Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Метаболическая характеристика системного ответа организма на антропогенное загрязнение

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Метаболическая характеристика системного ответа организма на антропогенное загрязнение"

?Г8 ОД

г ■* сен да

На правах рукописи

РОЖКОВА ОЛЬГА ВИКТОРОВНА

МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМНОГО ОТВЕТА ОРГАНИЗМА НА АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ 03.00.04 - биохимия

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

Уфа, 1999

Рабата выполнена на кафедре биологической и клинической химии Самарского . государственного медицинского университета (ректор -заслуженный деятель науки РФ, Лауреат Государственной премии РФ, доктор медицинских наук, профессор Г.П.Котельников)

Научный консультант:

заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАЕН, доктор медицинских наук, профессор Ф.Н.Гильмиярова

Официальные оппоненты:

академик РАЕН, доктор медицинских наук, профессор В.И.Рубин доктор медицинских наук, профессор В.П.Твердохлиб

Ведущее учреждение: Российский государственный медицинский университет

Защита состоится 7 " 0. Лу^с^ с^ 1999 г на заседании диссертационного совета Д 084.35.01 при Башкирском государственном медицинском университете (425000, г.Уфа, ул. Ленина, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного медицинского университета

Автореферат разослан "¿Г"

-1999 г

Ученый секретарь диссертационного совета заслуженный деятель науки РБ, доктор медицинских наук, профессор

А

X М Насыров

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В современном мире экспансия человека достигла такой степени, что дальнейший рост нагрузки на экосистемы уже не возможен без серьёзных демографических, социальных и экономических последствий для общества и человека (Медоуз Д. Ж. с соавт., 1994; Кряжимский Ф. В. с соавт.,1996). Являясь продуктом биологической эволюции, человек может существовать лишь в узких пределах средовых характеристик, обеспечивающих функционирование всего биосферного комплекса (Большаков В. Н. с соавт., 1998; КгуагЫткп, 1994).

Экологическое неблагополучие за последнее десятилетие превратилось в кардинальную многогранную проблему. Одним из наиболее значимых её аспектов является биомедицинский. Это объяснимо, так как в настоящее время сохранение здоровья населения рассматривается в неразрывной связи с вопросами, касающимися экологического благополучия.

Накоплено достаточно материала, свидетельствующего об индуцирующей роли среды, раскрывающего негативное влияние общего антропогенного загрязнения на заболеваемость населения. Отмечается появление новых закономерностей, характеризующих снижение общей резистентности, ухудшение здоровья (Яблоков А. В., Остроумов С. А., 1985; Казначеев В. П., 1988; Гичев Ю. П., 1995; Гильмиярова Ф. Н., Радомская В. М„ 1997; Корольков А. А., Петленко В. П., 1997).

Поток нативных и трансформированных химических соединений распространяется по пищевым цепям, подвергаясь биоаккумуляции и токсификации. Ежегодно окружающий нас мир пополняется вновь синтезированными химическими веществами. Их физико-химическая активность обуславливает возможность фронтального взаимодействия с различными биосистемами и молекулами.

Организм человека подвержен множественному воздействию агрессивных соединений, поступающих в составе атмосферного воздуха, питьевой воды, пищи, непрогнозируемо обогащенных ксенобиотиками, вторичными метаболитами токсических веществ из растительных и животных объектов.

Вполне очевидно, что внутренняя среда организма человека также насыщается чужеродными соединениями. Это обуславливает необходимость изучения новых условий функционирования органов и систем с целью снижения риска экологически зависимых заболеваний.

Цель настоящего исследования заключается в выяснении метаболических признаков нарушений в органах и системах, избирательно вызываемых экотоксикантами до клинического проявления патологии.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Проанализировать структуру заболеваемости и демографические показатели в регионе с высоким техногенным загрязнением.

2. Провести математический анализ и выяснить наличие взаимосвязи между спецификой заболеваемости и отдельными экотоксикантами, типичными для этого района.

3. Выяснить, существует ли избирательность поражения органов и систем отдельными экотоксикантами.

4. Изучить показатели метаболизма у практически здоровых жителей района высокого техногенного напряжения.

5. Оценить некоторые показатели метаболизма в различных биологических объектах региона (почва, растения).

6. Проанализировать результаты исследований и выявить общие закономерности метаболического ответа на действие экотоксикантов данного

. региона. ,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые с использованием математических методов анализа выявлена избирательная взаимосвязь определённых экотоксикантов, образующих фон техногенного загрязнения экологически неблагополучного региона, с нозологическими формами заболевания. Получены новые сведения, позволяющие сгруппировать экотоксиканты по специфике повреждающего действия. У клинически здоровых жителей региона техногенного загрязнения визуализации патологического процесса предшествует симптомокомплекс биохимических нарушений, являющийся предшественником бронхолёгочной патологии или заболеваний пищеварительной системы. Новыми являются сведения о суммации повреждающего . действия нативных экотоксикантов, поступивших в организм, минуя печень, через респираторную систему и трансформированных в системах детоксикации, что отражается на структуре и метаболизме эритроцита. Прослежено действие экотоксикантов на различные биосистемы в изучаемой местности и выявлены закономерности, . свидетельствующие об универсальном характере их действия.

НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Полученные новые сведения расширяют представление о негативном влиянии средовых факторов, связанных с антропогенным загрязнением, они могут быть использованы в соответствующих разделах биохимической экологии. Блок данных о специфике взаимосвязи конкретных экотоксикантов с определёнными нозологическими формами информативен и для других регионов с нефтеперерабатывающим производством при разработке мер защиты здоровья населения. Комплекс биохимических1' признаков, характеризующий донозологические нарушения обмена в организме, может быть использован для проведения лечебно-профилактических'' мер оздоровления населения. Объектом биотестированйя экотоксикантов предложен биоценоз почвы, отражающий степень и характер техногенного загрязнения.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

Специфика взаимосвязи определённых групп экотоксикантов с нозологическими формами заболеваний.

1. Совокупность метаболических признаков, отражающих доклцнические нарушения в организме жителей экологически неблагополучного региона.

2. Повреждающее действие экотоксикантов характеризуется универсальным характером действия на различные биосистемы..

3. Структурные и метаболические показатели эритроцита - показатели интенсивности действия на организм нативных и трансформированных экотоксикантов.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на VIII Соловецком симпозиуме «Экология человека: будущее культуры и науки Севера» (Архангельск, 1995), на мевдународном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука - третье тысячелетие» (Москва, 1995), на 2ой международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека» (Самара, 1995), на 2-ом симпозиуме «Неинвазивные методы диагностики» (Москва, 1995); на межгосударственной научно-технической конференции «Малоотходные и энергосберегающие технологии в системе водного хозяйства» (Пенза, 1995); на конференции молодых учёных «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 1998); на конференции «Медико-экологические проблемы репродуктивного здоровья работающих» (Москва,

1998); на экологической конференции (Самара, 1998); на заседании кафедры биологической и клинической химии совместно с Самарским отделением Всероссийского биохимического и нейрохимического обществ (Самара,

1999).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано/ работ.

СТРУКТЕРА И ОБЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной описанию материалов и методов исследования, трёх глав собственных данных, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, иллюстрирована 21 рисунком, содержат 21 таблицу. В работе использовано 242 источника, из них 161 отечественный и 81зарубежный авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Самарская область относится к тем регионам России, в которых антропогенное загрязнение давно не соответствует экологическим требованиям и превышает установленные нормативные величины, что приводит к значительному ухудшению условий проживания населения. Следует отметить, что за последнее время в этом отмечены позитивные тенденции. Одним из факторов загрязнянения окружающей среды являются нефтеперерабатывающие производства.

Для изучения характера действия экотоксикантов на здоровье был выбран Куйбышевский район Самары, на территории которого расположены нефтеперерабатывающий завод и нефтебаза.

Нами было проведено изучение состояния здоровья 114 жителей Куйбышевского района г. Самары. Из них 34 человека в возрасте 19-59 лет (средний возраст 35,0 + 8,6 года) работали на предприятиях нефтеперерабатывающего профиля (группа наблюдения). Мужчин было 17 (средний возраст 32,3 + 8,5 лет), женщин - 17 (средний возраст 37,7 + 8,3 года). 80 человек в возрасте от 16 до 67 лет, работа которых не связана с нефтеперерабатывающим: производством, составили первую группу сравнения.'Из них мужчин было 33 (средний возраст 34,8 ± 6,9 лет), женщин 47 (средний возраст 37,1 + 6,2 года). Вторую группу сравнения составили 36 человек от 16 до 38 лет из относительно экологически благополучного региона - Октябрьского района г. Самары. В этой группе мужчин было обследовано 25 (средний возраст 22,2 + 4,5 года), женщин - 11 (средний возраст 22,9 + 3,7 года). Отсутствие жалоб, данные клинического, инструментального и лабораторного исследований позволили отнести их к группе практически здоровых лиц.

Объектом изучения у всех обследованных является кровь. Биохимические показатели исследовались как в эрйтроцитарной массе, так и в плазме крови. Были изучены состояния белкового, липидного, минерального обмена по 22 параметрам. Оценивались концентрация общего белка, содержание белковых фракций, фибриногена, мочевины, креатинина, общего и а-холесгерина, р-липопротеинов, триацилглицеринов, уровень натрия, калия, активность лактатдегидрогеназы. О состоянии функции печени судили по концентрации билирубина, активности аланин- и аспартатаминотрансфераз, по величине сулемовой и тимоловой проб. Исследование проведено на биохимическом анализаторе Р 700 (фирма «Доктор Ланге», Германия), состав белковых фракций изучен на анализаторе для электрофореза с денситометром (фирма «Согтеу», Польша), электролиты - на анализаторе - "К", "Na", "С1" - 644 (фирма «Ciba Corping», США).

Кроме того, нами изучено состояние многоуровневых систем защиты организма. О функциональной полноценности мембран судили по величине электродиффузионного пробоя мембран эритроцитов (метод Ю. А. Владимирова с соавт., 1973);, антиоксидантные защитные системы оценивались по активности каталазы (метод R. S. Holmes и С. G. Masters, 1970) и супероксиддисмутазы (метод К. Fried, 1975). Определение содержания окисленных никотинамидных коферментов проводили по методу М. Kleingenberg (1963), восстановленных - по методу Н. Bergmeyer (1962). Активность гексокиназы эритроцитов определяли по методу А. С. Фёдоровой (1967), лактатдегидрогеназы - по методу F. Kornberg (1955), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - кинетическим методом G. Glock Р. и Mclean (1953).

Кроме того, для оценки влияния техногенного загрязнения на различные биоценозы в данной местности, нами было проведено изучение физико-химических параметров, показателей метаболизма в почве и хвое сосен, широко представленных в производственной зоне. Экстракты из этих объектов готовились в соотношении 1:3 и 1:5 соответственно на бидистиллированной воде. Время экстракции 10'.

Изотонированный хлоридом натрия экстракт также использовался для постановки опытов in vitro для выяснения характера влияния трансформированных и нативных экотоксикантов на клеточную популяцию из организма человека. В качестве данного объекта использована эритроцитарная масса, полученная общепринятым методом из крови клинически здоровых жителей.

Нами проведён корреляционный анализ между 107 показателями -факторами техногенного загрязнения окружающей среды и состоянием здоровья населения, проживающего в зоне их воздействия.

Для исследования корреляционной зависимости между медикодемографическими показателями и содержанием химических веществ в промышленных выбросах рассчитывали коэффициента парной линейной корреляции (гху).

Статистическая обработка результатов проведена с использованием пакета статистического анализа данных STATISTICA for Windows, табличного процессора Microsoft Excel for Windows (version 5,0) и программ Matched plus for Windows, MS Graph 5,0 for WindowsTv

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В течении ряда последних лет на кафедре .биологической и клинической химии проведён блок исследовательских работ по проблеме экологической биохимии (Блок М. А., 1995; Мифтяхова Р. И., 1996; Вялова Т. И., 1997; Клейман М. С., 1997; Краснова Н. А., 1997; Пономарёва Л. А., 1997; Расцветова Н. В., 1997; Спиридонова Н. В., 1997; Фролов Г. А., 1997).

В настоящем исследовании предпринята попытка ответить на вопросы, возникшие в предшествующих работах и продиктованные актуальностью решения задач, связанных с выяснением зависимости состояния здоровья., населения от техногенного загрязнения в регионе.

Существует комплексный мониторинг окружающей среды. Именно анализ этих результатов позволил составить определённую картину характера техногенного загрязнения в Самарской области и г. Самаре. Для нас важным обстоятельством являлось сопоставление результатов анализа демографических данных, нозологических форм заболеваний населения с техногенной ситуацией в отдельных районах г. Самары. В работе представлены результаты изучения медико-демографической и экологической обстановки Куйбышевского района. На территории района проживает 71,2 тыс. человек. Нами были изучены в динамике

демографические показатели: рождаемость, смертность, естественный прирост, а также показатели заболеваемости населения района с 1991 года по возрастным группам. Данный район имеет комплекс нефтеперерабатывающих предприятий. Согласно розе ветров сотни химических компонентов предприятия г. Новокуйбышевска загрязняют атмосферу Куйбышевского района.

Негативные демографические тенденции, характерные для населения города Самары в целом, прослеживаются и в Куйбышевском районе. Демографические показатели района таковы, что смертность превышает рождаемость. Во всех возрастных группах в структуре заболеваемости населения района приоритетной является патология желудочно-кишечного тракта, печени.

Первоначально нами осуществлялся корреляционный анализ между показателями здоровья и количественным и качественным составом химических веществ, наиболее загрязняющих атмосферу. Этих веществ насчитывается свыше ста.

Результаты такого изучения выявили ряд существенных закономерностей. Мы не склонны абсолютизировать полученные результаты и ставить знак равенства между корреляционным показателем и той или иной нозологией. Однако мы, очевидно, вправе обратить внимание на существование параллелизма между уровнем заболеваемости определёнными нозологическими формами и концентрацией химических веществ, содержащимися в избытке в воздухе.

В настоящее время получить однозначный ответ на вопрос о пусковом механизме повреждении в цепи множественных взаимоотношений агрессивных факторов окружающей среды и человеческим организмом вряд ли удастся. Экологическая проблема возникла тогда, когда визуализировались, т. е. стали очевидными, нарушения в окружающей среде. Они формировались исподволь. Нагрузка химическими техногенными и бытовыми токсикантами, физическими факторами дестабилизировала гомсостатические механизмы различных биоценозов. В частности, мы анализировали состояние почвы как сложного сообщества простейших, микробного, растительного начала, органических и минеральных компонентов, и установили следующее. В производственной зоне нефтеперерабатывающего завода комплекс продуктов нефтепереработки оказывает прямое цитотоксическое действие на живые объекты. Количество микробных колоний в этих образцах почвы на 87,8% ниже, чем в почве относительно благополучного региона (Клейман М. С., 1997). Установленный факт служит подтверждением суммарной биотоксичности экотоксикантов в этой местности. Снижение удельной электропроводности экстрактов этих почв - свидетельство нарушения физико-химических параметров. Очевидно, засорение экотоксикантами ведёт к нарушению ионного баланса в почве. Это следствие неблагоприятного воздействия становится вторичным фактором

повреждения и может служить дополнительном причиной искажения ферментативных процессов в почве. Оценка состояния прооксидантных и антиоксидантных систем показала, что баланс этих процессов изменён. При общем снижении содержания биологического материала в почве, о чём свидетельствует уменьшение содержания экстрагируемого белка на 30,4% по сравнению с контролем, выявлены особенности функции ферментных систем: суммарная НАДН-, НАДФН- оксидазная активность возрастает на 55,7% (р<0,05), активность супероксидцисмутазы увеличивается на 39,9% (р<0,05). Установленные факты позволяют заключить, что высокая удельная активность ферментов является результатом дефицита белка. в, почве. Следовательно, истинный ферментативный ресурс оксидазных и дисмугазных процессов снижен, что отражает общее снижение процессов жизнедеятельности в почвенном биоценозе. Наряду с этим выявляется отчётливая тенденция к усилению доли прооксидантных процессов. Усиленная генерация активных форм кислорода оказывает в силу высокой физико-химической активности повреждающее действие на сохранившиеся биосистемы и биомолекулы. Относительная недостаточность дисмугазных процессов может служить причиной накопления диоксида, родоначальника активных форм каскада процессов свободнорадикального окисления. Это является молекулярным инструментом разрушающего действия экотоксикантов.

Полученные нами данные являются свидетельством того, что почвенные сообщества и биосистемы служат объектом биотестирования нефтепродуктов. Не запрограммированный биомониторинг суммарного действия экотоксикантов данного региона свидетельствует о том, что в почве происходят глубокие нарушения. Известна коллекторная функция почвы по накоплешпо и последующей трансформации химических веществ из окружающей среды. В условиях высокого техногенного загрязнения процессы жизнедеятельности почвенных биоценозов резко снижены, что свидетельствует об истощении возможности биотрансформации экотоксикантов. Это служит основанием для усиления депонирующей функции, накопления химических реагентов в почве. Таким образом, почва может служить источником вторичного поступления экотоксикантов в окружающую среду за счёт выветривания, обогащения вод и растительных массивов.

Установленная функциональная неполноценность почвы в зоне нефтеперерабатывающих производств служит основанием для ограниченного природопользования земельных участков.

Снижение метаболических ресурсов почвы несёт в себе отрицательный множественный потенциал. С окружающей средой почва взаимодействует через растительный мир. Загрязнители поступают в зелёные насаждения из атмосферы и из почвы. Естественно, что наблюдаемые нарушения являются суммарным результатом действия негативных средовых факторов. Выделить

доминирующее влияние источников, которыми служат нативные экотоксиканты из воздушного бассейна или вовлечённые в кругооборот химические вещества, депонированные в почве, не представляется возможным. Более того, в оценке значимости экологического неблагополучия в формировании современного трансформированного тотальной химизацией мира, важно получить представление именно о суммарном средовом потенциале повреждения и механизмах реализации ответной реакции на него.

Общей особенностью метаболизма растительных объектов в условиях техногенного загрязнения является в соответствии с полученными результатами дефицит белка. Если в контрольной зоне в биомассе хвои содержание водорастворимого белка составляет 0,02 ± 0,004 мг/мл, то в условиях техногенного загрязнения эта величина снижается до 0,009 + 0,002 мг/мл. Установлена отчётливая тенденция снижения кислотности среды: рН увеличивается с 4,91 + 0,027 до 5,21 + 0,164. При этом характерно резкое увеличение интенсивности оксидазных процессов, ведущих к образованию активных форм кислорода. Установлено, что активность НАДН- и НАДФН-оксидаз возросла на 75,7%. Акцент на оксидазную систему нами был сделан не случайно. Как известно, оксидазные реакции играют роль в энергетическом, пластическом обменах, а также в обеспечений специфических метаболических функций, связанных с образованием терпенов, генераций активных форм кислорода. Резкое усиление оксидазных процессов, вызванное техногенным загрязнением может служить одной из причин деструкции древесного организма. Нельзя исключить, что данный процесс несёт адаптационный характер. Возможно, усиленное образование активных форм кислорода может быть использовано биосистемами для трансформации углеводородов, продуктов переработки нефти. Образующиеся при этом вторичные продукты обмена ксенобиотиков представляют также опасность для окружающей среды и человека.

О том, что человек находится под многофакгорным влиянием техногенно изменённой среды, свидетельствуют результаты анализа заболеваемости и демографических показателей.

Дав оценку реальной среды проживания жителей региона нефтеперерабатывающего производства, мы проанализировали состояние интегральных показателей обмена у клинически здоровых лиц. В структуре заболеваемости жителей региона нефтеперерабатывающего завода отмечаются определённые особенности. Установлено, что к числу приоритетной патологии относятся заболевания пищеварительной системы. Несложно предположить, что распространённость заболеваний желудочно-кишечного тракта среди жителей экологически неблагополучного региона связана с тем, что он служит местом контакта с экотоксикантами в составе пищи и воды. Химически активные загрязнители реализуют потенциал своей активности ещё до поступления в кровоток. В связи с этим гастриты, дуодениты являются результатом прямого повреждающего действия

экотоксикантов. Наличие двойных связей в алкенах, функциональных групп в составе углеводородов со смешанными функциями обуславливает их взаимодействия с мономерами гликопротеинов и протеогликанов примукозалыгой слизи, что снижает защитные свойства этого геля и облегчает действие микробного фактора, меняет, условия функционирования системы пристеночного и внутриклеточного пищеварения. Последствиями этих изменений может быть нарушение переваривания и всасывания нутриентов.

У клинически здоровых жителей этого региона нами установлены метаболические изменения, отражающие нарушения функции пищеварительной системы. Выявлено, что характерным является уменьшение содержание общего белка и, в частности, альбумина в сыворотке крови (табл.1). Как известно, общий фонд белков плазмы является достаточно стабильной величиной. Он обеспечивается поступлением алиментарного

Таблица 1

Показатели белкового обмена в крови жителей экологически неблагополучного региона

Показатели Группа сравнения 2 Группа сравнения 1 Группа наблюдения

Мужчины Женщины Мужчины Женщины Мужчины Женщины

Обший белок, г/л 79, ±6,1 76,4±3,9 75,6+6,8 75,4±7,6 68,2±3,8* 69,4±2,8*

Альбумин,% 63,6±5,6 58,0±2,7 58,6±7,3 50.3±2,4* 50,8±0,6* 47,6+0,5*

арГлобулины, % 3,6+5,6 4,3+0,7 3,2±0,4 4,0±0,8 2,8+0,3 3,4±0,4*

аг-Глобулины, % 7,5+1,4 8,6±0,07 7,1+1,6 8,2+0,9 6,9+0,5 7,1±0,5*

Р-Глобулины, % 8,1±0,5 11,6 ±1,3 12,4+0,8* 16,2±0,8* 12,8+0,9* ' 15,5+2,0*

•/-Глобулины, % 11,9+2,6 17,3 ±1,4 16,5±2,5 21,3+2,2* 16,8±0,7* 26,4±1,3*

* - р < 0,05 по сравнению с группой сравнения 2

белка, а также сбалансированными в норме процессами тканевого протеолиза и эндогенного биосинтеза белковых биомолекул. Учитывая,,что в среднем за сутки в организме человека синтезируется порядка 500,0 - 600,0 г белка, очевидно, что основная его часть обеспечивается реутилизацией аминокислот белков собственного организма. Аминокислоты алиментарных белков восполняют дефицит аминокислот, трансформированных в биоактивные соединения, подвергшиеся катаболизму.

В условиях техногенного загрязнения, когда нарушаются процессы переваривания и всасывания в пищеварительном тракте, а экотоксиканты, преодолевшие барьер кишечной стенки, поступают в печень, отмечается их прямое действие на печёночную ткань. Очевидно, этой способностью обладают нативные экотоксиканты, а также их производные, трансформированные в микросомальной окислительной и трансферазной системах. Несмотря на отсутствие клинических признаков дисфункции печени у жителей экологически неблагоприятного региона, у них выявлено достоверное увеличение активности аланин- и аспартатаминотрансфераз (55% и 39%, соответственно). Характерно, что у работников нефтеперерабатывающего завода активация достигает 137,6% и 40% при сопоставлении с данными в группе сравнения. Кроме того, о снижении функции печени под воздействием токсикантов свидетельствует снижение на 30% сулемовой пробы. Увеличение содержания ацилглицеринов на 84,6% по сравнению с уровнем у жителей, не работающих на нефтеперерабатывающем заводе, также свидетельствует о функциональной недостаточности печени (рис.1,2).

У жителей, проживающих вблизи нефтеперерабатывающих предприятий, не имеющих контакта с химическими веществами, в крови повышен уровень (З-глобулинов на 53,1% (р<0,05) у мужчин и на 39,7% (р<0,05) у женщин, а также у-глобулинов - на 38,7% (р<0,05) у мужчин и на 23,1 (р<0,05) по сравнению с показателями крови жителей района относительного экологического благополучия. У жителей, проживающих вблизи нефтеперерабатывающих предприятий, не имеющих контакта с химическими веществами, в крови повышен уровень р-глобулинов на 53,1% (р<0,05) у мужчин и на 39,7% (р<0,05) у женщин, а также у-глобулинов - на 38,7% (р<0,05) у мужчин и на 23,1 (р<0,05) по сравнению с показателями крови жителей района относительного экологического благополучия. Как известно, трансферрин и гемопексин являются белками фракции р-глобулинов. Трансферрин - основной железопереносящий белок.

Повышение его концентрации свидетельствует о его слабой насыщенности железом, что служит одним из патогенетических моментов анемии, часто наблюдаемой у жителей регионов техногенного загрязнения. Кроме того, повышение содержания данного белка можно расценить как признак усиления антиоксидантной защиты в организме. Таким образом, такое проявление диспротеинемии можно расценить как приспособление к перенасыщению токсикантами внутренней среды организма.

Безусловно, неизбежное поступление экотоксикантов в кровяное русло вызывает неферментативное взаимодействие с функциональными группами различных биомолекул. В первую очередь это касается ЫНг," 8Н," ОН - групп аминокислот белков различного функционального назначения. Результатом такого параметаболического действия являются конформационные

перестройки, нарушение функции структурных, транспортных белков, ферментов.

церины проба трансфераза трансфераза

____ группа наблюдения ---группа сравнения 1

_ группа сравнения 2

Рис.1. Активность трансаминаз, содержание ацилглицеринов, величина сулемовой пробы у женщин региона экологического неблагополучия

Выявленное нами увеличение содержание у-глобулинов в крови практически здоровых жителей, а особенно у работающих на нефтеперерабатывающих предприятиях свидетельствует об аллергизации населения, носящей фронтальных характер.

Обращает внимание, что среди населения из региона нефтеперерабатывающего завода патология респираторной системы достаточно широко распространена и также относится к приоритетным заболеваниям. Отмечается рост в 1,8 раза хронических заболеваний

бронхолёгочной системы у детей. Интересно, что в крови у жителей экологически неблагополучного региона отмечено достоверное снижение содержания а-глобулинов.

церины проба трансфераза трансфераза

- ■ - ■ • группа наблюдения — — - "группа сравнения 1 ■ группа сравнения 2 Рис.2. Активность трансаминаз, содержание ацилгдицеринов, величина сулемовой пробы у мужчин региона экологического неблагополучия

Этот факт особо значим для понимания общей тенденции, характерной для нашего времени - хронизации заболеваний. Как известно, фракция а-глобулинов содержит семейства макроглобулинов, белков, являющихся ингибиторами протеиназ. К ним также относятся агантитрипсин, аг антихимотрипсин, аргликопротеин. Активация протеолиза является одним из патогенетических звеньев воспаления. В связи с этим снижение содержания ингибиторов протеаз является значительным фактором в развитии хронических неспецифических заболеваний лёгких, эмфиземы

лёгких, патологических процессов в печени. В данном случае экотоксиканты являются пусковым фактором в универсальных повреждающих процессах. Имеются сведения о том, что даже безопасная для взрослых среда может оказаться смертельно опасной для маленьких детей (Wang G. M. с соавт., 1989).

В изучаемой нами ситуации окружающая среда за счёт техногенного загрязнения представляет опасность для здоровья взрослых и особенно для детей. Младенческая смертность на 1000 родившихся по г. Самаре составляет 9,0, а по Куйбышевскому району достигает 17,6, т.е. выше в 1,9 раза. Как показали результаты математического анализа, имеется корреляционная связь между уровнем младенческой смертностью и 40 химическими веществами из 107 изученных токсикантов (рис. 3). .

1.0

0.9

0,8

0.5

Озон, бутан, меди оксид

Ангидрид фосфорный, бензин, водород цианистый, никель металлический, пентан, пыль цементная, свинец металлический, сольвент нафта, спирт этиловый, стирол, тетрахлорэтилен, толуол, углеводороды

Азотная кислота, акролеин, ацетон, ацетилен, бутилацетат, кальция карбид, пыль неорганическая, стеклопластика, сажа, спирт бутиловый, спирт фуриловый

Водород хлористый, магния оксид, пыль бумаги, древесная,

текстолита, хлопковая, серная кислота, сероводород,

триэтаноламин, формальдегид, хром шестивалентный, этоксиэтанол

Рис.3. Корреляционная зависимость младенческой смертности в Куйбышевском районе от химических компонентов промышленных выбросов (г - коэффициент корреляции)

При математическом анализе установлено существование положительной коррелятивной связи между заболеваниями бронхолёгочной системы, болезнями крови, мочевыводящей системы и 17 экотоксикантами из изученных 107 соединений (рис.4).

Рис.4. Спектр химических компонентов промышленных выбросов, влияющих на заболеваемость болезнями органов дыхания, крови, мочевыделения населения Куйбышевского района Из исследуемых факторов техногенного загрязнения 55 влияет на заболеваемость болезней органов пищеварения (рис.5).

На первый взгляд однотипный характер взаимосвязи между ними и различными по морфологии и выполняемым функциям системами не вполне объяснимы. Перечисленные экотоксиканты являются газообразными веществами и естественным местом первичного контакта с ними является лёгочная ткань. В ней закономерно реализуется их повреждающий потенциал. Структурная особенность лёгочных капилляров позволяет легко диффундировать токсическим агентам в кровь. Здесь также реализуется их негативное химическое действие. Минуя печень, где сосредоточены основные системы биотрансформации ксенобиотиков, экотоксиканты поступают в почки, которые также служат мишенью их повреждающего действия. Известно, что через проксимальные отделы почечных канальцев выводятся чужеродные соединения, в том числе и лекарства (Морозова В. Т. ссоавт., 1996).

□ 35 пыль полистирола

□ 54 пыль текстолита е353 пылъцем ентная о 52 пыль хлопковая в51 пыль меховая

□ 50 пыль стеклопластика

о49 пыль неорганическая ниже20-

□ 48 пыль гипсовая п47уайт-спирт

□ 46 углеводороды предельные q45 сольвент нафта

□ 44 диметиламин

а 43 акрилонитрид

□ 42триэтиламин ■ 41 циклогексанон

q 40 кислот а уксусная п39 лцетофенол q38 ацетон о 37 ацетальдегид h 36 форм альдегид (33s дноксифталат

□ 34 бут ил ацетат

□ 33 амилацетат

□ 32 фенол

□ 31 диэтиловый эфир пэотрикрезол

q29 спирт этиловый

□ 28 спирт фуриловый

□ 27 спирт бу тиловый о 26 стирол

□ 23 ксилол

□ 24 дивинил

□ 23 ацетилен

□ 22 этилен

□ 21 бутан

□ 20 амилены

□ 19 углеводороды

□ 18 хлор

□ 17 сероводород ej16 сажа

о 15 озон

а 14 кислота серная 013 водородциапистый

□ 12 водородхлористый

□ 11 кислота азотна^

□ ю цинка оксид

а 9 хром шести валентный

□ 8меди оксид п7 марганец

□ 6 m агния оксид 0 5 кальция карбид

□ 4 железо

пз титана диоксид и 2 ванадия пятиокись q1 бария хлорид

0,2

0,4

0.6

0,8

Рис.5. Корреляционная зависимость между заболеваниями пищеварительной системы населения Куйбышевского района и химическими компонентами промышленных выбросов В процессе экскреции именно в этих участках наблюдаются очаги дистрофии и некроза, обусловленные, очевидно, местным повреждающим действием ксенобиотиков. Объектом оценки состояния метаболических

процессов в наших исследованиях был эритроцит. Это обусловлено рядом обстоятельств.

Эритроцит - типичный форменный элемент крови, испытывает контакт с множеством химических соединений. К их числу относятся нативные химические вещества, поступающие через респираторную систему, а также трансформированные в системах детоксикации печенью. Кроме того, эритроцит осуществляет транспорт различных органических соединений. Осуществление его функций происходит в среде, насыщенной множеством высоко- и низкомолекулярных соединений биогенного и абиогенного характера. Естественно, что в условиях техногенного загрязнения окружающей среды, внутренняя среда организма тоже перегружена. При проживании в экологически неблагополучной зоне создаются условия контакта эритроцитов с экотоксикантами: Изучая параметры метаболизма эритроцитов, полученных у клинически здоровых людей, проживающих в регионе экологического напряжения и работающих на нефтеперерабатывающем заводе, нами были выявлены определённые закономерности.

При анализе результатов изучения показателей углеводного обмена (рис.6), представленного в эритроците гликолизом и пентозофосфатным путём, выявлено снижение активности гексокиназы на 33,4% у мужчин (р<0,05) и на 35,1% у женщин (р<0,05), тогда как активность лактатдегидрогеназы увеличилась на 26,5% у мужчин (р<0,05) и на 42,0% у женщин (р<0,05). Такая несогласованность начального и заключительного этапа анаэробного процесса может свидетельствовать об уменьшении катаболизма углеводов. Увеличение образования лактата за счёт активного действия лактатдегидрогеназы может обеспечиваться пируватом не углеводного происхождения. Нами выявлено усиление окисления глюкозы по пентозофосфатному пути. Об этом свидетельствует активация глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы у мужчин на 40,2% (р<0,05), у женщин - 29,2% (р<0,05) и увеличение концентрации НАДФН на 55,5% у женщин (р<0,05) и 66,6% у мужчин (р<0,05) (рис.7). Возможно, это диктуется потребностями эритроцитов, а именно необходимостью поддержания структурной целостности клеток.

Оценка состояния систем эндогенной защиты от повреждения эритроцитов активными формами кислорода показала, что в условиях загрязнения окружающей и внутренней среды экотоксикантами наблюдается некоторая активация супероксиддисмутазы. Как известно, продуктом деятельности этого фермента является пероксид водорода, образующийся в реакции дисмутации двух молекул диоксида. Снижение активности катапазы на 17,2% у мужчин (р<0,05) и на 12,0% у женщин (р<0,05), установленное нами, создаёт предпосылки для неферментативного распада пероксида до гидроксильного радикала, самой высоко реакционной частицы.

Гексокиназа

Мужчины

Гексокиназа

Женщины

Рис.6. Активность ключевых ферментов углеводного обмена у жителей экологически неблагополучного региона

НАД'

- труппа наблюдения

- группа сравнения 1 группа сравнения 2

НАДН2 Женщины

НАД+

Мужчины

Рис.7. Содержание никотинамидных коферментов (мкмоль/мл) в крови жителей экологически неблагополучного региона

Повреждающий потенциал гидроксильного радикала реализуется в инициации перекисного окисления липидов и деструкции мембранных структур, образовании сшивок в белковых молекулах, взаимодействии с нуклеиновыми кислотами с их повреждением.

Изучение состояния мембран эритроцитов с помощью измерения электродиффузионного потенциала показало, что агрессивная среда обуславливает структурно-функциональную перестройку, что проявляется снижением величины электрического пробоя. Выявленный комплекс структурных и метаболических нарушений свидетельствует о системном характере изменений в организме жителей регионов антропогенного загрязнения.

ВЫВОДЫ

1. Характерной особенностью структуры заболеваемости населения, проживающего в районе нефтеперерабатывающего производства, в последние годы, является высокая распространённость заболеваний органов пищеварения: гастрит, язвенная болезнь, хронический холецистит, хронический гепатит. Смертность трудоспособного населения превышает аналогичные показатели в среднем по городу на 20 - 30%. Уровень младенческой смертности выше в 1,2 - 1,9 раза.

2. Установлено, что из 107 токсикантов фона техногенного загрязнения данной местности для 55 соединений имеется прямая коррелятивная связь с заболеваниями пищеварительной системы. Среди них ведущими следует признать: фенол, меди оксид, озон, бутан, кислоту уксусную, стирол, углеводороды предельные, ванадия пятиокись (г = 0,99-0,80),

3. Выявлено, что из всего спектра экотоксикацтов, представленных в изучаемом районе, для 17 соединений характерна прямая коррелятивная связь с патологией респираторной системы, болезнями крови и почечными заболеваниями. Среди них доминирующими являются: бензол, гексан, пыль гипсовая, углерод четырёххлористый, натрия нитрит, циклогексан, акролеин (г = 0,99).

4. У клинически здоровых жителей региона техногенного загрязнения наблюдается снижение общего белка, в том числе альбумина, ос-глобулинов, повышение концентрации р- и у-глобулинов, снижение содержания а-холестерина; повышение концентрации мочевины, креатинина, триглицеридов, активация аланин- и аспартатаминотрансфераз, нарушение баланса никотинамидных коферментов за счёт преобладания НАДН и НАДФН, повышение тимоловой и снижение сулемовой проб. Выявленные сдвиги отражают дисфункцию пищеварительной системы, печени без явной клинической визуализации процесса.

5. Снижение содержания ингибиторов протеиназ, входящих во фракции а-глобулинов, может служить одним из патогенетических звеньев хронизации заболеваний бронхолёгочной системы и печени.

6. Установлено, что в эритроцитах людей, проживающих в экологически неблагоприятном регионе и работающих на нефтеперерабатывающем заводе, происходят существенные структурные и метаболические нарушения. Отмечается снижение электродиффузионного потенциала мембран, снижение активности гексокиназы, активация лактатдегидрогеназы, глюкозо-6-фосфатдегидрогензы, повышение активности супероксиддйсмутазы, снижение активности каталазы.

7. Выявлено, что высокое техногенное загрязнение в производственной зоне нефтеперерабатывающего завода отражается на показателях обмена и жизнеспособности древесного организма хвойных пород и биоценоза почвы; характерно снижение содержания водорастворимого белка, относительное защелачивание, уменьшение удельной электропроводности, повышение удельной активности НАД- и НАДФН-оксидаз, активация супероксиддисмутазы в экстрактах почвы и биомассы хвои.

8. Высокое техногенное загрязнение среды проживания отражается на жизнедеятельности различных биосистем, вызывая сходную реакцию метаболического ответа. Организм жителей этих регионов находится под многофакгорным воздействием экотоксшсантов, вторичных метаболитов, образующихся в почве и растениях, что ведёт к химическому загрязнению внутренней среды организма; ксенобиотики реализуют свой потенциал ферментативным и неферментативным путём, вызывая нарушения обменных процессов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Располагая данными о характере техногенного загрязнения, составе экотоксикантов в среде проживания, можно прогнозировать структуру заболеваемости населения и целенаправленно проводить профилактические мероприятия.

2. Блок сведений о характере метаболических сдвигов в организме жителей региона высокого техногенного загрязнения, предшествующих клинической визуализации процесса, может служить основанием для выработки конкретных валеологических и саналогических мер, направленных на оздоровление жителей, а также для осуществления донозологической диагностику.

3. При популяционных исследованиях в регионах экологического неблагополучия с целью выявления групп риска с преморбидным состоянием целесообразно определение величины электродиффузионного пробоя мембран эритроцитов.

4. Значительное распространение заболеваний органов пищеварения среди населения, проживающего вблизи нефтеперерабатывающих предприятий, связанно с суммацией действия экотоксикантов, что позволяет рекомендовать индивидуальную защиту здоровья путём очистки питьевой воды и приёма экопрогекторов, например препаратов из местного растения расторопши пятнистой (Натурсил, экстракт, пищевые добавки).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Новые возможности и перспективы в диагностике заболеваний и мониторинга здоровья // Материалы 2-ого симпозиума «Неинвазивные методы диагностики». - Москва, 1995. - С. 19 (соавторы: Ф. Н. Гильмиярова, О. И. Линёва, В. М. Радомская, Л. Н. Виноградова, А. В. Бабичев, И. Г. Кретова, В. Ю. Голенищев, Г. М. Баишева, Э. М. Гильмияров, М. Л. Блок, И. Е. Шафранский, В. П. Тлустенко, Т. Ю. Савирова, Ю. В. Романова, Н. Ю. Бабичева, Н. В. Русакова, Н. А. Краснова, С. В. Цуркан, С. Г. Ежкова, Н. В. Расцветова, М. М. Кнохинов, Н. В. Александрова, Е. П. Шатунова, М. С. Клейман)

2. Новые подходы к поиску средств объективизации комплексного контроля за качеством очистки промышленных сточных вод // Материалы межгосударственной научно-технической конференции «Малоотходные и энергосберегающие технологии в системе водного хозяйства». - Пенза, 1995. - С. 41 - 42 (соавторы: А. В. Бабичев, И. Г. Кретова, И. Е. Шафранский, С. Г, Ежкова, Н. В. Расцветова, М. М. Кнохинов, М. С. Клейман, А. Н. Канцепольский)

3. Система двоякой экспертной оценки техногенного загрязнения северных территорий с биологических позиций // Материалы VII Международного Соловецкого симпозиума «Экология человека: будущее культуры и науки Севера». - Архангельск, 1995. - С. 36 - 37 (соавторы: Ф. Н. Гильмиярова, В. М. Радомская, Л. Н. Виноградова, А. В. Бабичев, М. Л. Блок В. Ю. Голенищев, Н. В. Расцветова)

4. Экопатология и экопротекгоры: сущность, концепции, принятие решений И Материалы 2-ой международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека». - Самара, 1995. - С. 24 - 25 (соавторы: Ф. Н. Гильмиярова, Т. Л. Кошева, Н. В. Расцветова, В. Ю. Голенищев, Н. А. Краснова, С. В. Цуркан, М. С. Клейман)

5. Доклиническая оценка влияния экотоксикантов на организм человека // Впервые в медицине. - Санкт-Петербург, 1995. - № 2 - 3. - С. 41 - 42 (соавторы: Ф. Н. Гильмиярова, В. М. Радомская, А. В. Бабичев, И. Г. Кретова, В. Ю. Голенищев, Г. М. Баишева, М. Л. Блок, Н. В. Расцветова, М. М.

Кнохинов, Э. М. Гильмияров, И. Е. Шафранский, С. Г. Ежкова, М. С. Клейман)

6. Экспериментальное обоснование энзимотерапевтического эффекта дегидрогеназ // Материалы конференции молодых учёных России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины». - Москва, 1998. - С. 53 (соавтор: Ю. В. Романова)

7. Реальные возможности укрепления здоровья человека в условиях экологического неблагополучия // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции «Экологии и здоровья человека». - Самара, 1998. - С. 131 - 132. (соавторы: Н. И. Гергель, Г. М. Баишева, И. В. Шешунов, Л. Н. Самыкина).