндикации с подбором протекторов в виде адаптогенов, биостимуляторов, антиоксипантов и т.д. для профилактики и лечения. Перспективно также использование метода масс-спектрометрии для определения биологического фракционирования стабильных изотопов углерода и серы (соотношение UC/13C, ^S/^S) в экологических исследованиях как маркера загрязнения окружающей среды, что особенно важно на Крайнем Севере в районах тундры в местах нефтегазопромыслов и для определения раннего старения организма человека, обусловленного тяжелыми климатогеографическими условиями.
В постановке проблемы охраны окружающей среды часто возникает вопрос о невозможности полного предотвращения антропогенного загрязнения даже в так называемых безотходных технологиях, т.к. для осуществления этих задач требуются чрезвычайно большие материальные затраты. Поэтому вопрос охраны природы можно рассматривать как проблему научно обоснованного нормирования и контроля выбросов, а также сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. В этом аспекте разработка и обоснование способов биоиндикации антропогенных воздействий на природные экосистемы и составляющие их компоненты являются актуальными.
Биоиндикация — это обнаружение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе ответной реакции живых организмов и их сообществ. В настоящее время появилось большое количество работ по биоиндикации на клеточном, тканевом, организменном, популяционном и биоценотическом уровнях (Израель Ю.А., Верещагина Т.Н., 1985; Криволуцкий ДА., 1988; Тихомиров НА., 1988; Кошелев Б.В., 1988).
Становится ясным, что для объективной оценки уровня загрязнения окружающей среды и ее воздействия на человека необходимо исследование содержания промышленных токсикантов, в таких ее компонентах, как почва, поверхностные воды, фауна, флора, а также проведение анализа влияния естествен-
ных гелиогеофизических факторов. Преимущество биоиндикаторов, особенно млекопитающих, состоит в том, что они адек-... ватно, отражают, состояние .природной среды, а механизмы обменных процессов у них близки человеку.
В современной биологии, медицине, вирусологии широко используется метод тканевых культур. Главное преимущество этого метода — возможность прижизненного наблюдения клеток с помощью микроскопа, поскольку они сохраняют жизнеспособность в течение всего эксперимента, а также оценка со-четанного действия токсикантов, содержащихся в количествах ниже ПДК. Все это позволяет применять метод клеточных культур как метод биоиндикации.
Исследуя антропоэкологические факторы, влияющие на человека на Крайнем Севере, была поставлена цель определения наиболее токсичных для человека факторов. В связи с этим в первую очередь были поставлены вопросы изучения гелиогеофизических факторов: магнитного поля Земли (ГМП), межпланетного магнитного поля (МПМП), солнечной активности и их влияния на организм человека. На Крайнем Севере (65-69-я широты) — арене протекания сложного комплекса электромагнитных явлений, тесно связанных с солнечной активностью, отмечаются большие вариации характеристик возмущений ГМП, которые сказываются на показателях жизнедеятельности организма (Данилов В.И. и др., 1971; Данилов В.И., 1975; Коваль-чукА-В., 1974; Владимирский Б.М., 1977; Казначеев В.П., 1985).
Одной из важнейших экологических проблем крупных промышленных центров на Крайнем Севере (Надым, пос. Ямбург) является проблема питьевой воды, которая, как правило, не соответствует стандартам вследствие загрязнения окружающей среды. Поэтому определение степени токсического влияния питьевой воды на здоровье человека и разработка способов уменьшения токсического влияния являются весьма актуальными. Очевидно также, что для объективной оценки воздействия окружающей среды и уровня ее загрязнения на человека необходимо исследование промышленных токсикантов в ней. В наших исследованиях — это промышленный газ Ямальско-Ям-бургского месторождения, содержащий большое количество углеводородов и продуктов их сжигания.
Цель и задачи исследования. Цель работы — с использованием биоиндикации и масс-спекгрометрии' изучить характер различных антропоэкологических воздействци на биосистемы в условиях высоких широт и разработать новые критерии оценки воздействия антропоэкологических факторов на организм человека на Крайнем Севере.
Поставлены следующие научно-практические задачи: 1. Изучить применение феномена дистантных межклеточных взаимодействий и метода клеточных культур как тестов биоиндикации.
2. Изучить воздействие различных природных факторов (гелиогеофизических, гипогеомагнитной обстановки, воды, почвы) и загазованности природным и промышленным газом окружающей среды на состояние здоровья жителей этих эко-районов, с использованием метода биоиндикации на различных видах клеточных культур человека и животных.
-
Оценить биологический возраст индивидов на основе определения стабильных изотопов углерода (масс-спектромет-рическим методом) по образцам ногтей и волос, как показателя раннего старения организма.
-
Проанализировать техногенную нагрузку на экосистемы на основе метода биологического фракционирования изотопов углерода и серы (соотношение иС/пС и ^S/^S), как маркера загрязнения окружающей среды.
-
Подобрать с использованием методов биоиндикации протекторы — адаптогены, антиоксиданты, пищевые и витаминные добавки для профилактики и лечения рабочих-вахтовиков на Крайнем Севере.
Научная новизна. Впервые показана возможность использования модели дистантных межклеточных взаимодействий и клеточного монослоя для биоиндикации в экологии, медицине, фармакологии.
Впервые изучено влияние на рост культуры клеток in vitro антропоэкологических факторов. Показано, что метод клеточных культур является адекватным тестом оценки влияния на организм человека токсического действия экстремальных антропоэкологических факторов (гелиогеофизических, питьевой воды, природного газа и тд.), что позволяет объяснить механизм их
биотропного воздействия на клетку.
Показана корреляция биологических процессов на клеточном уровне с параметрами гелиогеомагнитной обстановки — временем и местом проведения эксперимента, К-индексом (местным индексом), Ар-индексом, знаком межпланетного магнитного поля, индексом солнечных вспышек. Гелиогеомагнитная обстановка в исследуемой широтной точке оказывает влияние на процессы жизнедеятельности клеточного монослоя.
Показано, что в пшогеомагнитная среда обладает выраженным биотропным эффектом в отношении культуры ткани: происходит снижение жизнеспособности клеточного монослоя, нарушение ритмики деления клеток и усиление феномена дистантных межклеточных взаимодействий.
Впервые при оценке воздействия антропоэкологических факторов, влияющих на адаптационные процессы у рабочих-вахтовиков и жителей этих экорайонов Крайнего Севера, проведен подбор протекторов — адаптогенов, антиоксидантов, пищевых добавок и витаминных комплексов для профилактики и лечения.
Впервые проведено определение степени загрязнения окружающей среды с использованием маркеров изотопов углерода иС.р*С и серы ^S/^S методом масс-спектроскопии, что особенно важно на Крайнем Севере, в районах тундры, в местах нефтегазопромыслов. Впервые предложено определение биологического возраста методом биологического фракционирования изотопов 12C/UC на основе масс-спектроскопии.
Теоретическая и практическая значимость. Открытие феномена дистантных межклеточных взаимодействий в системе двух тканевых культур (ДМВ) и изучение поведения монослоя клеточной культуры в различных экспериментах дает возможность использовать феномен ДМВ и клеточный монослой как метод биоиндикации воздействия антропоэкологических факторов на человека (на биосистему) в экстремальных условиях Крайнего Севера.
На основании проведенных исследований установлена токсичность питьевой воды в Надыме и в пос. Ямбург, где из трех проб (водозабор воды из Обской губы, воды, очищенной через угольный фильтр, воды из водопровода в больнице) особенно
токсичной, непригодной для приготовления лекарственных препаратов и просто для употребления в качестве питьевой, оказалась водопроводная вода.
Проведенные исследования по очистке воды показали высокую эффективность использования цеолиговых фильтров, так как после очистки по своим характеристикам вода приближалась к дистиллированой. Сделаны соответствующие рекомендации о применении указанных фильтров, которые были приняты и реализованы в медсанчасти Надыма для больниц, медпунктов и детских учреждений.
Исследование токсичности добываемого газа с использованием культуры клеток показало, что, кроме хронического отравления, газ особенно опасен при аварийной ситуации. Обоснован подбор протекторов, необходимых для применения в случае аварийной ситуации, а также для профилактики при работе на скважинах при заборе газа.
Исследованы и отобраны для практического здравоохранения различные адаптогени, антиоксиданты, пищевые добавки, биостимуляторы-протекторы, корригирующие неблагоприятные антропоэкологические воздействия на организм человека на Севере и для рабочих "горячих" цехов металлургической и газовой промышленности.
В качестве еще одной модели биоиндикации на молекулярном уровне разработана и применена методика биологического фракционирования изотопов для определения биологического возраста человека и использования стабильных изотопов как маркеров загрязнения окружающей среды.
Показано, что у людей молодого возраста (призывников), рожденных на Севере или привезенных в раннем возрасте, и у рабочих 28-30 лет, проработавших на Крайнем Севере более 5 лет могут наступать дизадалтивные состояния, приводящие к нарушению репарационных процессов и к появлению раннего склероза. При масс-слектроскопических исследованиях определяется потеря тяжелого изотопа 13С, т.е. идут нарушения биологического фракционирования, особенно при увеличении северного стажа выше 5 лет, и наступает несоответствие между паспортным и биологическим возрастом.
На основании проведенных исследований разработан спо-
соб оценки биологического возраста человека и рекомендации по отбору, сохранению трудоспособности и решению вопроса трудорезервов для газовиков как на Крайнем Севере (Ямал), так и в средней полосе — Астрахань.
При количественной оценке техногенного загрязнения окружающей среды на основе определения соотношения стабильных изотопов серы ^S/^S и углерода 12С/13С в газовых промыслах Астрахани установлено появление MS в почве и растениях, в органах животных на расстоянии 16 км от газоконденсатного завода, снижение изотопа 13С в органах животных и увеличение изотопа 12С. В 11 видах растений найден изотоп ^S, указывающий на загрязнение почвы. В печени и почках животных, находящихся в зоне выбросов завода (16 км), найден изотоп MS.
Таким образом, показано, что в результате техногенной деятельности человека в зонах наибольшего экологического напряжения имеет место смещение изотопного состава воздуха, почвы, воды и, как следствие этого, происходит изменение изотопного составе, например, в продуктах питания, потенцируются различные экологически обусловленные заболевания.
Научно-практические разработки широко апробированы и внедрены в учреждениях практического здравоохранения, на предприятиях газовой промышленности РАО "Газпром" на Ямале (Надым и Ямбург) и на Астраханском газоконденсатном месторождении; металлургической промышленности в Магнитогорске. Приняты и утверждены на Ученом совете отдела экологии и медицины РАО "Газпром" две методических рекомендации.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на ГХ Международном конгрессе по микробиологии, вирусологии, эпидемиологии (Москва, 1966); IV Международном симпозиуме по приполярной медицине (Новосибирск, 1978); VIII симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Апатиты, 1980); Советско-немецком симпозиуме по хронобиологии (Москва, 1982); VII Международном семинаре по проблемам биологического действия электромагнитных полей (Прага, 1984); конференции "Магнитобиология и роль ММП в биодинамике" (Москва, 1985); симпозиуме "Биометеорология человека" (Братислава, 1988); Международном симпозиуме ВМ ВОЗ/ЮНЕП "Кли-
мат и здоровье человека" (Ленинград, 1986); конференции "Непериодические быстропротекающие явления в окружающей среде" (Томск, 1990); Республиканской конференции "Медицинская магаитобиология — практическому здравоохранению" (Новосибирск, 1991); Международной выставке "ЭКСПО-92" (Испания, Севилья, 1992); Международной медицинской конференции "Проблемы здоровья и нефтяных месторождений в Арктических регионах" (Надым, 1993); Международной конференции "Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых и нефтяных месторождений в Арктических регионах" (Надым, 1995); конференции "О создании единой региональной системы мониторинга окружающей природной среды и здоровья населения Сибири" (Новосибирск, 1996); симпозиуме "Современные проблемы стресса и патологии у жителей Ханты-Мансийского автономного округа" (Новосибирск, 1996); DC International Congress on Circumpolar Health (Anchorage, USA, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 59 работ, из них 13 статей в центральных журналах, 6 работ опубликовано в зарубежных изданиях. Изданы 3 монографии: "Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях" (Новосибирск: Наука, 1981. —144 с); "Биоинформационкая функция естественных электромагнитных полей" (Новосибирск: Наука, 1985. —182 с); "Принцип относительности градаций живого вещества и проблема слабых взаимодействий" (Новосибирск: Ин-т общей патологии и экологии человека СО РАМН, 1993. — 94 с). Зарегистрировано открытие N 122 — "Дистантные межклеточные взаимодействия в системе двух тканевых культур" (Офиц. бюл. Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. —1973. — N19. - С. 3. Открытие N 122 в Государственном Реестре СССР, 1974).
