Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-генетическая оценка влияния промышленных выбросов на организм рабочих свинцового производства

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидат биологических наук, Шушкевич, Нина Ивановна, Алматы

íj i¿> íj :f"í cí¡ V b ¡

L'Lil'-''

f f

62 11/75

КАЗАХСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени аль-ФАРАБИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ

на правах рукописи

Шушкевич Нина Ивановна

ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ НА ОРГАНИЗМ РАБОЧИХ СВИНЦОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

03.00.16 - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.б.н., профессор Бигалиев А.Б. Научный консультант: д.м.н. Нищий P.A.

Алматы, 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...................................................................................................... 5

Глава 1. Обзор литературы. Генетический мониторинг мутагенного действия факторов окружающей среды........................................................................... 10

1.1. Эколого-генетическая оценка воздействия свинца

на организм человека....................................................................................................ю

1.2. Физико-химические свойства свинца и его соединений......................................................................................................................................26

1.3. Биологическое действие свинца ............................................................28

Глава 2. Объекты, материа и методы исследования........ 38

2.1. Принципы подбора обследуемых групп.................... 38

2.2. Культивирование клеток и проведение цитогенетического анализа........................................ 38

2.3. Оценка состояния здоровья обследумого контингента.................................................................. 41

2.4. Критерии генетико-эпидемиологического

состояния..................................................................... 42

2.5. Методы статистического анализа.............................. 43

Глава 3. Условия труда и состояние здоровья рабочих

при производстве свинца........................................ 45

3.1. Гигиеническая характеристика условий труда рабочих....................'.................................................... 45

3.2. Физико-химические характеристики аэрозоля.......... 52

3.3. Структура и частота заболеваемости рабочих 61 свинцового производства...........................................

Глава 4. Изучение цитогенетических эффектов у

рабочих свинцового производства....................... 69

4.1. Результаты цитогенетических эффектов у рабочих контрольной группы..................................................... 69

4.2. Изучение цитогенетического эффекта у рабочих плавильного цеха........................................................ 70

4.3. Изучение цитогенетического эффекта у рабочих агломерационного цеха.............................................. 77

4.4. Изучение цитогенетического эффекта у рабочих рафинировочного цеха............................................... 81

4.5. Зависимость цитогенетического эффекта свинца у рабочих от продолжительности воздействия производственных факторов...................................... 86

а) у рабочих плавильного цеха.......................... 86

б) у рабочих агломерационного цеха................ 88

г) у рабочих рафинировочного цеха ................. 91

4.6. Зависимость цитогенетического эффекта свинца

у рабочих от пола и возраста.................................... 93

4.7. Зависимость цитогенетического эффекта

у рабочих от вредных привычек (курение)................ 97

Глава 5. Содержаниесвинца в биологических средах, клинические, биохимические показатели периферической крови и результаты корреляционного анализа морфологических

99

показателей................................................................

5.1. Содержание свинца в крови у рабочих свинцового

производства............................................................... 99

5.2. Содержание свинца в моче у рабочих свинцового производства............................................................... 102

5.3. Зависимость гематологических и биохимических показателей от содержания свинца в крови............. 104

5.4. Результаты корреляционного анализа частоты хромосомных аберраций и морфологических показателей периферической крови.......................... 110

Глава 6. Генетико-эпидемиологическое исследование

нарушений репродуктивной функции у рабочих свинцового производства (рекогностированное

113

исследование)...........................................................

Обсуждение полученных результатов. Заключение............ 119

Выводы ....................................................................................... 131

Список использованной литературы........................................ 132

Приложение

150

ВВЕДЕНИЕ

В условиях прогрессирующего загрязнения окружающей среды антропогенными факторами различной природы одной из крупнейших проблем социально-биологического и медицинского значения является проблема генетических последствий этого загрязнения и оценка влияния на наследственность. Широкое распространение разнообразных химических соединений, используемых в промышленности, имеет отчетливое медицинское и социальное значение. Имеющиеся тенденция к росту производства и внедрения новых химических соединений как в условиях производства, так и в быту, служат достаточно веским основанием для привлечения внимания генетиков к данной проблеме с целью выяснения ее генетической значимости, а также разработки мероприятий, направленных на профилактику возможного отрицательного воздействия этих факторов на здоровье населения.

Генетические последствия химикатов-загрязнителей среды обитания проявляются на уровне возникновения и распространения хромосомной и наследственно обусловленной. патологии, способности вызывать внутриутробную смертность, снижении рождаемости и росте врожденных пороков развития, различных соматических эффектов, лежащих в основе злокачественной трансформации клеток, ускоренного старения организма, в увеличении специфической заболеваемости и снижении неспецифической устойчивости организма к факторам окружающей среды (Лунге И.Н., Трубников В.И.,1990; Лежава ТА,1991).

Развитие металлургической промышленности, концентрация производства в отдельных территориальных регионах, интенсификация технологических процессов, выплавки различных металлов указывает на то, что проблема охраны окружающей среды является весьма актуальной (Золотова О.В. и соавт.,1992). В атмосферу районов размещения современных предприятий цветной металлургии, а также в воздушную среду производственных помещений поступают разнообразные химические соединения, среди которых одним из ведущих является свинец. В выбросах

отходов свинцового производства ежесуточно содержится до тонны и более свинца, загрязняющего атмосферный воздух, воду, растения, почву на большие расстояния (Добровольский В.Р. и соавт.,1987).

Кроме того, использование свинца в качестве антидетонатора в этилированном бензине привело к тому, что огромное количество металла с выхлопными газами автотранспорта выбрасывается в атмосферный воздух, распространяясь на большие расстояния в зависимости от атмосферных условий. Так, в Швейцарии автомобили ежедневно выбрасывают до 4 тонн свободного свинца (Lob M.,1992, Manfold B.D., 1990).

Таким образом, каждый промышленный центр цветной металлургии, каждый город с развитым автотранспортом представляет собой источник поступления свинца в окружающую среду, образуя биогеохимические провинции ( Han Liantang et.al. 1993). То есть, атмосферный воздух промышленно развитых регионов уже содержит значительные количества свинца. Однако, особый интерес представляют непосредственно свинцовые заводы, являющиеся основным источником выделения свинца и где в воздушной среде производственных помещений его содержание во много раз превышает предельно-допустимые концентрации.

Именно изучение влияния таких высоких количеств свинца и его соединений, а также ряда других химических компонентов на генетический аппарат организма работающих непосредственно в производственных условиях и при длительной экспозиции воздействия является весьма актуальным.

Генетические последствия неконтролируемых воздействий на наследственный материал человека могут весьма серьезными, отражаясь на уровне возникновения и распространения хромосомной патологии, способность вызывать внутриутробную смертность, снижение рождаемости и роста врожденных пороков развития, различные соматические эффекты, лежащие в основе злокачественных клеток, ускоренного старения организма, в увеличении специфической заболеваемости и снижения неспецифической устойчивости организма к факторам окружающей среды (Н.П. Бочков, 1982).

Данные по цитогенетическому обследованию рабочих, занятых на производстве цветных металлов, цинкоплавленном, медиплавильном производствах показывают наличие мутагенного действия комплекса химических и физических факторов, характерных для этих производств (Buchanan W.; 1982, Dziekanowska D., 1985)

Активно накапливаясь в объектах биосферы, свинец оказывает комплексное воздействие на человека (Чеплиева Т.Н., 1990) и вызывая ответную реакцию организма, приводит к изменению биохимических, клинических и цитогенетических показателей, к увеличению свинца в биосредах организма.

Для оценки генетических эффектов, являющихся следствием изменения экологической среды проживания человека, в настоящее время разработан ряд методических подходов, среди которых мониторинг хромосомных и генных мутаций, мониторинг мутаций на основе биохимического или клинического скрининга. Реализация программ на этой основе обычно затруднена из-за таких факторов, как недостаточная информативность, высокие затраты и т.д. При этом особенно значимым является изучение генетических нарушений непосредственно в производственных условиях, где на организм рабочих воздействует крайне высокие концентрации свинца.

В условиях современного производства, которое, как правило, характеризуется сочетанным воздействием на человека химических веществ и физических факторов, большими разрешающими способностями обладает эпидемический подход (К. Janoy et.al.1989), используемый в системе слежения за отдельными генетическими последствиями. Данный подход включает и изучение влияния вредных факторов на репродуктивную функцию человека путем учета числа спонтанных абортов и врожденных пороков развития.

Все вышеперечисленное привело к выбору генетико эпидемиологического подхода при решении исследовательской задачи по анализу генотоксических эффектов, которые обусловлены комплексным воздействием производственных факторов на свинцовом производстве Усть-Каменогорского свинцово - цинкового комбината.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью данного исследования является изучение оценки экологических последствий воздействия комплекса производственных факторов на генетический аппарат у лиц, работающих на свинцовом производстве.

Поставлены следующие задачи:

1. Изучить частоту хромосомных аберраций в лимфоцитах крови у рабочих, занятых на основных технологических операциях: в плавильном, агломерационном и рафинировочном цехах свинцового производства.

2. Изучить параметры нарушений генетического аппарата, биохимических и клинических показателей у рабочих в зависимости от места и условий труда, экспозиции воздействия (стаж работы), возраста, вредных привычек (курение) и дисперсного состава аэрозолей свинца.

3. Изучить корреляционные зависимости между содержанием свинца в крови, в воздухе промышленной зоны и изменением биохимических показателей, уровня частоты хромосомных аберраций.

4. Провести эколого-генетическое обследование супружеских пар с целью наблюдения исходов беременности, выяснить степень влияния на половые клетки комплекса экологических факторов свинцового производства путем сравнительной оценки показателей рождаемости, спонтанных абортов, детей с пороками развития.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Закономерности цитогенетического эффекта в зависимости от экологических факторов, установленных у рабочих свинцового производства с учетом стажа, возраста, пола и профессии.

2. Количественная зависимость цитогенетического эффекта от содержания свинца в крови, в воздушной среде и его дисперсным состоянием.

3. Закономерности между уровнями свинца в крови, его морфологическим составом у рабочих с изменением клинических и биохимических показателей, а так же частотой хромосомных аберраций и

нарушений репродуктивной функции с учетом эколого - генетического обследования супружеских пар.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые дана экспериментально-клиническая оценка генетических эффектов свинца на микропопуляции человека (профессиональные группы). Выявлена четкая корреляция уровня хромосомных аберраций от концентрации свинца в воздушной среде, его дисперсного состояния и продолжительности воздействия на организм человека в зависимости от возраста и пола обследованных. Определены нарушения, связанные с изменением репродуктивной функции и степень влияния на зародышевые клетки при сравнительной оценки показателей рождаемости, спонтанных абортов и детей с пороками развития. Установлено, что в условиях свинцового производства ведущее значение на изменение цитогенетического эффекта оказывает свинец. Определен критический ("пороговый") уровень концентрации свинца в воздушной среде, уровень в воздушной среде непосредственно для свинцовых заводов, при котором возможно увеличение частоты хомосомных аберраций у рабочих. При этом существенное значение играет его микроскопические фракции, способные наиболее легко проникать в больших количествах на альвеолярный уровень и пенетриробать в кровяное русло.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Разработаны и даны практические рекомендации по профилактике потенциальных генетических нарушений у рабочих свинцового производства. Предложен комплекс мероприятий на снижение экологических факторов производственной зоны, приводящие к изменению уровня хромосомных аберраций у рабочих. Модифицирована методика - использования хромосомного теста при проведении профессиональных осмотров рабочих в условиях поликлиники и здравпунктов.

ГЛABA1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ МУТАГЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.1 Эколого-генетическая оценка воздействия свинца на организм

человека.

Проблема эколого-экономических взаимоотношений развивающихся промышленных комплексов и человека представляет в последнее время всесторонний интерес. В результате интенсивного роста химической и черной, горнорудной и цветной металлургии, концентрации производств в одних регионах, что особенно характерно для развивающихся промышленных городов Казахстана, увеличивается контакт населения с химическими загрязнителями, часть из которых может обладать мутагенными, гонадо -эмбриотоксическими и канцерогенными действиями. В атмосферу индустриальных городов ежегодно поступает значительное количество цинка, свинца, мышьяка, сурьмы и других химических веществ. Довольно больших размеров достигало загрязнение воды, почвы, воздуха соединениями тяжелых металлов (Неменко Б.А.; 1990 г., Hiang Xiacmu et al., 1994).

Проведенная в последнее время широкая проверка на мутагенность показала, что многие из этих соединений способны индуциривать мутации в различных генетических тест-системах. Экспериментально установлено мутагенное, гонадотоксическое и эмбриотропное действие широко распространенных загрязнителей: фтористых соединений (Сазонова Л.А., 1983, ) и соединений тяжелых металлов (Полянский Н.Г., 1986, Бигалиев А.Б., 1989,Омарова М.Н., 1993).

Повышение уровня мутабильности окружающей среды может способствовать возникновению серьезных генетических последствий. На рис.1 представлены возможные последствия мутаций в соматических и зародышевых клетках у человека. Так, мутации в соматических клетках, как за счет прямого воздействия экзогенных факторов с генетическим аппаратом, так и за счет нарушений репарационных процессов в клетках, способны

вызвать злокачественную трансформацию клеток, ускоренное старение организма, вызвать внутриутробную гибель плода и врожденные пороки развития (Бочков Н.П.,1992).

Наибольшую генетическую опасность для популяций человека представляют мутации в зародышевых клетках. Многочисленными исследованиями показано, что за счет мутаций, происходящих в зародышевых клетках, около 50-70% оплодотворенных клеток не развиваются, до 90% зигот до начала второй недели беременности погибает вследствие действия хромосомных деталей и беременность маскируется под так называемой "задержкой менструации".

По данным Н.П. Кулешова (1979), Н.П. Кулешова и Р. Шрама (1982)

из 106 зачатий 65x104 завершаются летальным исходом в пре- и перинатальном периодах, при этом 54,89x104 - вследствие эффекта хромосомных аномалий. Среди диагностированных беременностей частота спонтанных абортов составляет в среднем 15%, из них 53% абортов обусловлены хромосомными нарушениями. Наиболее частыми мутациями, приводящими к спонтанным абортам, являются трисомии, составляющие около 50% от всего числа хромосомных аномалий. Полиплоидии составляют 22,6%, моносомии встречаются в 19, 3% случаев из всех спонтанных абортов с хромосомными аномалиями. Существенна роль хромосомных и геномных мутаций в перинатальной смертности. В группе перинатально погибших детей частота хромосомных аномалий в среднем составляет 6-7%. Большое значение в перинатальн�