Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев

Ле Фыок Кыонг

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев"

На правах рукописи

ЛЕ ФЫОК КЫОНГ

ЭКОМОНИТОРИНГ КСЕНОБИОТИКОВ В ОРГАНИЗМЕ ВЬЕТНАМЦЕВ

03.02.08 - Экология (химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань - 2012

005010055

Работа выполнена на кафедре аналитической химии, сертификации и менеджмента качества ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: Евгеньев Михаил Иванович,

доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Латыпова Венера Зиннатовна,

доктор химических наук, профессор кафедры прикладной экологии ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Чугунов Юрий Викторович, кандидат химических наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Казанский национальный

исследовательский технический университет им. Туполева», г. Казань

Защита диссертации состоится «29» Февраля 2012 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при Казанском национальном исследовательском технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-ЗЗО).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета.

Автореферат разослан «27» января 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. В. Степанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема взаимоотношений человека с окружающей средой все более обостряется в связи со стремительным ростом потребления природных ресурсов, вовлечением в хозяйственную деятельность все новых веществ и материалов. Все это создает реальную угрозу необратимого изменения среды обитания.

Все возрастающее применение пестицидов, минеральных удобрений, поверхностно-активных и других веществ приводит к серьезным экологическим проблемам. Это относится к широко применяемым веществам, обладающим высоким уровнем персистентности (хлор- и фосфорорганическим пестицидам, химическим элементам и другим), способным накапливаться и загрязнять почву, водоемы и продукты питания, оказывая при этом токсическое воздействие на организм человека.

Во Вьетнаме в 2007 году для сельскохозяйственного производства использовано 36000 т пестицидов 2000 наименований, в т.ч. 56% фосфорорганических (ФОП) и 30% хлорорганических (ХОП) (Ти ВтЬ МтЬ, 2008). Эти стойкие загрязнители накапливаются в пищевых цепях, приводя к различным хроническим заболеваниям при попадании в организм.

Волосы обладают кумулятивными свойствами накапливать различные вещества из окружающей среды. Их состав отражает общее состояние здоровья человека и является биоматериалом, используемым в экологоэпидемиологических исследованиях. Важной особенностью волос является их способность поглощать эндогенные вещества из организма человека и сохранять их практически неизменными в течение длительного времени (от нескольких месяцев до нескольких лет).

В связи с этим особую значимость в обеспечении экологической безопасности населения приобретает мониторинг ксенобиотиков в организме человека.

Цель работы заключалась в разработке комплекса экоаналитических способов для мониторинга химических элементов и пестицидов в волосах и выявлении признаков предрасположенности к воздействию ксенобиотиков.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• оптимизировать условия проведения спектрального определения химических элементов с применением систем разложения волос в сосудах высокого давления;

• установить оптимальные значения времени, температуры и давления флюида в процессе сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) пестицидов из волос;

• исследовать эффективности экстракции полярных и неполярных пестицидов из волос с использованием модифицированного диоксида углерода;

• разработать способы определения хлор- и фосфорорганических пестицидов в волосах, основанных на СКФЭ и жидкостной экстракции с последующим ГЖХ-МС анализом экстракта;

• выявить связь между активностью М-ацетилтрансферазы ^АТ) и активности изоферментов системы цитохрома Р450 (СУР-450) и содержанием химических элементов и пестицидов в организме;

• определить уровни накопления химических элементов и пестицидов в волосах вьетнамцев в различных районах городов Дананга (Вьетнам) и Казани и выявить характер пространственного распределения токсичных химических ксенобиотиков в биосубстратах вьетнамцев.

Научная новизна работы:

Определены активности ферментативных систем метаболизма химических ксенобиотиков NAT и СУР-450 в организме вьетнамцев с использованием тест-маркеров и установлены их корреляционные связи.

Установлено содержание 28 химических элементов (А§, А1, В, Ва, Са, Си, Ре, К, М& Мп, №, РЬ, 2п, Сг, Со, ва, 1Л, Мо, Ыа, Сё, Р, Бе, 81, Бп, Бг, "П, V, XV) в волосах вьетнамцев, показана возможность использования их содержания для оценки экологического состояния.

Выявлена зависимость частот дисбаланса эссенциальных элементов в организме человека от скорости процессов детоксикации ксенобиотиков у вьетнамцев.

Установлена зависимость степени извлечения пестицидов из человеческих волос методом СКФЭ от времени экстракции, температуры и давления сверхкритического флюида. Выявлены оптимальные условия определения полярных и неполярных пестицидов в волосах человека методом СКФЭ-ГЖХ/МС анализа экстракта.

Для оценки экологической безопасности вьетнамцев выявлены различия в содержании химических элементов в волосах в зависимости от фенотипов метаболизма ксенобиотиков, от пола и времени проживания в России.

Определены фоновые значения содержания химических элементов и пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в г.г. Казань и Дананга по результатам мониторинга ксенобиотиков на базе разработанных спектральных и хроматографических способов.

Практическая значимость: Разработаны способы определения химических элементов и пестицидов в человеческих волосах, основанные на методах атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) и СКФЭ-ГЖХ/МС анализе экстрактов волос. Экспериментальные результаты и выводы на их основе использованы в учебном процессе КНИТУ в дисциплинах «Экологический мониторинг» и «Контроль экологической безопасности химических производств», Данангского технологического университета в лабораторном практикуме по экологии для студентов очной и заочной форм обучения инженерных специальностей.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлены: анализ литературных источников, выбор объектов исследования с учетом их специфики,

планирование и проведение экспериментальных исследований, интерпретация и анализ полученных результатов.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Гумерову Ф.М. и к.х.н., доц. Умаровой Н.Н. за консультации по частным вопросам диссертационной работы.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на II Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008), I и II Научно-практической конференции «Экополис-Казань» (Казань, 2010, 2011), IX, X и XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и Биотехнологии» (Казань, 2008, 2009, 2010), IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), семинаре «Химический анализ медицинских объектов» (Научный Совет по аналитической химии РАН, Москва, 2011), 31st International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants “Dioxin-2011” (Brussels, Belgium, 2011), IX Международной конференции «Россия-СНГ-Восточная Европа: состояние, проблемы, перспективы» (Москва, 2011).

Работа отмечена дипломом I степени на конкурсе им. Лобачевского Н.И. по химии (г. Казань, 2011 г.).

Публикации. Автором опубликовано 17 работ, в т.ч. 5 статей - в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, 3 статьи и 9 тезисов докладов в научно-технических журналах и материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и 37 рисунков. Список литературы включает 254 наименования работ, в том числе 169 зарубежных авторов.

Во введении обоснована актуальность представляемой работы, сформулирована цель, изложены научная новизна, практическая значимость работы.

В первой главе работы приведен литературный обзор о мониторинге ксенобиотиков (химических элементов, пестицидов, лекарств и др.) в организме человека при обеспечении экологической безопасности. ‘

Во второй главе приведены географические характеристики, экологические проблемы различных сред территории проведения исследования и описаны методики проведения экспериментов.

В третьей главе представлены результаты определения ксенобиотиков в биологических объектах вьетнамцев на основе разработанных способов.

Четвертая глава посвящена выявлению связи между содержанием ксенобиотиков (химических элементов, пестицидов) в волосах и активностью ферментативных систем метаболизма у вьетнамцев. В ней также приведены данные по определению региональных фоновых значений содержания ксенобиотиков в волосах, а также влиянию факторов «район проживания» и

«длительность проживания» у вьетнамцев на содержание токсикантов в волосах вьетнамцев:

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Характеристика объектов исследований. Мониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования служили 170 биологических образцов (105 образцов волос, 35 образцов мочи и 30 образцов слюны) у вьетнамцев, проживающих на территории России и Вьетнама.

Схема проведения мониторинга ксенобиотиков в организме вьетнамцев представлена на рисунке 1.

Рис.1. Схема проведения исследования, п - количество образцов

Активность ферментативных систем метаболизма ксенобиотиков в организме человека определяли на основе оценки содержания тест-маркеров антипирина (99%) и изониазида в биологических жидкостях (моча, слюна). Спектры поглощения соединений регистрировали на спектрофотометре СФ-26 (Lomo, Russia).

В волосах определяли содержание 28 химических элементов методом АЭС-ИСП (спектрометр ЮАР 6300 DUO (Thermo Scientific, USA)). Микроволновая система speedwave MWS-3+ (Германия) разработана для выполнения гидролиза волос по температурной программе в сосуде высокого давления. Для определе-

ния использовали стандартные химические элементы при их содержаниях 0,5-2 ppm производства НПП СКАТ ООО (Новосибирск).

Использовали стандартные образцы пестицидов и их метаболитов: ДДТ (ди-хлордифенилтрихлорметилметан), ДДЕ (4,4'-дихлордифенилдихлорэтилен), линдан (гексахлорциклогексан), гексахлорбензол, 2,4-Д (2,4-

дихлорфеноксиуксусная кислота), хлорофос (0,0-диметил-(2, 2, 2-трихлор-1-оксиэтил)-фосфонат), дихлофос ((0,0-диметил-0-2,2-дихлорвинилфосфат), бутапон (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты бутиловый эфир) (ООО «НПО Метрология+», Россия) с аттестованными содержаниями не ниже 99%. В качестве органического растворителя для жидкостной экстракции из раствора, полученного после разложения волос, применялась смесь гексана с дихлормета-ном (3:1, об.). В процессе сверхкритической флюидной экстракции использовали диоксид углерода марки «пищевой» (99,8%), прошедший фильтр-осушитель, заполненный обезвоженным силикагелем. В качестве полярного сорастворителя применяли хроматографически чистый метанол.

Процесс сверхкритической флюидной С02-экстракции из образцов человеческих волос проводили с использованием установки циркуляционного типа с жидкостными насосами компании Thar Technologies Inc. (США). Хромато-масс-спектрометрическое исследование экстрактов волос осуществляли на приборе DFS Thermo Electron Corporation (США) методом ионизации электронным ударом. Энергия ионизирующих электронов составляла 70 эВ, температура источника ионов 280 °С. Разделение проведено на капиллярной колонке DB-5MS фирмы “Agilent” (длина 30 м, диаметр колонки 0.254 мм, толщина фазы

0,25 мкм). В качестве газа-носителя использовали гелий. Обработка масс-спектральных данных проведена с использованием программы «Xcalibur».

Статистическую обработку полученных результатов и их корреляционных связей проводили с помощью программ Microsoft Excel и Statistica 7.0.

1.1 Определение связи полиморфизма систем окисления и ацетилирования у вьетнамцев

Проведено исследование фенотипа ацетилирования у здоровых вьетнамцев по количеству несвязанного тест-маркера (изониазид), выведенного с мочой испытуемого за 6 часов и оценено распределение их на фенотипы медленного и быстрого ацетилирования. Фенотип окисления определяли по количеству выведенного со слюной антипирина за 12 часов. Использовали методики Семенюк А.В. и др. (1982) и Краковского М.Э. и др. (1990).

Параметры экскреции тест-маркеров биожидкостью (мочой и слюной) приведены в табл. 1. Распределение вьетнамских добровольцев по активности ци-тохромов Р450 при определении фенотипа окисления показало наличие трех групп: быстрого (23,3%), среднего (50%) и медленного типа (26,7%). Исследования также показали, что по активности NAT в организме человека делятся на две группы - с фенотипом быстрого (62,9%) и медленного N-ацетилирования (37,1%) (рисунок 2).

Произведен сопоставительный анализ активности ферментативных систем ацетилирования и окисления после фенотипирования 21 индивида по типу аце-тилирования и 20 индивидов по типу окисления. Были выяснено, что медленному типу окисления соответствует быстрый тип ацетилирования, а быстрому типу окисления - медленный тип ацетилирования. Среднему типу окисления характерно распределение как в сторону высоких активностей NAT, так и в сторону низких (табл.2).

Рис.2. Полиморфизм ацетилирования (А) и окисления (Б) у здоровых добровольцев:

(А) I - быстрые 62,9%,

2 - медленные 37,1%;

(Б) 1 - быстрый 23,3%,

2 - средний 50%,

3 - медленный 26,7%

Таблица 1. - Параметры экскреции тест-маркеров биожидкостью у вьетнамцев

(п = 65, Sr в скобках)

Процесс метаболизма Фенотип Количество выведенного тест-маркера Вероятность распределения

А - Окисление за 12 часов, мкг

+быстрый +средний +медленный 3,27±0,51 (0,02) 11,28±2,08 (0,04) 26,15±4,76 (0,02) Р<0,001 Р<0,001

Б - N-ацетилирование за 6 часов, мг

+быстрый +медленный 15,75±2,30 (0,05) 28,45±3,01 (0,04) Р<0,05 Р<0,05

Таблица 2. - Активность N-ацетилтрансферазы в группах медленных, средних и

быстрых фенотипов окисления (п — 41, Sr в скобках)

Фенотип окисления Количество антипирина, выведенного за 12 часов, мкг Вероятность распределения Активность N-ацетилтрансферазы (фракция дозы ' ГИНК, %) Вероятность распределения

Быстрый 2,56±0,82 (0,02) Р<0,001 10,75± 1,25 (0,03) Р<0,05

Средний 9,15±2,05 (0,03) 6,52±3,21 (0,03)

Медленный 25,27±5,65 (0,03) 4,25± 1,10(0,05)

1.2 Спектральное определение химических элементов в волосах человека

Средние значения содержания элементов в волосах вьетнамцев, проживающих на территории России от 1 года до 25 лет представлены в таблице 3.

При анализе полученных данных обнаружено состояние избыточного накопления свинца и алюминия у обоих полов. Среди эссенциальных элементов ведущими являются дефициты Бе (80%), Ре (55%), Р (47%).

Таблица 3. - Содержание химических элементов (мкг/г) в волосах вьетнамцев, __________проживающих в России, (п = 40; р<0,05) ________________________

Элемент (линия, нм) Значения 25-75 центильных интервалов* Мужчины Женщины

18-25 лет 35-55 лет 18-25 лет 35-55 лет

5е( 169,090) 0,69-2,20 0,30 ± 0,05 - 0,17 ± 0,01 -

Ре(259,940) 11,0-24,0 14 ± 5 13,8 ±4,2 16 ± 7 10± 1,2

гп(206,200) 155-206 119 ± 20 195 ± 15 133 ± 12 194 ±13

81(212,412) 11,0-37,0 27 ± 9 36,1 ±8,5 30 ± 6 37 ±11

Си(324,754) 9,0-14,0 8 ± 1 24 ±5 7,0 ± 0,9 27 ±7

Мп(257,610) 0.32-1,13 0,6 ± 0,2 6,3 ± 4,2 2,6 ± 0,5 5,5 ±2,1

Со(228.616) 0,04-0,16 0,05 ± 0,01 - 0,07 ± 0,02 -

Сг(267,716) 0,32-0,96 5,33 ±0,02 2,3±1,1 5,39 ±0,02 3,2±1,5

У(292,402) - 0,37 ± 0.03 - 0,15 ± 0,04 -

Ы(670,784) 0,00-0,02 0,07 ± 0,01 - 0,22 ± 0,02 -

Мо(202,030) - 0,18 ± 0,01 1,23±0,12 0,19 ± 0,04 1,1±0,2

Ва(455,403) - 1,5 ± 0,2 3,1±1,2 3,7 ± 0,4 2,5±1,1

Са(294,364) - 0,9 ± 0,05 1,2±0,04 0,2 ± 0,01 1,5±0,03

Бг(421,552) - 2,8 ± 0,3 16,4±4,2 13,4 ± 1,1 13,6±5,3

В(249,773) - 5,6 ± 0,7 2,65±1,50 5,8 ± 0,1 2,1±0,3

W(224,875) - 0,07 ± 0,01 0,06±0,00 0,01 ± 0,00 -

Мв(285,213) 39-137 37 ± 5 155±42 129 ± 18 121±35

Са(317,993) 494-1619 399 ± 25 2180±756 989 ± 83 1675±325

N3(589.592) 73-331 285 ± 73 461±101 151 ± 44 331±85

Р( 178,284) 135-181 74 ± 6 4б±11 65 ± 5 41±14

К(766,490) 29-159 55 ± 12 71 ±21 33 ± 8 72±15

А1(396,152) 6,0-18,0 10,2 ± 2,3 28±5 8,2 ± 2,9 25±6

С(1(214,440) 0,02-0,12 0,06 ± 0,02 - 0,04 ± 0,01 -

РЬ(220,353) 0,38-1,40 11,2 ± 3,5 - 10,5 ± 1,8 8,1±1,1

189,989) - 0,19 ± 0,03 - 0,34 ± 0,04 -

N1(341,476) 0,14-0,53 0,94 ± 0,02 0,96±0,12 1,52 ± 0,30 0,93±0,22

Т1(323,452) 0,14-0,66 1,00 ± 0,08 9,3±1,5 1,4 ± 0,02 4,7±1,2

Ав(328,068) _ 0,05 ± 0,01 - 0,009 ± 0,001 -

‘Скальный А.В., 2003

Концентрация Бе в волосах вьетнамцев обнаруживается значительно ниже референтных величин (на 80%), что связано с пониженным содержанием селена в пище и в питьевой воде, нарушением обмена данного элемента в организме

или усиленном расходе на нейтрализацию вредных веществ и последующем выведении.

1.3 Определение пестицидов в волосах вьетнамцев методом СКФЭ/ГХ-МС

Для определения ХОП и ФОП в человеческих волосах использован процесс СКФ экстракции с последующим ГЖХ-МС анализом экстракта.

Для выбора оптимальных условий процесса СКФЭ пестицидов из волос были изучены зависимости выхода пестицидов от давления флюида Р, температуры Т и длительности процесса экстракции т (рис.З). Оптимальные значения выхода пестицидов достигаются при времени экстракции 60 мин и выше, температуре 45°С, и при давлении 350 бар.

40 -30 -20 -10 -0

* -4 /&■ Л- ЛИ ■ ■ ПТ

¥ —♦——линдан -Ш—дат • ■й-.-ДДЕ

40 «0

100 120 140

Время згараюши, мил

(а)

Теюкретура, *С (б)

. 15

Ь)

—■ ■

- —♦—»

/'К*- Л' „Л-—Л

линдан

...х' -*—дат

■ Ег - -Д- * — ДДЕ

I' 1 1

150

350

450

250

Давление, бар

(В)

Рис.З. Зависимость эффективности извлечения пестицидов из человеческих волос (Б пика, уел. ед.) от параметров СКФЭ-процесса: а) т; б) Т; в) Р в циркуляционном режиме

Результаты определения содержания пестицидов в волосах у вьетнамцев методом СКФЭ приведены в таблице 4. Установлено, что сельские жители из двух микрорайонов города Дананга, длительно контактировавшие с пестицидами, имеют высокие значения их содержания в волосах. В волосах вьетнамцев, проживающих в г. Казани, также обнаружен ряд пестицидов.

Таблица 4. - Содержание пестицидов в волосах вьетнамцев

Концентрация пестицидов в волосах, иг/мг

Образцы Дихлофос Гексахлорбензол Лнндан Бутапон да ддт 2,4- Д Хлорофос

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 - 14,3 56,7 - - 135,6 - -

2 - - 39Д 28,5 іб - 52,1 -

3 34,8 - - - 11,4 4,3 18,2 -

4 - - * - - - -

5 115 - - - - - 48 -

6 - - - 12,5 75,4 - - -

7 - - - - 17 - -

8 70 - - 8,2 3,2 34 -

9 1,2 - - 0,8 - - - -

10 2,3 1,4 - 3,4 2 12,1 23 -

11 - 3,4 1,2 23 15,4 30,5 14 27

12 11 3 6,2 - 12,4 - 6,8 6

13 . 6 - - - 6 - -

14 13 - 7 23,4 - 17 - 8,8

15 35 5 - - 17 9 - -

16 - 11 5 . - 115 - 2,1 2,3

17 - - - - - - -

18 2,5 12 14 - - - - 1,9

19 - - - - - - - -

20 23 - 61 - 12,6 34,2 - 11

21 - - - - - - - -

и 22 10,5 1,6 - 8,2 - 32 - 6,5

Л а 23 - - - - - - - -

24 11,6 - 17 21 - 24 - 1,3

25 . 4,3 - 6 - - 2,2 -

26 . - - - 4,3 - - 2

27 4 3,2 - 5,3 - - 5 -

28 . 7 6,7 - - - - -

29 2,7 - - - 8,9 - - 6,5

30 . 5,2 - 4,3 - 10 5,8 -

31 . - 15 - - - - -

32 4,5 8,1 - - - - - -

33 . - - 7,7 11 - 16 12,6

34 2,5 2,3 4 - - - - -

35 - - - - - 25 - 13,4

36 - 1,6 3 - 12,5 - - -

37 8 - - 11,3 - - 76 -

38 - 15,2 - - 25,6 - - -

39 6 - 11,5 - - 13,6 - 11,6

40 - 6,2 - - - - 82,3 -

41 - - - 8,5 21,2 - - -

42 2 - 7 - - 4,3 23 -

43 . 12,4 - - 11,5 - - 8,3

44 - - 6,6 - - 5,6 и -

45 1,7 5,6 - 12,7 - - 12

Окончание табл. 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9

46 1,2 - -

47 - ' - 6,2 . - 9,2

48 - 4 - .

49 - 3 - - 5,7

50 - - - - . _ _

51 и - - 6,4 _ . 8,5 .

52 - - - - - . _ .

53 - - - _ .

■0 54 - 3,2 2,5 - - . _

55 - - - - - . _ _

я bS 56 - - - - - . .

57 - - - - - . . 12

58 8,2 - - - - 28 _ _

5У - - . - _ .

60 15 - - 2 - . .

61 11 - - - - . _

62 - - - - . 2,8 _

63 - - - - _

64 - - - - - . _

65 - 5,1 - - 9,8 - - -

2. Зависимость между содержанием химических элементов в волосах и активностью ферментативных систем метаболизма ксенобиотиков Проведен сопоставительный анализ активности ферментативных систем метаболизма ксенобиотиков NAT, СУР 450 и содержанием химических элементов в волосах вьетнамцев (табл. 5, 6). Установлено, что элементный статус обследованных групп лиц медленного и быстрого фенотипа ацетилирования, независимо от их возраста, оказался сходным по содержанию селена, кобальта, кальция, свинца и алюминия. Среднестатистические концентрации свинца и алюминия в волосах медленных ацетиляторов оказались выше физиологической нормы, а цинка, селена, и кобальта - ниже. Наблюдалось трехкратное превышение верхней границы нормы по содержанию алюминия и двукратное - свинца соответственно у 52% и 75% обследованных лиц. При этом выявлено снижение содержания цинка, селена и кобальта в два раза соответственно у 80%, 51% и 62% обследованных лиц. В отличие от этого, у быстрых ацетиляторов было обнаружено нарастающее увеличение следующих химических элементов: кальция - в 1,5 раза (72%), цинка - в 2 раза (55%) относительно допустимых физиологических отклонений. Особо следует отметить снижение содержание в волосах таких элементов, как фосфор (в 1,5 раза), калий (в 1,75 раза), натрий (в 1,7 раза) по сравнению с таковыми референтными значениями соответственно у 62%, 50% и 65% быстрых ацетиляторов.

Снижение соотношения концентраций Са/Pb и Zn/Cd по сравнению со значением нормы характеризует влияние токсического элемента на метаболизм эссенциальных химических элементов. У индивидов с быстрым фенотипом NAT наблюдалось меньшее значение соотношения концентраций Fe/Co (55%),

чем у лиц с медленным фенотипом (78%). Значения медианы соотношения концентраций Ре/Со как у быстрых, так и у медленных ацетиляторов не достигают нормы. Это вызвано дефицитом эссенциальных элементов.

Распределение вьетнамцев контрольной группы по активности цитохромов Р450 при определении фенотипа окисления показало наличие трех групп - быстрого (23,3%), среднего (50%) и медленного типа (26,7%). В обследуемом массиве лиц наблюдалось распределение лишь на две статистически различающиеся группы: быстрого (25%) и среднего (75%) фенотипа, имеющие избыток содержания ряда токсичных элементов (А1, Сё, РЬ, 5п, N1, Т1, Ад).

Таблица 5. - Соотношение содержаний химических элементов для медленных и

быстрых ацетиляторов (п-32, р<0,05)

Соотношение концентраций Значение в норме' Медленный тип № ацетилтрансферазы Быстрый тип Ы-ацетилтрансферазы

медиана тт-тах %1 медиана тт-тах, %1

Ие/Со >440 254 115-564 78 321 232-472 55

Са/РЬ 100 92 34-155 65 154 30-297 5

гп/Сс1 >500 2140 1421-2723 0 3645 2232-4679 0

Примечание: -по Скальному А.В., 2000

Таблица 6. - Содержание антипирина в слюне вьетнамцев контрольной группы и группы с накоплением токсичных элементов (п= 25, р<0,001, в

Время после принятия тест-маркера (0,6г), часы Концентрация антипирина в слюне, мкг/мл

Кпнтпольная гоуппа (п=13, р<0,001) Группа с ТЭ (п=12)

Быстрые (п=4) Средние (п=6) Медленные (п=3) Быстрые (п=3) Средние (п=9)

3 0,48±0,06(0,05) 2,46±0,20(0,02) 5,24±0,70(0,04) 0,32±0,06(0,01) 2,52±0,10(0,02)

6 1,52±0,02(0,01) 3,25±0,30(0,05) 8,32±1,10(0,03) 0,53*0,07(0,02) 3,89±0,20(0,01)

9 0,33±0,05(0,01) 1,52±0,50(0,04) 5,47±0,50(0,02) 1,21±0,10(0,04) 4,23*0,30(0,04)

12 0,19±0,07(0,03) 3,52±0,20(0,02) 5,00±0,20(0,03) 0,89±0,08(0,02) 1,36±0,10(0,04)

п - количество испытуемых

Полученные результаты сопоставления корреляции между содержанием элементов в волосах и активностью ферментативных систем метаболизма в биожидкостях (моча, слюна) позволят оценивать природное неблагополучие регионов.

3. Зависимость между содержанием химических элементов и фактором «район проживания»

В трех районах г. Казани (Приволжский, Советский и Вахитовский) проживают около 500 вьетнамцев. Анализ полученных данных показывает, что на территории города наблюдается неравномерное распределение практически всех химических элементов. Для каждого района характерен свой спектр элементов с нормальным распределением. Полученные данные показали, что про-

исходит большее накопление ряда токсичных элементов (свинец, кадмий) у вьетнамцев, проживающих в Вахитовском и Приволжском районах, чем в Советском районе. Это можно объяснить тем, что Вахитовский район расположен на пересечении основных городских магистралей и находится с наветренной стороны от промышленных территорий Приволжского района. Приволжскому району характерна недостаточная степень озелененности (Экология города Казани, 2005).

Для изучения многокомпонентных систем применяют методы многомерного анализа данных. Одним из инструментов поиска закономерностей, корреляций внутри системы является метод главных компонент МГК (Principal Component Analysis. РСА). Этот метод позволяет выявить в большой массе данных скрытые переменные, а затем иссле-

Рис.4. График счетов на две главные компоненты tl-t2

довать систему в пространстве новых переменных (главных компонент). В качестве объекта анализа были использованы результаты 39 наблюдений (образцов) по 29 факторам (содержание 28 химических элементов и фактор «район

проживания»). На рис. 4 представлен график счетов в пространстве двух первых главных компонент И 42. Все объекты четко разделились на три кластера. Справа оказались образцы с №1 по №14, принадлежащие жителям Вахитовского района г. Казани, слева вверху (№27 -№39) - Приволжского района. Слева внизу располагаются жители Советского района (№15 - №26).

График нагрузок тех же факторов главные компоненты р1 - р2 приведен на рис. 5.

Греф* наг*узск <р1 vs. р2)

1.0 0.8 о.е 0.4 02 Мз : : Ъг . : о Райзн • с - ^ Си : : . f=e : • Р ^ Ga о о W : о ■ 3 РЬ t ■ !'

■02 Ai

•0.4 Se О ■ оЯ

■0.6 о : :

-Q8 -1.0

-1 2 -10 -08 -0.6 0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 йб 0.8 1.0 1.2

Р1

Рис.5. График факторных нагрузок на главные компоненты pi - р2

В правой части координатного пространства, разделенной вертикальной осью, присутствуют помимо физиологически эссенциальных элементов большое число таких элементов, как РЬ, Сс1, Ва, А1, V и др. При сравнении с графиком счетов можно заметить, что эта часть пространства соответствует Вахитов-скому району. Жители двух других районов располагаются слева от вертикальной оси с меньшими значениями содержания ксенобиотиков. Содержание эссенциальных элементов в организме (К, №, Ъл., Ре, Си, Со, Бе) выше у жителей Приволжского и Советского районов.

Жители двух районов, кроме того, разделены в пространстве относительно горизонтальной оси: Приволжский - выше, Советский — ниже. Различие связано с повышенным содержанием у жителей Приволжского района таких элементов, как Мо и Бг, частично Сг, ва.

Проведенный МГК- анализ многомерных данных результатов по содержанию химических элементов в волосах человека показывает, таким образом, четкое разделение жителей на три кластера по фактору «район проживания». Это свидетельствует о существующем различии в экологии Вахитовского, Советского и Приволжского районов.

4. Влияние фактора «длительность проживания»

Влияние фактора «длительность проживания» вьетнамцев в России на содержание токсикантов также проводилось с применением метода МГК- анализа данных. В качестве объекта анализа была использована матрица данных таблиц

3 и 4, разбитых на две группы по длительности проживания: молодые вьетнамцы (МВ, прожившие в России от 5 до 10 лет), и старшие вьетнамцы (СВ, прожившие от 10 до 25 лет). Переменными в матрице являются концентрации ряда элементов в волосах — 28 химических элементов и 8 пестицидов.

Все изучаемые объекты разделились на два кластера, находящихся внутри большого овала -границ результатов в три стандартных отклонения. Изучение этих кластеров показало, что в правом кластере находятся вьетнамцы с номерами 3-20 (СВ). В кластере, находящемся слева, находятся люди с номерами 21-40 (МВ).

Для выявления того, какие элементы превалируют в волосах кластеров

Saxe scetefplot (t1 vs. t2) Standard deviation of t1: 3,000 Standard deviation of t2: 2,222

Рис.6. График счетов на две главные компоненты

1_аэЗпд5сайегро((р| ув. р2)

: бу'гахн

“Ж*”"

Рис.7. График факторных нагрузок на две главные компоненты

заключить, что накопление химических элементов и пестицидов в волосах вьетнамцев зависит от длительности проживания в России.

МВ и СВ, необходимо наложить друг на друга два графика счетов и нагрузок (рис. 7), совместив их центры координат. При этом очевидно, что положения кластера СВ совпадает с наличием таких элементов и пестицидов, как А&, Бе, XV, дихлофос, хлорофос, ДЦЕ и т.д. Кластер МВ характеризуется отсутствием пестицидов и наличием в организме таких элементов, как РЬ, Сг, вп, У, V и С<± Таким образом, статистический анализ матрицы полученных данных позволил

5. Региональные фоновые значения содержания химических ксенобиотиков в волосах вьетнамцев

Представляет интерес определение статистически достоверных региональных фоновых показателей мультиэлементного состава волос вьетнамцев, а также других ксенобиотиков. Полученные результаты содержания химических элементов в волосах вьетнамцев в городе Казани незначительно отличаются от средних значений массива данных по Скальному А.В. (2838 жителей РФ). За региональные фоновые значения элементов в волосах у вьетнамцев, проживающих в России, приняты референтные медианные значения содержания элементов по центильной шкале (табл.З).

Для определения статистически достоверных фоновых показателей содержания пестицидов в волосах, использованы образцы, отобранные у вьетнамцев, проживающих в двух микрорайонах г. Дананга (Хоа Ванг и Льен Чьеу), являющимися сельскими зонами города. В них интенсивно применяли химические средства защиты растений (Отчет экологического состояния города Дананга, Вьетнам, 2011). За медиану принималось значение концентрации вещества, соответствующее 50 % частоте на кривых распределения, а за порог аномальности - 95 %-ный уровень суммарного частотного распределения.

По результатам анализа этих двух выборок рассчитаны региональные фоновые значения содержания пестицидов в волосах вьетнамцев г. Дананга. В таблице 7 для сравнения приведены литературные данные о среднем содержании хлор- и фосфорорганических пестицидов в волосах человека.

Таблица 7. - Содержание пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в районах Хоа Ванг (1), Льен Чьеу (2), и медианные фоновые содержания в волосах сельских жителей г. Дананга (3) в сравнении с литературными данными

Пункт отбора Концентрация пестицидов в волосах, нг/мг

Дихлофос Г ексахлорбензол Линдан Бутапон ДДЕ дат 2,4-Д Хлорофос

1 13,8 2,5 8,3 4,3 12,4 13,1 8,6 2,8

2 2 3,2 3,2 3,5 4,3 3,8 10,1 3,1

3 7,9 2,85 5,75 3,9 8,35 8,45 9,35 2,95

Литературные данные (мкг/г волос)

(Кундиев и др., 2010) (п=55) - 0,1-13 0,06- 39,1 - - 0,02- 16,92 - 2,2

(МіпЬ ТВ и др., 2008) 4,2 (п=Ю) - - - 11,4 (п=7) 34 (п=143) 12 (п=30) -

п - количество образцов

На рисунке 8 представлена динамика поступления пестицидов в двух микрорайонах г. Дананга в период с 2005 по 2010 гг. Интерпретация полученных данных позволяет выявить связь между присутствием пестицидов в волосах городских жителей и их применением.

а, б,

Рис.8. Динамика поступления пестицидов (в тоннах) в сельских зонах (а, р. Хоа Ванг; б, р. Льен Чьеу) г. Дананга с 2005 по 2010 гг.

Таким образом, определение содержания ксенобиотиков в волосах позволяет оценивать состояние среды обитания человека.

выводы

1. Установлена активность ферментов метаболизма (ацетилирования NAT и окисления CYP 450) у вьетнамцев. Выявлено, что медленному типу окисления соответствует быстрый тип ацетилирования. Среднему типу окисления характерно распределение как в сторону высоких, так и низких активностей NAT.

2. Методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной плазмой определено содержание 28 элементов в волосах вьетнамцев. Выявлены различия в содержании химических элементов в волосах в зависимости от активности ферментов двухфазных систем метаболизма (N-ацетилтрансфераза и цитохром Р450), а также пола и времени проживания в России. Установлен дефицит селена, цинка, меди, кобальта, железа и избыток алюминия, свинца, марганца в волосах у вьетнамцев, проживающих в России.

3. Предложен способ определения хлор- и фосфорорганических пестицидов

в волосах человека, основанный на сверхкритической флюидной экстракции их без использования органического растворителя, сорбционном концентрировании экстрагируемых соединений на выходе из экстрактора и переводе экстракта в инжектор хроматографа, его анализе с помощью ГЖХ/МС. В результате использования предложенного СКФЭ-ГЖХ/МС способа результаты анализа достигают ПрО, соответствующие физиологическому действию экотоксикантов на организм. ..

4. С использованием разработанного способа исследовано содержание пестицидов в ряде образцов волос вьетнамцев, проживающих во Вьетнаме и России. Установлено, что сельские жители из двух микрорайонов города Дананга, длительно контактировавшие с пестицидами, имеют высокие значения их содержания в волосах. В волосах вьетнамцев, проживающих в г. Казани, также обнаружены некоторые пестициды.

5. Выявлены различия в содержании 28 химических элементов и хлор-, фосфорорганических пестицидов в волосах вьетнамцев в зависимости от фактора «длительность проживания» в России (от 5 до 25 лет) и фактора «район проживания». На основе геохимического апробирования территории г. Дананга, г. Казани и статистической обработки экспериментальных результатов анализа рассчитаны значения региональных фоновых концентраций пестицидов и химических элементов в волосах людей.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ Статьи в рецензируемых научных журналах

1. Евгеньев, М.И. Активность N-ацетилтрансферазы и цитохрома Р450 у вьетнамцев / М.И. Евгеньев, Ле Фыок Кыонг, И.И. Евгеньева // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - №6. - С. 34-36.

2. Le Phuoc Cuong. Сверхкритическая флюидная экстракция пестицидов из волос вьетнамцев с последующим хромато-масс-спектрометрическим определением состава / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев, Ф.М. Гумеров, Р.З. Мусин, И.И.

Евгеньева, Ф.Р. Габитов, Л.Ю. Яруллин // Сверхкритические Флюиды: Теория и практика. -2011. - Т.6, №3. - С. 35-44.

3. Le Phuoc Cuong. Определение химических элементов в волосах вьетнамцев методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой / Le Phuoc Cuong, И.И. Евгеньева, М.И. Евгеньев // Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - №10. —С. 71-75.

4. Le Phuoc Cuong. Determination of pesticides in the hair of Vietnamese by means of supercritical C02 extraction and GC-MS analysis / Le Phuoc Cuong, М.1. Evgen’ev, F.M. Gumerov// J. Supercritical Fluids.-2012.-V.61.-№ l.-P. 86-91.

5. Le Phuoc Cuong. Экомониторинг пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в г. Дананга (Вьетнам) и в г. Казани / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев, Ф.М. Гумеров, И.И. Евгеньева, Н.Н. Умарова // Вестник Казанского технологического университета. -2011. -№18. - С. 31-37.

Статьи и тезисы докладов в других изданиях

6. Le Phuoc Cuong. Влияние химических элементов в человеческих волосах на активности ферментативной системы метаболизма ксенобиотиков у вьетнамцев / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев // Журнал Экологии и Промышленной Безопасности, №2. - 2010. - С. 77-81.

7. Le Phuoc Cuong. Мониторинг экотоксикантов в организме вьетнамцев спектральным и хроматографическим методами / Le Phuoc Cuong, On Hai Quynh, М.И. Евгеньев, Ф.М. Гумеров, A.C. Сироткин // Журнал Экологии и Промышленной Безопасности, №4. — 2011. — С. 43-46.

8. Le Phuoc Cuong. Polymorphisms of metabolic systems in the Vietnamese community in Russia / Le Phuoc Cuong, M.I Evgenev // Journal of Science and Development of Danang City, Vietnam, 2010. - P. 23-26. (на вьетнамском языке) ^

9. Евгеньев, М.И. Активность N-ацетилтрансферазы у жителей вьетнамской популяции / М.И. Евгеньев, Ле Фыок Кыонг II Тезисы докладов II Международного форума «Аналитика и Аналитики». - Воронеж, 2008. — С. 488.

10. Le Phuoc Cuong. Оценка активности микросомальных оксигеназ печени организма в процессе метаболизма ксенобиотиков у вьетнамцев / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев // Тезисы докладов X Международной конференции молодых ученых. - Казань, 2009. - С. 453.

11. Le Phuoc Cuong. Полиморфизм ферментативной системы метаболизма ксенобиотиков у жителей Вьетнама / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев II Тезисы докладов IX Республиканской школы студентов и аспирантов «Жить в XXI веке». - Казань, 2009.-С. 132-133.

12. Le Phuoc Cuong. Спектральное определение мультиэлементов в волосах Вьетнамцев / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев // Тезисы докладов XI Международной конференции молодых ученых. — Казань, 2010. — Т.2. - С.220

13. Le Phuoc Cuong. Экстракционно-хроматографическое и спектральное определение пестицидов и ионов металлов в волосах вьетнамцев / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев, И.И. Евгеньева // IV Международная конференция «Экстракция органических соединений». — Воронеж, 2010. — С. 330

14. Le Phuoc Cuong. Мониторинг ксенобиотиков в биосредах вьетнамской популяции спектральным и хроматографическим методами / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев, И.И. Евгеньева, Ф.М. Гумеров, Р.З. Мусин // Тезисы докладов АНАЛИТИКА-ЭКСПО. - Москва, 2011. - С. 43-47.

15. Le Phuoc Cuong. Determination of elements and pesticides in hair / Le Phuoc Cuong, M.I. Evgen’ev, I.I. Evgen’eva, F.M. Gumerov // XIX Mendeleev congress on general and applied chemistry. - Volgograd, Russia, 2011. - V.4. P. 351.

16. Le Phuoc Cuong. Pesticides monitoring in the hair of Vietnamese people by means of supercritical fluid extraction coupled with chromatography-mass-spectrometiy analysis / Le Phuoc Cuong, M.I. Evgen’ev, F.M. Gumerov // 31st International symposium on halogenated persistent organic pollutants “DIOXIN-2011”. - Brussels, Belgium, 2011. - V.73. P. 1547-1550.

17. Le Phuoc Cuong. Мониторинг экотоксикантов в биосредах вьетнамской популяции спектральным и хроматографическим методами / М.И. Евгеньев // Тезисы докладов IX Международной конференции «Россия-СНГ-Восточная Европа: состояние, проблемы, перспективы» - Москва, 2011. - С. 500-504.

Офсетная лаборатория ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата химических наук, Ле Фыок Кыонг, Казань

61 12-2/337

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЛЕ ФЫОК КЫОНГ

ЭКОМОНИТОРИНГ КСЕНОБИОТИКОВ В ОРГАНИЗМЕ ВЬЕТНАМЦЕВ

03.02.08 - Экология (химия)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Евгеньев М.И.

Казань-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ.................................................................. 5

Глава 1 МОНИТОРИНГ КСЕНОБИОТИКОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Поведение химических ксенобиотиков в окружающей среде.......... 10

1.1.1 Химические элементы ..................................................... 10

1.1.2 Пестициды.................................................................... 15

1.1.3 Биотрансформация ксенобиотиков в организме и генетические

аспекты экологической безопасности........................................ 20

1.2 Методы мониторинга ксенобиотиков в организмы.......... ........... 27

1.2.1 Методы мониторинга химических элементов........................... 27

1.2.2 Методы экстракции в мониторинге следовых количеств

пестицидов................................................................... 31

1.2.2.1 Традиционные методы экстракции пестицидов из объектов окружающей среды.............................................................. 32

1.2.2.2 Метод сверхкритической флюидной экстракции............ ............ 36

1.2.3 Методы экологического мониторинга полиморфизма процессов биотрансформации ксенобиотиков.......................................... 37

Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика экологической зоны исследования...................... 45

2.2 Исходные вещества, реагента и методы исследования.................. 59

2.2.1 Оборудование..................................................................... 59

2.2.2 Исходные вещества и реагенты.................... ................................................60

2.2.3 Методы эксперимента......................................................................................................................61

2.3 Математическая обработка результатов исследований................................70

Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Определение связи полиморфизма систем окисления и ацетили-рования у вьетнамцев с использованием лекарственных тест-

маркеров...........................................................................

3.2 Спектральное определение химических элементов в волосах вьетнамцев................................................................... 73

3.3 Определение пестицидов в волосах вьетнамцев методом жидкостной экстракции и СФЭ/ГХ-МС................................................. 76

Глава 4 ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ТОКСИЧНЫХ КСЕНОБИОТИКОВ В ОРГАНИЗМЕ ВЬЕТНАМЦЕВ

4.1 Оценка экологического риска на основе мониторинга химических элементов в волосах и их корреляционные связи с активностью ферментативных систем метаболизма ксенобиотиков у вьетнамцев................................................................................ 86

4.2 Оценка экологического состояния исследуемых регионов статистическими методами..................................................... 90

4.2.1 Исследование результатов анализа волос на содержание химических элементов. Фактор «район проживания».................................... 90

4.2.2 Влияние фактора «длительности проживания в России» у вьетнамцев

103

на содержание токсикантов в волосах........................................

4.3 Региональные фоновые значения содержания химических элементов

105

и пестицидов в волосах вьетнамцев...........................................

ВЫВОДЫ............................................................................ 110

ЛИТЕРАТУРА...................................................................... 112

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................... 140

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ

ОБОЗНАЧЕНИЙ

ФАО- Продовольственная и сельскохозяйственная организация

ВОЗ- Всемирная организация здравоохранения

ХОП- хлор органический пестицид

ФОП- фосфорорганический пестицид

ПХБ- полихлорированных бифенилов ДДЕ- дихлордифенилдихлорэтилен

ДДТ- дихлордифенилтрихлорметилметан

2,4-Д- 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота

NAT- N-ацетилтрансфераза

CYP 450- Цитохром Р450

ЖЭ- жидкостная экстракция

ТФЭ- твердофазная экстракция

ТФМЭ- твердофазная микроэкстракция

СКФЭ- сверхкритическая флюидная экстракция

МО- микросомальная оксидаза

ВЭЖХ- высокоэффективная жидкостная хроматография ГЖХ- газо-жидкостная хроматография ТСХ- тонкослойная хроматография

ГЖХ-МС- газо-жидкостная хроматография масс спектральный ГИНК- гидразид изоникотиновой кислоты, изониазид ПрО- предел обнаружения

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Во Вьетнаме в 2007 году для сельскохозяйственного производства использовано 36000 тонн пестицидов 2000 наименований, в т.ч. 56% фосфорорганических (ФОП) и 30% хлорорганических (ХОП) (Ти ВтЬ ММ1, 2008). Эти стойкие загрязнители накапливаются в пищевых цепях, приводя к различным хроническим заболеваниям при попадании в организм.. .«

Волосы обладают кумулятивными свойствами накапливать различные вещества из окружающей среды. Их состав отражает общее состояние здоровья человека и является биоматериалом, используемым в эколого-эпидемиологических исследованиях. Важной особенностью волос является их способность поглощать эндогенные вещества из организма человека и сохранять их практически неизменными в течение длительного времени (от нескольких месяцев до нескольких лет).

Цель работы заключалась в разработке комплекса экоаналитических способов для мониторинга химических элементов и пестицидов в волосах и выявлении признаков генетической предрасположенности к воздействию ксенобиотиков.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• оптимизировать условия проведения спектрального определения химических элементов в волосах с применением систем разложения волос в сосудах высокого давления;

• исследовать степень извлечения пестицидов из волос с разной степенью измельчения, а также эффективности экстракции полярных и неполярных пестицидов из волос с использованием модифицированного диоксида углерода;

• выявить связь между активностью N-ацетилтрансферазы (NAT) и активности

изоферментов системы цитохрома Р450 (CYP-450) и содержанием химических

элементов и пестицидов в организме;

Научная новизна работы:

Определены активности ферментативных систем метаболизма химических ксенобиотиков NAT и CYP-450 в организме вьетнамцев с использованием тест-маркеров и установлены их корреляционные связи.

Установлено содержание 28 химических элементов (Ag, А1, В, Ва, Са, Си, Бе, К, Мп, №, РЬ, Ъъ, Сг, Со, ва, 1л, Мо, Ыа, Сё, Р, ве, 81, вп, Бг, П, V, W) в волосах вьетнамцев, показана возможность использования их содержания для оценки экологического состояния.

Выявлена зависимость частот дисбаланса эссенциальных элементов в организме человека от генетически детерминированных процессов детоксикации человека.

Практическая значимость: Разработаны способы определения химических элементов и пестицидов в человеческих волосах, основанные на методах атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) и СКФЭ-ГЖХ/МС анализе экстрактов волос. Выявлены различия в содержании химических элементов в волосах в зависимости от активности ферментов двухфазных систем метаболизма, от пола и времени проживания в России. Результаты работы использованы для оценки экологической безопасности вьетнамцев, проживающих в России и во Вьетнаме. Экспериментальные результаты и выводы на их основе использованы в учебном процессе КНИТУ в дисциплинах «Экологический мониторинг» и «Контроль экологической безопасности химических производств». Полученные автором результаты используются в учебном процессе Данангского технологического университета в

лабораторном практикуме по экологии для студентов очной и заочной форм обучения инженерных специальностей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на II Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008), I и II Научно-практической конференции «Экополис-Казань» (Казань, 2010, 2011), IX, X и XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и Биотехнологии» (Казань, 2008, 2009, 2010), IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), семинаре «Химический анализ медицинских объектов» (Научный Совет по аналитической химии РАН, Москва, 2011), 31st International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants "Dioxin-2011" (Brussels, Belgium, 2011), IX Международной конференции «Россия-СНГ-Восточная Европа: состояние, проблемы, перспективы» (Москва, 2011).

Работа отмечена дипломом I степени на конкурсе им. Лобачевского Н.И. по химии (г. Казань, 2011 г.).

На защиту выносятся:

Результаты определения активности ферментов метаболизма (ацетилирования NAT и окисления CYP 450) у вьетнамцев

спектрофотометрическим методом;

- Способ определения 28 химических элементов в волосах методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индукционно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) с применением системы разложения высокого давления;

- Выявленная зависимость содержания химических элементов в волосах вьетнамцев от активности ферментов двухфазных систем метаболизма, пола и времени проживания в России;

- Способ определения пестицидов в человеческих волосах, основанный на СКФЭ из волос и ГЖХ-МС анализе полученного экстракта;

- Результаты исследования степени извлечения пестицидов методом СКФЭ из волос от параметров эксперимента (температура, давление, время экстракции);

- Региональные фоновые значения содержания химических элементов в волосах вьетнамцев, проживающих в г. Казань и Дананг.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлены: анализ литературных источников, выбор объектов исследования с учетом их специфики, планирование и проведение экспериментальных исследований, интерпретация и анализ полученных результатов.

Соавторами публикаций являются научный руководитель (д.х.н., проф. Евгеньев М.И.), а также д.т.н., проф. Гумеров Ф.М., к.х.н., доц. Евгеньева И.И., к.х.н., доц. Умарова H.H. и к.х.н., доц. Мусин Р.З., принимавшие участие в экспериментальной работе и обсуждении результатов. Автор приносит им глубокую благодарность.

Публикации. По результатам работы опубликовано 17 работ, в т.ч. 5 статьи - в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, 3 статьи в научно-технических журналах и материалах конференций, 9 тезисов докладов.

ГЛАВА 1 МОНИТОРИНГ КСЕНОБИОТИКОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (ОБЗОР

ЛИТЕРАТУРЫ)

Основная задача экологического мониторинга заключается в том, чтобы получить объективную информацию о содержании вредных компонентов в среде обитания [1]. Химический анализ позволяет выявить загрязненный объект окружающей среды, вещества-загрязнители и оценить степень загрязненности, дает сведения об источниках и путях попадания загрязнителей в воду, почву, воздух и в организм человека [2, 3]. Только данные аналитического мониторинга могут обеспечить реальную возможность управления чистотой окружающей среды и указать момент необходимого вмешательства для ее защиты [4].

1.1 Поведение химических ксенобиотиков в окружающей среде

Тенденция к накоплению ксенобиотиков в объектах окружающей среды до опасных уровней может быть выявлена в ходе экологического мониторинга [5]. Однако для обоснованного вывода о влиянии химиката на экосистемы одной химико-аналитической информации абсолютно недостаточно. Кроме того, выявление тренда (изменения содержания во времени) требует проведения очень большого числа дорогостоящих анализов. Естественно, что такой подход к обнаружению риска неприложим к новым, еще не поступившим в окружающую среду химическим ксенобиотикам. Поэтому в обнаружении и оценке риска большую роль играет изучение поведения химикатов в окружающей среде и экспериментальное выявление их токсических воздействий на состояние здоровья человека.

1.1.1 Химические элементы

Для решения проблем, стоящих перед экологической химией, необходимо изучить поведение химических элементов в различных горных породах и

составляющих их минералах, в почвах, подземных и поверхностных водах, растениях и в конечном счете миграцию в организм человека [2, 6].

Токсичные химические элементы попадают в пищевое сырье различными путями: с растениями, выращенными на загрязненных почвах и водах, в результате разработки рудных месторождений, при использовании недостаточно очищенных сточных вод, с обитателями загрязненных водоемов (гидробионты, моллюски-фильтраторы и хищные рыбы), с атмосферными выбросами промышленных предприятий, электростанций, транспорта, при контакте с металлической посудой, оборудованием, упаковкой и т.д. [7].

Химические элементы, которые комплексно поступают в организм человека, аккумулируются в биосредах (моча, ногти, волосы и т.п.) и распределяются в тканях, выполняют роль строительного материала и/ или участников и регуляторов биохимических процессов в этих тканях, взаимодействуют друг с другом, депонируются и, в конечном итоге, выводятся из организма.

На рис. 1 представлена схема обмена микроэлементов в организме человека [6]. Как следует из этой схемы, обмен химических элементов зависит от их поступления из окружающей среды, а также взаимодействия внутри организма, особенностей нейтроендокринной регуляции и выделения из организма.

Попав в организм человека, химические элементы распределяются между органами и тканями, избирательно накапливаясь в них. Макро- и микроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Самые большие концентрации химических элементов можно обнаружить в костной ткани, коже и ее придатках, печени и мышцах. Концентрация того или иного химического элемента в определенной части тела, как правило, отражает его значимость для функционирования органа или ткани. Так, йод максимально накапливается в щитовидной железе, что определяет его основнополагающее влияние на деятельность этого органа эндокринной системы. Фтор накапливается в эмали зубов; цинк в половых органах, коже, волосах, поджелудочной железе.

Рисунок I - Физиологические механизмы обмена химических элементов

(по \У. Е. КоПтег, 1983 с доп, и изм. А. В. Скального, 2000) Положения биогеохимии и геохимической экологии легли в основу геохимического районирования биосферы [8]. По мнению В,В. Ковальского (1974), основным критерием биогеохимического районирования должна быть изменчивость биохимических пищевых цепей в различных геохимических условиях. Согласно выдвинутой им концепции, накопление химических элементов организмами определяется не только их биологической природой и геохимией среды, но и пищевыми цепями, через которые осуществляется связь организмов и среды (почвообразующие породы, почвы, микроорганизмы, вода, воздух, растения, животные, человек). В пищевой цепи может происходить уменьшение концентрации одних химических элементов и накопление друг их (рис,2)

Информация о работе

Ле Фыок Кыонг
кандидата химических наук
Казань, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев"

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата химических наук, Ле Фыок Кыонг, Казань

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экомониторинг ксенобиотиков в организме вьетнамцев
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)