Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экспериментальное обоснование возможности оценки повреждающего действия экотоксикантов в модельных опытах

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное обоснование возможности оценки повреждающего действия экотоксикантов в модельных опытах"

Ки ОД 2 4 НОВ

На правах рукописи

/

РАСЦВЕТОВА НАТАЛЬЯ ВЛАДИМИРОВНА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОЦЕНКИ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ЭКОТОКСИКАНТОВ В МОДЕЛЬНЫХ ОПЫТАХ

03.00.04 - Биологическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

5^/

УФА, 1997

Работа выполнена на кафедре биологической и клинической химии Самарского государственного медицинского университета (ректор - академик РАМН А.Ф.Краснов)

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Ф.Н.Гильмиярова

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук,профессор П.Н.Шараев

доктор биологических наук С.А.Башкатов

Ведущее учреждение:

Омская государственная медицинская академия

Защита диссертации состоится " $ " 1997г. в __часов на заседании диссертационного совета К 084.35.01 при Башкирском государственном медицинским университете по адресу: г.Уфа, ул.Ленина, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного медицинского университета.

Автореферат разослан "_"_ 1997г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор

Э.Г.Давлетов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Экологическая проблема сейчас стоит в цен-гре внимания всего человечества. В течение многих десятилетий человек, -лубоко не задумываясь, вторгался в окружающую его среду, хищнически кггребляя растительный и животный мир, загрязняя и отравляя все вокруг :ебя.

Говоря об экологической катастрофе, мы обычно ассоциируем ее с фезвычайными, экстремальными ситуациями. Однако эту катастрофу чужно рассматривать как повседневную реальность, обусловленную все эолее возрастающим разрушением среды, экологического баланса с послед-лзиями уже в настоящем (Агаджанян Н.А.,Петленко В.П., 1989; Покров-:кий В.И.,1989; Литвинов Н.Н.,1997).

Установление степени влияния вредных факторов окружающей среды, зключая природно-климатические, на состояние здоровья населения в на-ггоящее время является одной из самых актуальных задач (Каримов Т.К. и ip., 1991). Региональный подход необходим также для решения вопросов хиагностики происходящих в организме изменений, оценки степени опас--юсти факторов окружающей среды и установления их действующих и по-эоговых уровней воздействия.

Организм человека в настоящее время постоянно подвергается воз-1ействию нервно-психического напряжения и факторов разной природы ^загрязнение атмосферного воздуха, воды, пищевых продуктов и т.д.), что »увеличивает степень риска развития неблагоприятных эффектов, поэтому зажной задачей является количественная оценка этого риска, которая пока мце не решена. Сложность этой проблемы состоит также и в том, что чело-зек подвергается воздействию одновременно ряда веществ, а в течение жиз-ш контактирует с целым набором химических веществ, поступающих в организм различными путями (Ковалев И.Е.,Маленков А.Г., 1980; Израэль О.А.,1984; Баренбойм Г.М.,Маленков А.Г.,1986; Лемешев М.Я.,1988; Лив-1ак И.Ф.,Воронов Ю.В., 1988; Бекхер А.А.,Агаев Т.Б.,1989; Кутепов Е.Н.,1993; Спирин В.Ф., Геригтейн Е.Г., 1997; Маршалл В.,1989; Botham э.А.,1990; Nelson L., 1990).

Цель исследования: выяснить структуру молекулярного ответа на дей-ггвие химических факторов, загрязняющих окружающую среду.

Задачи:

1. Определить характер и степень повреждающего действия химиче-:ких факторов окружающей среды на биообъекты из зоны экологического 1еблагополучия и региона с климатическими и геохимическими особенно-тями для выработки критериев суммарной токсичности (биотестирование, эиоиндикация).

2. Определение суммарной токсичности экстрактов почвы и растений ia различных биообъектах от молекулярного до клеточного уровня.

3. Сопоставить и проанализировать данные in vivo и in vitro для выяснения этиопатогенетической картины нарушений при воздействии эко-токсикантов.

4.Предложитъ рациональную систему защиты от повреждающего действия экотоксикантов на базе полученных результатов.

Научная новизна. Впервые охарактеризовано в сравнительном аспекте состояние биологических мембран, ферментных систем генерации и связывания свободных радикалов кислорода у лиц, представляющих популяции регионов Крайнего Севера и Средней полосы России. Установлена патогенетическая роль геоклиматических и экологических факторов окружающей среды в формировании нарушений метаболизма.

Впервые проведен анализ взаимосвязи компонентов про- и антиокси-дантных систем у жителей районов Самарской области и Ханты-Мансийского национального округа.

Новым материалом является обоснованная возможность прогнозирования суммарного действия химических агрессивных агентов.

Практическая значимость. Результаты проведенных исследований позволяют обосновать целесообразность определения повреждающего действия экотоксикантов в модельных опытах с целью оценки характера и степени воздействия агрессивных химических факторов окружающей среды на системы жизнеобеспечения организма и проведения профилактических мер защиты.

Учитывая важную функцию мембран в защите от экотоксикантов и повреждение их в зоне химических загрязнений, рекомендуется использование мембранопротекторов, антиоксидантов для профилактики заболеваний.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Жесткие климатические условия и техногенное загрязнение окружающей среды вызывают сдвиги в системе поддержания гомеостаза, выражающиеся в инактивации про- и антиоксидантных систем, ослаблении защитных функций мембран.

2. Комплекс действующих веществ, содержащихся в почве и растениях региона экологической катастрофы - фактор мощного воздействия на. процессы свободно-радикального окисления.

3. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований in vivo и in vitro, проведенных на большой группе населения, проживающего в условиях экологического неблагополучия в Средней полосе России и на Крайнем Севере, дает основание рекомендовать использование модельных опытов для оценки характера и степени воздействия экотоксикантов на биообъекты.

Апробация работы: Результаты исследования были представлены на II научном конгрессе по профилактической медицине (Санкт-Петербург, 1995), на VIII Соловецком симпозиуме "Здоровье и Север" (Архангельск, 1995), на II Международной научно-практической конференции "Экология и здоровье человека" (Самара, 1995), на Международном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и

наука - третье тысячелетие" (Москва, 1996), на совместном заседании Самарского отделена Всероссийского биохимического и Всероссийского нейрохимического обществ (Самара, 1997).

Публикации. По материалам настоящего исследования опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы'главы, посвященной описанию материалов и методов исследования, 4 глав собственных данных, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 24 рисунками, содержит 14 таблиц. В работе цитировано 304 источника, из них 206 отечественных и 98 зарубежных авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение воздействия экотоксикантов на системы детоксикации и энергопластического обеспечения организма с целью выявления их суммарной агрессивности и прогнозирования возможных нарушений нами проводилось в двух регионах России: в Самарской области (п.Красная Глинка и г.Новокуйбышевск) и в Ханты-Мансийском национальном округе (г.Когалым).

По результатам проведенного медицинского осмотра обследованные жители в каждом регионе разделены на две группы: практически здоровые и имеющие различные хронические заболевания.

Анализ структуры заболеваемости показал, что в п.Красная Глинка доминируют заболевания желудочно-кишечного тракта-28,5%,бронхо-легочной системы-21,4%, мочеполовой системы-7,1%;в Новокуйбышевске отмечаются заболевания желудочно-кишечного тракта - 51,4% (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, хронический гастрит, гаст-родуоденит, хронический холецистит, хронический панкреатит), заболевания почек у 15,3% обследованных, у 12,5% - болезни сердечно-сосудистой системы, заболевания опорно-двигательного аппарата у 8,3% жителей, патология бронхо-легочной системы - у 5,5% обследованных лиц; в Когалыме лидируют заболевания сердечно-сосудистой системы (16,7%), болезни органов дыхания (16,3%) и болезни желудочно-кишечного тракта (14,4%).

Метаболический статус организма изучен у 147 человек.

Группу сравнения (первая группа) составили 49 человек, проживающих в экологически относительно благополучном регионе - Красноглин-ском районе Самарской области и признанных по заключению медицинского осмотра практически здоровыми. Средний возраст в этой группе -24,5+0,68 года.

Во вторую группу были объединены 14 человек, также проживающих в Красноглинском районе, но страдающих различными заболеваниями. Средний возраст в группе - 24,1+1,02 года.

14 жителей Новокуйбышевска в возрасте от 18 до 24 лет - практически здоровых - объединены в третью группу. Средний возраст - 20,5+0,93 лет.

Четвертую группу составили 32 человека, проживающих в Новокуй-бышевске, с наличием у них различных заболеваний. Средний возраст-23,4+0,94 года.

Обследованные жители Когалыма (мигранты из Средней полосы России) подвергаются постоянному воздействию сурового северного климата.

В пятую группу объединены 28 обследованных жителей Когалыма, признанных медицинским обследованием практически здоровыми. Все -работники нефтегазодобывающего предприятия "Север". Стаж работы от 3 до 26 лет. Средний возраст -31,4+1,54 год.

Шестая группа также представлена работниками предприятия "Север", трудовой стаж которых от 3 до 19 лет. Средний возраст - 36,8+3,14 лет. Все лица в данной группе страдают различными заболеваниями.

В группах лиц с хроническими заболеваниями исследования осуществлялись в стадии ремиссии.

Определялись активность НАДН- и НАДФН-оксидаз эритроцитов (Okamura N. et al.,1976), активность супероксиддисмутазы эритроцитов и плазмы (Дубинина Е.Е. и др., 1983), перекисная устойчивость эритроцитов (Покровский A.A., Абраров A.A., 1964) содержание общего белка и белка эритроцитов (Кочетов Г.А., 1980).

В условиях in vitro изучалось влияние экотоксикантов почвы и суммы действующих веществ хвои сосны обыкновенной региона техногенного загрязнения на процессы метаболизма.Общее количество проведенных исследований in vivo-882, in vitro-1176.

Результаты проведенных исследований обработаны на ЭВМ с использованием методов статистической проверки статистических гипотез, одно-факторного дисперсионного и корреляционного анализов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из фундаментальных положений современной биологии, ставшим почти аксиомой, является дарвиновское учение о борьбе видов за существование как причине эволюции.

Стремление человека к независимости от стихий природы породило желание выделиться из единого биогеоценоза и занять в нем господствующее положение. Способность противостоять факторам биосферы, влиять на естественное окружение, создавать условия более благоприятные для одних видов и противоположные для других, стала возможной, в частности, вследствие крупномасштабного поступления в экосистемы химических соединений, синтезированных человеком.

Однако, выделившись и противопоставив себя природе, человек как биологический вид остался частью природы. Последствия антропогенного воздействия на биосферу, достигшие в последние годы критического предела, бумерангом возвращаются к самому человеку.

Содержание настоящего исследования составило изучение на молекулярном уровне состояния здоровья популяций жителей двух резко отличающихся биогеохимических провинций: Среднего Поволжья (пос.Красная

Глинка и г.Новокуйбышевск Самарской области) и Крайнего Севера Западной Сибири (г.Когалым Ханты-Мансийского национального округа).

Условия проживания данных популяций имеют ряд кардинальных различий: по типу климата, уровню инсоляции, по типу сложившегося биогеоценоза (Новокуйбышевск и Красная Глинка расположены на границе песостепной и..степной зон, Когалым - в зоне тундры), минеральному составу воды и почвы.

Питьевую воду Новокуйбышевска по данным Приволжского территориального центра по мониторингу окружающей среды отличает высокая жесткость, большое содержание хлоридов, нитритов и нитратов, меди. Для питьевой воды Когалыма характерно обеднение минеральными компонентами, включая фтор (жесткость в 6 раз меньше нормы), высокий уровень железа, превышение в 3 раза содержания аммиака, и, в следствии этого, щелочность воды.

Особенности минерального состава питьевой воды, в частности малая жесткость, позволяет отчасти объяснить специфику структуры заболеваемости региона Крайнего Севера. Ряд исследований показывает, что у лиц. живущих в районах с мягкой водой чаще развивается патология сердечнососудистой системы; при этом'доказана взаимосвязь концентрации ионов магния и калия в миокарде с жесткостью воды и частотой внезапной смерти в популяции (Chipperfield В., Chipperfïeld I., 1979; Marier I.R.,1980).

Полученные Б.П. Сухановым и A.A. Королевым (1997) данные свидетельствуют о декомпенсации ферментативного и неферментативного звеньев антиоксидантной системы при дефиците кальция.

Кроме того, популяции жителей Новокуйбышевска (крупного центра нефтехимии) и Когалыма (района нефтегазодобычи) постоянно испытывают агрессивное действие неизбежно загрязняющих в большей или меньшей степени окружающую среду продуктов промышленного производства.

Для выяснения биохимических особенностей сохранения здоровья и выявления метаболического фона, создающего условия для реализации патологических процессов в условиях экологического напряжения, в эритроцитах людей нами исследовалось состояние НАДН- и НАДФН-оксидаз, являющихся центральным звеном генерации активных форм кислорода, играющих важнейшую роль в биотрансформации ксенобиотиков в организме, и супероксиддлсмутазы, одного из главных ферментов антиоксидант-ной системы, предохраняющей собственные структуры от повреждающего действия супероксидрадикалов. Для оценки равновесия про- и антиэкси-дантных систем определялась устойчивость мембран эритроцитов к пере-кисным соединениям. Учитывая, что с перекисной устойчивостью эритроцитов в большей степени коррелирует активность супероксиддисмутазы, а не каталазы (Бондарев Д.П. и др., 1985), нами изучалось именно суперок-:иддисмутазное звено антирадикальнон защиты.

Функционирование ферментных систем антиоксидантной за шиты, а также количество неферментативных антиоксидантов (глутатиона, токоферолов, мочевой и аскорбиновой кислот, тиоловых групп белков) имеет реальное значение, и дефицит любой из них может стать причиной гемолиза.

Принимая во внимание, что функциональное состояние эритроинтар-ных мембран в полной мере отражает структурно-функциональные характеристики клеточных мембран вообще, а также течение обменных процессов на уровне целостного организма, объектом нашего исследования выбраны эритроциты жителей указанных регионов.

Анализ групп жителей исследуемых регионов, страдающих различными хроническими заболеваниями, по отдельным нозологическим формам не проводился, так как одной из задач настоящей работы было не изучение отдельных заболеваний или состояний, а выявление и характеристика .метаболического фона, на котором они подлежат реализации.

Полученные нами результаты показывают, что прежде всего во всех группах активность супероксиддисмутазы эритроцитов в 25-37 раз выше, чем фракции плазмы (рис. 1.2).

• Довольно низкая эффективность ферментативной системы защиты в плазме в норме вполне объяснима; ибо нейтрализация активных форм кислорода осуществляется как низкомолекулярными соединениями, например аскорбиновой кислотой, билирубином, мочевой кислотой, токоферолом, так. и .рысокомолекулярными соединениями _.- белками - трансферрином. л а кто ферр ш ю м'ц е рул о плазм ином, к'оторы'ё связывают металлы перемен-.-ной валентности (в первую очередь Си и Ре), устраняя их пул и тормозя металлозависимые свободнорадикальные реакции. Поэтому правомочно предположение, что только при глубоком оксидативном стрессе происходит переход супероксиддисмутазы в активное состояние и включение ферментативной системы антирадикальной защиты.

. " -Приступая'' к оценке ббщ'его заорОв-ья дсслё ду е.\гьте' попу Уг»ц11-й•'мьгСо- •• .* 'члп'целесообразным прежде всего'выяснить'ойобенйост« метаболического "-■ статуса лиц, признанных практически здоровыми.

По сравнению со здоровыми экологически относительно благополучного района Красной Глинки статус "здоровья" в насыщенном промышленными предприятиями Новокуйбышевске того же региона Среднего Поволжья поддерживается на фоне значительно более низкой (-70,7%;р<0,05) активности НАДН- и НАДФН-оксидаз эритроцитов(рис.З) и супероксиддисмутазы плазмы (-79,9%;р<0,05) (рис.2) при существенном повышении функциональной способности супероксиддисмутазы эритроцитов (+44,9%;р<0,05) (рис.1). Корреляционный анализ свидетельствует о наличии связей средней силы между процентом гемолиза эритроцитов и активностью ферментов про- и антиоксидантной систем (табл.1). Устойчивость эритроцитарных мембран к перекисным соединениям при этом соответствует показателям, характерным для аналогичной группы Красной Глинки (рис.4). Это, на наш взгляд, свидетельствует о достаточности метаболических компенсаторно-приспособительных реакций, развивающихся в организме у данной категории лиц в ответ на химическую агрессию окружающей среды, и как развитие устойчивой адаптации - отсутствие клинически видимых патологических изменений.

Выраженная активация супероксиддисмутазы эритроцитов становится понятной, если принять во внимание падение уровня активности плаз-

1ШШ1ШН1 Красная Глинка, чдоровые жители

|у>ллу<лх1 Красная Глинка, лица с заболеваниями

---=< Новокуйбышевск, здоровые жители

\у//////Л Новокуйбышевск, лица с заболеваниями

1 1 Когалым, чдоровые жители

1Ч\\\\ЧЧ\1 Когалым, лица с заболеваниями

Рис. 1 .Активность супероксиддисмутазы эритроцитов крови жителей регионов с различными эколого-климатическими условиями

| пиши" Красная Глинка, здоровые жители

1ХУУУУУ Красная Глинка, лица с заболеваниями

I - —1 Новокуйбышевск, здоровые жители

Новокуйбышевск, лица с заболеваниями

| I Когалым, чдоровые жители

1\\Ч\\ЧЧМ Когалым, лица с заболеваниями

Рис.2.Активность супероксидцисмутазы плазмы крови жителей регионов с различными эколого-климатическими условиями

шшмиш Красная Глинка, здоровые жители

Красная Глинка, лица с заболеваниями

|_-=1 Новокуйбышевск, здоровые жители

V ;; / гл Новокуйбышевск, лица с заболеваниями

1 | Когалым, здоровые жители

Когалым, лица с заболеваниями

Рис.3.Активность НАДН- и НАДФН-оксидаз эритроцитов крови жителей регионов с различными эколого-климатическими условиями

Корреляционная зависимость исследуемых показателей крови обследованных лиц.

Коэффициенты корреляции

Таблица!

in vivo in vitro хвоя in vitro почва

сод эрит-тов сод плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы Белок эрит-тов СОД эрит-тов Гемолиз эрит-тов Белок эрит-тов сод эрит-тов Гемолиз зрит-тов Белок эрит-тов

Красная Глинка здоровые Оксидазы СОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы 0.06441 -0,0403 -0,22138 -0,09542 -0,12542 -0,44623 0,823247 0,340832 0,193438 -0,30454 0,263239

-0,35884 0,085332 0,491079 0,044974 -0,32867 -0,01153 0,578518 -0.38404

0,370394 -0,35917 0,20517

-0,33828 -0,08971 0,057859 -0.6856

-0,17259

Красная Глинка больные Оксидазы СОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы 0,358633 -0.53208 -0,184 -0,18712 0,05768 -0,27569 -0,10624 -0.64869 -0,44428 0.485511 -0,13827

0,074336 0,188184 -0,08793 -0.39173 -0,18094 -0,05749 0,172633 0.282712

-0,25731 0.363541 -0,63844

-0,39632 0,328811 0,488441 -0,32499

0,062628

Новокуйбышевск здоровые Оксидазы СОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы -0.19573 -0,3177 -0,45226 0,112257 -0,20338 0.419307 0,481588 -0,26659 -0,45728 •0,14377 0,519012

-0,0836 -0,41133 -0,8335 -0,42261 0,763229 0,345143 -0,33974 -0,422

0,605352 0,313344 0,357505

0,301448 0,621779 -0,10663 0,267937

0.1641

Новокуйбышевск больные Оксидазы СОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы 0,147731 0,155131 0,295277 -0,12029 0,467797 0,574082 0,809699 -0,29766 -0,22808 -0,53052 -0.1077

-0,49135 0,207707 -0,24956 -0,08644 0,609521 -0,23977 -0,61501 0,140874

-0,58306 0,384204 0,372791

-0,20204 0,432772 0.10485 0,038254

0,38566

Когалым здоровые Оксидазы СОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы 0,136197 0,046226 0,117511 0,03122 0,552885 -0.28604 -0,07193 -0,18756 -0,16205 -0.4749 -0,70728

0,484515 -0,35909 0,048792 0,454051 -0,44802 -0,26092 0.480815 0,51432

-0,33975 -0,1645 -0,07314

0,080611 0,356803 0,383229 0,290052

0,179035

Когалым больные Оксидазы £ОД эритроцитов СОД плазмы Гемолиз эрит-тов Белок плазмы 0,269974 0,514395 -0,28526 -0.68859 -0,53782 0,027529 0,426928 0,13066В -0.28083 0,202 -0,64469

-0.07265 -0,20092 -0,40985 -0,552 0.274843 -0.42189 0,123955 0,896144

-0,74547 -0,12983 0,081449

-0,03383 -0.0048 0.66276 0,737412

0.310097

о

- до инкубации

— — — инкубация с экстрактом хвои _—п —п — инкубация с экстрактом почвы

Рис. 4. Процент перекисного гемолиза эритроцитов крови

обследованного контингента: I-Красная Глинка,здоровые жители. 2-Красная Глинка, лица с заболеваниями:3-Новокуйбышевск. здоровые жители; 4- Новокуйбышевск.лииа с заболеваниями: 5-Когалым, здоровые жители; 6-Когалым. лица с заболеваниями.

менной фракции фермента и значительное снижение функциональной спс собности катапазы эритроцитов у здоровых жителей Новокуйбышевск (исследование каталазы проведено в нашей лаборатории Блоко: М.Л.,1995). Следовательно, при снижении эффективности одних звенье многоуровневой системы антиоксидантной защиты компенсаторно возрас тает роль другого звена.

Активация эрнтроцитарной фракции супероксиддисмутазы може служить отражением усиления процессов свободно-радикального окисл« ния. Основания для такого предположения весьма существенны.

Во-первых, для питьевой воды, потребляемой жителями Новокуйбь шевска, характерно повышенное содержание меди, которая, являясь метах лом с переменной валентностью, способна инициировать неферментатиЕ ные пути образования активных форм кислорода по типу реакции Хаберг Вейса. Имеются также данные, что ионы меди могут выступать в роли а* тиватора супероксиддисмутазы.

Во-вторых, в питьевой воде данного региона повышена концентраци нитритов и нитратов, а в атмосфере - окиси азота, отличающихся, как и: вестно, способностью к интенсивному метгемоглобинобразованию. Акти вацня именно эритроцитарнон, а не плазменной фракции супероксиддис мутазы, позволяет судить, что преобразование оксигемоглобина в метге моглобин является весьма мощным источником активных форм кислорода Это. может быть причиной низкой функциональной способности катапазь эритроцитов, которая ингибируется высокими концентрациями Н:Оз, также снижения уровня общей оксидазной активности эритроцитов, та как коферментом реакции восстановления метгемоглобина служит НАДН.

Кроме того, эритроциты испытывают на себе эффект потока суперок сидрадикалов, генерируемых в системе микросомального окисления гепа тоцитов, выполняющей важнейшую функцию биотрансформации ксено биотиков. Жители Новокуйбышевска, представляющего регион высоко! степени техногенного загрязнения, находятся под влиянием постоянной фона экотоксикантов, содержащихся в воздухе (двуокись серы, окись угле рода, окись азота, полицихлические углеводороды), в виде примесей - в во де, почве, продуктах питания.

У практически здоровых жителей Когалыма, испытывающих дейст вие комплекса экотоксикантов, попадающих в биосферу в процессе нефте газодобычи в условиях сурового климата Крайнего Севера, в основе со стояния "здоровья" лежат следующие метаболические особенности.

Так же, как у здоровых региона экологического напряжения СреднеГ полосы, у данной категории лиц отмечается снижение, но в большей мере функциональной способности НАДН- и НАДФН-оксидаз эритроцитов (• 89,9%; р<0,05) (рис.3), сопровождающееся,однако, падением уровня активности супероксиддисмутазы не только плазмы (-50,9%;р<0,05) (рис.2), но и эритроцитов (-85,5%; р<0,05) (рис.1) и значительной активацией каталазы эритроцитов (данные по каталазе представлены в работе Блока М.Л.,1995) Наблюдаемые метаболические сдвиги характеризуются корреляционными связями средней силы между функционированием НАДН- и НАДФН-

ксидаз и СОД плазмы; между СОД плазмы н процентом гемолиза эритро-итов (табл.1).

Следствием несостоятельности супероксилдисмугазного звена анти-ксидантной зашиты при недостаточной компенсации ее каталазной реак-ией является увеличение процента гемолизированных эритроцитов (рис.4) од действием иерекисных соединений. Об усилении процессов перекисного кисления липйдов свидетельствует, в частности, факт достоверного повы-1ения уровня малонового диальдегида у северян по сравнению с показате-ями жителей Средней полосы (Суплатов С.Н.,Баркова Э.Н., 1986).

Усилению процессов свободнорадикального окисления в организме анной группы лиц способствует, на наш взгляд, несколько факторов.

Один из них обусловлен особенностями минерального состава воды [риполярья. Питьевая вода Когалыма отличается высоким содержанием :елеза. Ионы железа, как известно, являются мощными активаторами не-ерментативных механизмов генерации активных форм кислорода как по еакиии Хабера-Венса, так и по типу реакции Фентона. При недостаточном оличестве или нарушении функции белков плазмы, связывающих металлы переменной валентностью (трансферрина, лактоферрина, церулоплазми-а) данные реакции могут иметь место.

Во-вторых, главными загрязнителями биосферы данного региона тужат нефть и нефтепродукты, богатые полициклическими углеводорода-и. При всем разнообразии химического строения данная группа соедине-ий обладает выраженной липотропностью и, соответственно, способно-гыо влиять на физико-химические свойства фосфолипидов биологических ембран.

Таким образом, состояние жителей Когалыма, испытывающих дейст-ие комплекса экстремальных факторов Крайнего Севера в сочетании с гтиянием экотоксикантов техногенного происхождения, даже при отсутст-!ш клинических признаков каких-либо заболеваний, нельзя охарактеризовать категорией "здоровья", а, скорее, признать переходным между здо-эвьем и болезнью, третьим состоянием, являющимся сформировавшимся реморбидным фоном для реализации патологических процессов.

Не менее важную задачу настоящего исследования составило выясне-ие особенностей метаболического фона лиц, страдающих различными за-элеваниями, в зависимости от региона проживания.

Полученные результаты показали, что в популяции Красной Глинки тзвитие болезненных состояний протекает на фоне угнетения НАДН- и АДФН-оксидаз эритроцитов (-24,8%;р<0,05) (рис.3), а также как плазмен-эй (-50,0%; р<0,05) (рис.2), так и эритроцитарной (-25,7%;р<0,05) (рис.1) ракции супероксиддисмутазы, что характеризуется формированием тен-:нции усиления корреляционных связей активностей НАДН- и НАДФН-<сидаз и СОД эритроцитов, оксидаз и СОД плазмы, проявлением зависи-ости процента гемолиза эритроцитов от активности СОД эритроцитов, а 1кже одновременным исчезновением слабой корреляции активности СОД штроцитов с СОД плазмы (табл.1). Интересным является факт, что про-:нт перекисного гемолиза эритроцитов по сравнению с группой здоровых

при этом не изменился (рис.4). Следовательно, в регионе относительного экологического благополучия даже у лиц, страдающих теми или иными заболеваниями, структурно-функциональные свойства мембран существенно не страдают.

Большой удельный вес в обшей структуре заболеваемости данной популяции болезней воспалительного характера, по-видимому, связан со снижением_эффективности НАДН- и НАДФН-оксидазной системы, генерирующей О:* и обеспечивающей бактерицидный эффект.

Формирование хронических заболеваний популяции Новокуйбышев-ска происходит также на фоне значительного снижения функциональной способности НАДН- и НАДФН-оксидаз (-61,5%;р<0,05) (рис.3) по сравнению со здоровыми этого же региона, однако, при резкой активации плазменной (+111,4%;р<0,05) (рис.2) и снижении эффективности эритроцитар-ной (-62,2%; р<0,05) (рис.1) фракций супероксиддисмутазы. Уровень эритроцитов, гемолизированных под действием перекисных соединений, при этом нарастает (рис.4). Отмечено ослабление корреляции активности НАДН- и НАДФН-оксидаз с СОД плазмы и с процентом гемолиза эритроцитов; процента гемолиза эритроцитов с СОД эритроцитов и с СОД плазмы, но увеличиваются связи СОД эритроцитов с СОД плазмы (табл.1).

Следовательно, в регионах техногенного загрязнения Средней полосы реализация патогенетических факторов различных заболеваний происходит вследствие недостаточной эффективности системы антиоксидантной защиты (несмотря на активацию супероксиддисмутазы плазмы) и нарушения стабильности эритроцитарных мембран.

В популяции Когалыма хронические заболевания формируются на фоне метаболических изменений, противоположных таковым в популяции Новокуйбышевска: существенной активации НАДН- и НАДФН-оксидаз (+59,4%; р<0,05) (рис.3) и супероксиддисмутазы эритроцитов (+119,9%:р<0,05) (рис.1) по сравнению со здоровыми жителями Когалыма. Несмотря на усиление антиоксидантной защиты происходит увеличение перекисного гемолиза эритроцитов (рис.4). Для данной группы характерны следующие изменения корреляционной зависимости: ослабляются (либо исчезают) корреляционные связи активности СОД эритроцитов и СОД плазмы, СОД эритроцитов и процента их гемолиза, но формируются средней силы связи активностей НАДН- и НАДФН-оксидаз и СОД плазмы, зависимости процента гемолиза эритроцитов от активности СОД плазмы (табл.1).

Учитывая единство составляющих биогеоценоза воздух-вода-почва-растение-животное и возможность миграции экотоксикантов из одних сред в другие в двух параллельных сериях экспериментов нами было проведено исследование in vitro прямого действия суммы экотоксикантов почвы и комплекса компонентов хвои сосны региона техногенного загрязнения на эритроциты людей.

Обнаружено, что после инкубации эритроцитов с экстрактом почвы у всех контингентов формируется тенденция к снижению перекисной устойчивости мембранных структур по сравнению с исходной (рис.4). При этом в

>ех группах Средней полосы (у всех жителей Красной Глинки и у здоро-.IX Новокуйбышевска) относительная устойчивость мембранных структ>р »птроцитов сохраняется на фоне значительного снижения активности АДН- и НАДФН-оксидаз (в большей степени) (рис.5) и супероксиддисму-13ы (рис.6):

- 92,4%; р,<0,05 и - 67,5%: р<0,05 у здоровых Красной Глинки;

- 92.3%; р'<0.05 и - 32,6%; р<0.05 у больных того же региона;

- 72,1%; р<0,05 и - 38,5%; р<0,05 у здоровых Новокуйбышевска.

Воздействие суммы экотоксикантов почвы на эритроциты жителе)!

овокуйбышевска. страдающих различными хроническими заболевания-и, а также жителей Когалыма проявляется, наоборот, в резкой активации АДН- и НАДФН-оксидаз (в большей степени) (рис.5), чем супероксид-{смуталы (рис.6);

+ 36,6%; р<0,05 и - 34.0%; р<0,05 у больных Новокуйбышевска;

+ 772,2%; р<0,05 и +411,0%; р<0,05 у здоровых Когалыма;

+ 212,8%: р<0,05 и + 110,2%; р<0,05 у больных Когалыма как следствие - увеличение процента гемолизированных эритроцитов у ителей данных регионов (рис.4). В результате воздействия экотоксикантов эчвы у всех -обсгедованньЛС лиц отмечается тенденция роста корреляцион-эй зависимости деятельности СОД эритроцитов от интенсивности процес-i образования супероксидного радикала кислорода; корреляционные свя-I функционирования НАДН- и НАДФН-оксидаз и процента гемолиза зитроцитов усиливаются у всей популяции Красной Глинки, у здоровых щ из Новокуйбышевска и Когалыма. Наблюдается также увеличение за-1симосТи процента гемоли'заэритроцитов от активности* СОД у здоровых-итЬЛей КрайГоглинского района. Когалыма и у-больных из Новокуйбы-" евска (табл. 1).

Таковы некоторые особенности молекулярного ответа организма на эвреждаюшее действие экотоксикантов, загрязняющих почву.

Исследуя эффекты суммы компонентов экстракта хвои сосны на ин-1ктные эритроциты, мы выявили следующие закономерности.

У здоровых жителей популяции Средней полосы (как Красной Глин-1. так и Новокуйбышевска) после инкубации эритроцитов с экстрактом юи сосны (также как и с экстрактом почвы) на фоне угнетения функцио-шьной активности НАДН- и НАДФН-оксидаз и супероксиддисмутазы ис.5,6) устойчивость зригроцитарных мембран к перекисным соединени-1 существенно не изменилась (рис.4).

У лиц, проживающих в Средней полосе в различных экологических ловиях и страдающих хроническими заболеваниями, изменения показа-лей про- и антиоксидантных систем эритроцитов после контакта с ком-шксом компонентов хвои in vitro имеют отчасти противоположно населенный характер: у больных экологически относительно благополучно региона это проявляется в снижении функциональной активности ок-даз (-60,0%;р<0,05); у больных района выраженного антропогенного за-язнения, наоборот, значительное повышение уровня оксндазнон актив->сти (+Ю8,9%;р<0,05) (рис.5). При этом изменения в прооксидантной сис-

Рис.5. Изменение активности НАДН- и НАДФН-оксидаз эритроцитов крови обследованного контингента (1-Красная Глинка,здоровые жители; 2-Красная Глинка, лица с заболеваниями; З-Новокуйбышевск, здоровые жители; 4- Новокуйбышевск,лица с заболеваниями; 5-Когалым, здоровые жители; 6-Когалым, лица с заболеваниями) под действием компонентов экстрактов хвои и почвы

80 / 70 60-50 40-30 204 10

до инкубации инкубация с экстрактом почвы

55553 инкубация с экстрактам хвои

1 2 3 4 5

Рис.6. Изменение активности супероксиддисмутазы эритроцитов крови обследованного контингента (1-Красная Глинка,здоровые жители; 2-Красная Глинка, лица с заболеваниями; З-Новокуйбышевск, здоровые жители; 4- Новокуйбышевск,лица с заболеваниями; 5-Когалым, здоровые жители; 6-Когалым. лица с заболеваниями) под действием компонентов экстрактов хвои и почвы

теме в обеих группах сочетаются с повышением эффективности ферментативной зашиты от сулероксидрадикалов (+23,5%;р<0,05 и +24,7%;р>0,05 соответственно) (рис.6) и снижением процента перекисного гемолиза эритроцитов (рис.4).

Наиболее существенные метаболические сдвиги, носящие характер "метаболического взрыва", так же, как и после прямого контакта с экоток-сикантами почвы, развиваются под влиянием экстракта хвои в эритроцитах всех жителей Крайнего Севера. Установлена чрезвычайно бурная активация НАДН- и НАДФН-оксидазной системы (+1059.2%:р<0,05 в группе здоровых и +585,3%;р<0.05 в группе больных при не столь резко выраженной активации супероксиддисмутазы ( +213.9%; р<0,05 у здоровых и + 87,8%: р<0.05 у больных) (рис.5,6), что сопровождается снижением количества ге-молизированных эритроцитов (рис.4). Корреляционный анализ показывает, что у здоровых лиц во всех регионах и у больных из Новокуйбышевска после контакта с экстрактом хвои корреляционные связи между НАДН- и НАДФН-оксидазами и СОД эритроцитов усиливаются. Увеличивается также и зависимость процента гемолиза эритроцитов от интенсивности деятельности прооксидантной системы у здоровых жителей Красноглин-ского района, у больных жителей Когалы.ча и у всей популяции Новокуйбышевска, а также наблюдается формирование большей зависимости процента гемолиза эритроцитов от функционирования СОД эритроцитов у здоровых жителей Красной Глинки и у всего контингента Новокуйбышевска и Когадыма (табл.1).

Таким образом, при всем многообразии количественного выражения изменений деятельности ферментов про- и антиоксидантных систем, а также их направленности после прямого контакта эритроцитов с суммой компонентов хвои налицо факт значимого повышения перекисной устойчивости мембран эритроцитов.

Объяснения эффектов действующих начал экстракта хвои сосны не могут быть однозначными.

С одной стороны, хвою сосен, произрастающих на территории предприятия нефтехимического профиля, можно рассматривать как источник-суммы экотоксикантов, загрязняющих среду обитания, как в исходном, так и метаболизированном виде. При этом нельзя исключить факт токсифика-шш химических соединений системой детоксикации растений.

С другой стороны, сосна (Ршиэ БНуезитБ) как представитель хвойных обладает удивительной консервативностью возникающих в процессе эволюции морфо-функциональных структур. Как показывают палеоботанические исследования, при всей многочисленности видов и рас сосны, возник-тих благодаря разнообразию экологических условий и географической изоляции, общие родовые признаки сосны остались удивительно постоянными в течение по меньшей мере 135 млн. лет. Хотя средняя скорость эволюции белков у сосновых соответствует средней скорости, известной у других организмов, темпы хромосомной эволюции очень низки (цит. по А А.Тахтаджян, 1978)

Устойчивость к разнообразным факторам окружающей среды, оче-зидно, заложена в особенностях метаболизма сосны, одним из которых яв-тяется наличие в хвое чрезвычайно мошной системы генерации активных })орм кислорода, обеспечивающих, в частности, бактерицидность летучих :оединений хвои, и не менее эффективную систему защиты собственных ггруктур от повреждающего действия супероксидрадикалов (Корочкин П.И. и др., 1977; Уайт А. и др., 1981). Помимо ферментного антиоксидант-•юго звена в хвое в очень большом количестве содержатся неферментные антиоксиданты: аскорбиновая кислота (до 0,3%), каротины, витамины К и Е, флавоноиды. Способностью гасить свободнорадикальные процессы обедают также фенольные кислоты и их гликозиды, обнаруженные в хвое. Как указывает В.Л.Кретович (1986), фенольные соединения связывают ио-тяжелых металлов в устойчивые комплексы, тем самым лишая их каталитического действия, а также служат акцепторами образующихся при ау-гооксидации свободных радикалов.

Явно меньший подъем активности супероксиддисмутазы эритроцитов юсле инкубации их с экстрактом хвои по сравнению с активацией НАДН-\ НАДФН-оксидаз при сохранении устойчивости мембран эритроцитов ши даже повышении толерантности их к перекисным соединениям, может 5ыть связан, на наш взгляд, прежде всего с однозначно положительным эффектом мощного комплекса низкомолекулярных антиоксидантов хвои, исключающих необходимость максимального ответа ферментативного зве-ia.

В хвое содержится бициклический терпен борнеол, при окислении которого образуется камфора (Кретович В.Л., 1986), мембраностабилизи-зующее и детоксицирующее действие которого доказано (Машковский VI.Д.,1993).

Кроме того, весьма заманчиво может быть предположение о протек-гивном эффекте на метаболические процессы в эритроцитах экзогенных ферментов антирадикальной защиты, содержащихся в хвойном экстракте: 1редположение, требующее, конечно, самостоятельного экспериментально-"о обоснования.

Обобщая вышесказанное, суммарный эффект составляющих экстракта хвои на процессы свободно-радикального окисления в мембранах эрит-юцитов следует признать положительным. Можно предполагать, что эффект комплекса компонентов хвои растений из экологически чистого рай->на будет еще более благоприятным.

Серия опытов in vitro позволила, таким образом, выяснить структуру юлекулярного дисб&данса в ответ на действие экотоксикантов, а также »собенности его в различных климато-географических регионах.

ВЫВОДЫ

1. У жителей экологически относительно благополучного региона "редней полосы (Красная Глинка) патологические процессы протекают на зоне содружественного снижения эффективности НАДН- и НАДФН-

оксидазных систем и супероксиддисмутазы эритроцитов при относительной стабильности их мембран.

2. В популяции региона высокого техногенного загрязнения Средней полосы (Новокуйбышевск) у лиц, признанных практически здоровыми, совокупность метаболических компенсаторно-приспособительных реакций способствует развитию устойчивой адаптации к агрессивным химическим факторам окружающей среды.

3. Комплекс экстремальных факторов Крайнего Севера в сочетании с эффектами экотоксикантов антропогенного происхождения обеспечивает развитие срыва компенсаторной перестройки метаболизма с формированием преморбидного состояния даже у лиц без клинических отклонений от нормы.

Для данной категории лиц характерен очень низкий (в 7-10 раз меньше, чем у жителей Средней полосы) уровень активности оксидазных систем и супероксиддисмутазы с нарушением перекисной устойчивости мембран эритроцитов.

4. Хронические заболевания в популяциях регионов техногенного загрязнения протекают на фоне выраженной дестабилизации мембраных структур эритроцитов и функционирования про- и антиоксидантных систем.

Изменения, характеризующие метаболический дисбаланс у данного контингента, противоположно направлены и определяются климато-географическими особенностями проживания:

- снижением функциональной способности НАДН- и НАДФН-оксидазных систем и недостаточной активностью супероксидцисмугазного звена антиоксидантной защиты у жителей Средней полосы:

- значительной активацией оксидаз и супероксиддисмутазы эритроцитов у жителей Крайнего Севера.

5. Прямое действие in vitro суммы экотоксикантов почвы региона экологического напряжения на эритроциты людей приводит к снижению перекисной устойчивости эритроцитарных мембран во всех группах.

6. Комплекс компонентов хвои обладает мембраностабилизирующим эффектом, особенно выраженным у лиц, проживающих в регионах экологического напряжения.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Целесообразна постановка модельных опытов с целью определения критериев суммарной токсичности (биоиндикация, биотестирование) химических факторов окружающей среды на биообъекты.

2. В регионах экологического неблагополучия необходимо с профилактической и лечебной целью принимать фитопрепараты со свойствами мембранопротектора для экранирования повреждений, вызываемых эко-токсикантами.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Перспективы массовой защиты населения от экотоксикантов: поиски и решения / Ф.Н.Гильмиярова,В.М.Радомская, Н.В.Расцветова и др. // Экология и Здоровье человека,- Самара.-1994,- С.43-44.

2.Доклиническая оценка влияния экотоксикантов на организм человека / Ф.Н.Гильмиярова,В.М.Радомская,Н.В.Расцветова и др.// Впервые в медициие.-Санкт-Петербург.-1995.-Ы2-3.-С.41-42.

3.Новые возможности и перспективы в диагностике заболеваний и мониторинга здоровья/ Ф.Н.Гильмиярова,О.ИЛинева,Н.В.Расцветова и др.// Материалы 2 симпозиума: Неинвазивные методы диагностики,-Москва.-1995.-С.19.

4. Новые подходы к поиску средств объективизации комплексного контроля за качеством очистки промышленных сточных вод/ А.В.Бабичев, И.Г.Кретова, Н.В.Расцветова и др.// Малоотходные и энергосберегающие технологии в системе водного хозяйства.-Пенза.-1995.-С.41-42.

5.Система двоякой экспертной оценки техногенного загрязнения северных территорий с биологических позиций / Ф.Н.Гильмиярова, В.М.Радомская, Н.В.Расцветова и др. II Экология человека: будущее культуры и науки Севера.- Архангельск.-1995.-С.36-37.

б.Экопатология и экопротекторы: сущность, концепции, принятие решений/ Ф.Н.Гильмиярова, ТЛ.Кошева, Н.В.Расцветова и др.// Экология и здоровье человека.-Самара.-1995.-С.24-25.

7.Состояние процессов обмена почвы зон экологического неблагополучия/ М.С.Клейман, Н.В.Расцветова, Л.Н.Самьгкина, О.Ю.Кузнецова// Проблемы охраны окружающей среды отпромышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод.-Пенза.-1997.-С.22-24.