СОСТОЯНИЕ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ГОМЕОСТАЗА У ЧЕЛОВЕКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СОЕДИНЕНИЙ СВИНЦА

Институт медицины труда АМН Украины, г. Киев

Изучение особенностей влияния на человека соединений свинца, поступающих из объектов производственной и окружающей среды, является одной из актуальных задач современной медицинской и биологической науки. Ее важность на сегодняшний день определяется значительным загрязнением соединениями свинца окружающей среды, их стойкостью, способностью к высокой степени кумуляции в обьектах биосферы, легкостью включения в основные пищевые цепи жизнеобеспечения человека и высоким риском накопления в организме в больших количествах [1—4].

В большинстве научных публикаций по этому вопросу исследуются особенности влияния соединений свинца на организм человека по специфическим биохимическим тестам, включающим, как правило, определение нарушений обмена порфиринов в геме, в сопоставлении с результатами мониторинга содержания свинца в биологических средах организма (кровь, моча, волосы) для заключения о наличии свинцовой интоксикации [4, 5]. В то же время, исследованию состояния свободнорадикального окислительного гомеостаза, в частности активности свободнорадикального перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы организма уделяется недостаточное внимание [6]. Нарушение прооксидантно-антиоксидантного статуса организма является ранним универсальным неспецифическим звеном патогенеза многих заболеваний. И его оценка может быть рекомендована в качестве одного из методов мониторинга состояния здоровья человека [7—9].

Целью данной работы было исследование состояния свободнорадикального окислительного гомеостаза у людей, подвергающихся воздействию соединений свинца из производственной и окружающей среды.

Материалы и методы исследования

Обследована группа из 95 мужчин, состоящая из 25 рабочих основных профессий завода художественного стекла (выдувальщики, отдельщики, наборщики стекла), подвергающихся текущему воздействию свинца (ПКС), 15 бывших рабочих этого завода с хронической свинцовой интоксикацией (ХСИ), 40 механизаторов (трактористы) сельского хозяйства, которые обрабатывали почвы, загрязненные тяжелыми металлами, в том числе свинцом. Группа механизаторов, в зависимости от содержания свинца в крови, была разделена на четыре подгруппы (0,6—0,69; 0,7—0,79; 0,8—0,89, 0,90 мг/л). Контрольную группу составили 15 мужчин (преподаватели и научные сотрудники ВУЗа), не контактирующие в производственных условиях с соединениями свинца. Они не имели личных автомобилей, работали и проживали на окраине крупного города, вдали от автомагистрали.

Содержание свинца в биологических средах определяли методом атомно-адсорбционной спектроскопии [10].

Состояние свободнорадикального окислительного гомеостаза исследовали по активности неферментативного свободнорадикального перекисного окисления липидов (СРПОЛ) и ферментов системы эндогенных антиоксидантов (АОС). Активность СРПОЛ оценивали в плазме крови по интегральному показателю, характеризующему соотношение интенсивности свободнорадикальных окислительных процессов и антиоксидантной обеспеченности организма — биохемилюминесценции (БХЛ) в сопоставлении с содержанием в сыворотке крови одного из конечных продуктов ПОЛ — малонового диальдегида (МДА). Биохемилюминесцентный анализ и оценку окислительного гомеостаза проводили согласно [6]. Содержание МДА в сыворотке крови определяли в тесте с тиобарбитуровой кислотой [11 ].

В эритроцитах, полученных из венозной крови, определяли активность антирадикального фермента супероксиддисмутазы (СОД, КФ.1.15.11) и антиперекисного фермента каталазы (КТ, КФ.1.11.7) [12], в сыворотке — активность фермента церулоплазмина (ЦП, КФ.1.1.6.3) [13]. Кроме того изучали активность таких индикаторных ферментов, как щелочная фосфатаза (ЩФ, КФ.3.1.3.1) по методу Боданского и холинэстераза (ХЭ, КФ.3.1.1.7) [13].

Результаты исследований обработаны статистически с вычислением t-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

У обследованных контрольной группы (табл. 1) выявлялось высокое содержание свинца в крови (0,39±0,05 мг/л), если учесть, что у жителей крупных городов концентрация данного металла в крови, как правило, не превышает 0,20 мг/л [14]. У неработающих больных ХСИ и рабочих, подвергающихся воздействиям соединений свинца в условиях производства (ПКС), его содержание в крови было одинаковым (0,52 мг/л) и не отличалось от такового в контрольной группе. У обследованных механизаторов концентрация данного металла в крови определялась в пределах 0,58—0,95 мг/л, что по среднегрупповым величинам было достоверно больше, чем в контрольной группе и группах ПКС и ХСИ. Следовательно, все обследованные были в значительной степени экспонированы соединениями свинца, особенно механизаторы сельского хозяйства, обрабатывающие почвы, загрязненные тяжелыми металлами.

У рабочих завода художественного стекла из группы ПКС установлено достоверное увеличение уровня СХЛ плазмы крови по сравнению с контрольной группой. Инициация СРО в плазме их крови сернокислым железом выявила тенденцию к уменьшению содержания перекисных продуктов свободнорадикальных реакций (уменьшение S₁), достоверное увеличение резистентности ее липидов к переокислению (уменьшение S₂) и удлинение латентного периода медленной вспышки (t₁) ИХЛ (табл. 1). Другие параметры ХЛ плазмы крови, а также содержание МДА в сыворотке существенно не отличались от их значений в контрольной группе. При исследовании активности ферментов АОС у лиц из группы ПКС установлено увеличение активности антиперекисного фермента КТ в эритроцитах крови (табл. 2). При этом активность антирадикального фермента СОД в эритроцитах крови и сывороточного антиоксиданта — фермента ЦП не отличалась от контрольных значений. Полученные данные свидетельствуют о том, что у рабочих ПКС наблюдалась инициация СРО, которая, однако, не приводила к разветвлению его цепей и активации процесса ПОЛ. Последнее было связано с увеличением интегральной антиоксидантной обеспеченности организма по данным ИХЛ и подтверждалось функциональным напряжением в антиперекисном звене АОС, на что указывало увеличение активности фермента КТ в эритроцитах. При этом важно отметить, что выявленное в этой группе обследованных увеличение резистентности липидов плазмы крови к переокислению указывает на нарушение ее липидного состава, в первую очередь за счет убыли легко окисляющихся их фракций.

Исследование активности СРО у больных с ХСИ также выявило достоверное увеличение уровня СХЛ плазмы крови по сравнению с контролем (табл. 1). Инициация СРО в плазме их крови ионами Fe²⁺ привела к достоверному увеличению интенсивности протекания процесса ПОЛ (H, I₆), скорости окисления липидов (tg<a), увеличению содержания перекисных продуктов свободнорадикальных реакций (S₁) и снижению резистентности липидов плазмы крови к переокислению (увеличение S₂). Кроме этого, у больных ХСИ наблюдалось существенное накопление в сыворотке крови одного из конечных продуктов процесса ПОЛ — МДА, образующегося по аскорбат-зависимому пути. Укорачивались латентный период развития медленной вспышки ИХЛ (t₁) и время выхода хемилюминограммы на плато (t₂), что свидетельствовало о наличии интегральной (по данным ИХЛ) антиоксидантной недостаточности организма. У больных ХСИ выявлено достоверное снижение активности антирадикального фермента СОД в эритроцитах крови и сывороточного антиоксиданта — фермента ЦП, тогда как активность фермента КТ определялась на уровне контрольных величин (табл. 2). Следовательно, у больных ХСИ наблюдалась активация системы и разветвление цепей СРО, на что указывали усиление процесса ПОЛ в плазме крови, снижение резистентности ее липидов к переокислению и повышенное образование МДА. Это было связано со снижением антиоксидантной обеспеченности организма, о чем свидетельствовало угнетение активности ферментов СОД в эритроцитах крови и ЦП в сыворотке.

Состояние свободнорадикального окислительного гомеостаза у механизаторов сельского хозяйства, особенно в 1-й их подгруппе, по своей качественной характеристике было близким к таковому у рабочих ПКС (табл. 1, 2). Для всех четырех подгрупп механизаторов характерным было существенное увеличение по сравнению с контрольной группой уровня СХЛ плазмы крови и резистентности ее липидов к переокислению после инициации СРО ионами Fe²⁺, а также снижение активности фермента ЦП в сыворотке крови. При этом следует отметить, что увеличение содержания свинца в крови механизаторов сопровождалось снижением уровня СХЛ плазмы. Наблюдались и некоторые особенности в состоянии системы СРО у механизаторов, отличающиеся от такового у рабочих ПКС. В частности, у механизаторов 2-й подгруппы, в крови которых содержание свинца было достоверно выше, чем в контрольной группе, и у рабочих ПКС (в 1,5 раза) интенсивность протекания процесса ПОЛ и скорость окисления липидов в плазме были сниженными. Вследствие этого у них отмечалось уменьшение содержания перекисных продуктов свободнорадикальных реакций в плазме крови и МДА. Важно также отметить, что у механизаторов этой подгруппы, как и у больных ХСИ, выявлялось угнетение активности антирадикального фермента СОД в эритроцитах. У механизаторов 4-подгруппы, на фоне еще более существенного увеличения содержания свинца в крови по сравнению с контрольной группой и рабочими ПКС (в 1,8 раза), наблюдались наиболее выраженные нарушения в системе СРО — снижение содержания в плазме крови первичных продуктов СРО — гидроперекисей липидов (h), угнетение интенсивности протекания процесса ПОЛ, снижение содержания перекисных продуктов свободнорадикальных реакций и повышение резистентности липидов к переокислению, самое низкое содержание МДА в сыворотке крови. Кроме того, у них отмечалось снижение активности фермента СОД и активация КТ в эритроцитах, а также низкая активность фермента ЦП в сыворотке крови. Следовательно, более выраженная профессиональная экспозиция механизаторов свинцом, о чем свидетельствовали результаты определения его содержания в крови, по сравнению с обследованными из контрольной группы и рабочими ПКС, сопровождалась и более существенными нарушениями в состоянии свободнорадикального окислительного гомеостаза — угнетение системы СРО, развившемся, вероятно, вследствие предшествующей длительной активации процесса СРПОЛ и возникшего дефицита легко окисляемых фракций липидов в плазме крови.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности реализации катионами свинца повреждающего действия на мембраны клеток внутренних органов, в частности ткани печени. Предпосылками для этого явились: установленная у больных ХСИ активация системы СРО и процесса ПОЛ, которые, согласно общепринятому мнению, являются ведущими звеньями механизма повреждения структурно-функционального состояния мембран, а также повышение резистентности липидов плазмы крови к переокислению у рабочих ПКС и механизаторов, которое, согласно ранее полученным нами экспериментальным данным [15], сочеталось с нарушением структуры липидного бислоя мембран и дистопией индикаторных, в том числе органоспецифичных ферментов в кровь. У рабочих ПКС среднегрупповая активность фермента ЩФ в сыворотке крови не отличалась от таковой в контрольной группе (табл. 2). Однако, у 29% из них фосфатазная активность сыворотки была выше верхнего предела физиологической нормы (0,5—1,3 ммоль/ч·л) [13] против 10% аналогичных случаев в контрольной группе. В группе обследованных с ХСИ среднегрупповая активность ЩФ достоверно (на 30%) превышала уровень в контрольной группе и у 50% из них была выше верхнего уровня общепринятой нормы. У обследованных механизаторов наблюдалось снижение среднегрупповых величин активности фермента ЩФ как по сравнению с контрольной группой, так и группами обследованных с ХСИ и рабочих ПКС. Наименьшая активность данного фермента зарегистрирована в сыворотке крови механизаторов 1-й и 4-й подгрупп при содержании свинца в крови на уровнях 0,6—0,7 и выше 0,9 мг/л. При уровне свинца в крови 0,6—0,7 мг/л снижение активности ЩФ было выявлено у 35%, при 0,8—0,9 мг/л — у 31%, а при 0,9 мг/л и выше — у 50% обследованных. Следовательно, можно полагать, что у значительной части обследованных реализуется мембрано-повреждающее действие катионов свинца, в частности на ткань печени. При этом у больных ХСИ оно сочеталось с активацией СРПОЛ и, очевидно, связано с увеличением десорбции молекул фермента с мембран гепатоцитов, поскольку зарегистрировано среднегрупповое увеличение активности ЩФ в сыворотке крови [16 ]. В то же время у ПКС и, особенно, у механизаторов выявлялись признаки повышенной стабилизации мембран (увеличение резистентности липидов плазмы крови к СРПОЛ), в результате чего у первых не изменялся по сравнению с контрольной группой, а у вторых, наоборот, уменьшался процесс десорбции с мембран гепатоцитов и дистопии данного фермента в кровь. Снижение активности данного фермента, наблюдаемое в группе механизаторов, может происходить и по другим причинам — за счет ингибирования его функциональных групп или снижения синтеза фермента, а также может быть связано с влиянием катионов свинца на остеобласты [14]. Результаты этих исследований также находятся в соответствии с имеющими в литературе данными, согласно которым у практически здоровых рабочих, контактирующих со свинцом в пределах допустимых концентраций, не выявляется заметной разницы в уровне активности ЩФ в крови по сравнению с контролем. И только сопутствующее повреждение паренхимы печени сопровождается увеличением активности сывороточной ЩФ [14]. Вероятно, данный эффект свинца и проявлялся в группе обследованных с ХСИ.

Среднегрупповая активность второго органоспецифического фермента — сывороточной ХЭ у обследованных не претерпевала существенных изменений по сравнению со значениями в контрольной группе (табл. 2). Однако, если в контрольной группе активность данного фермента была ниже общепринятых значений физиологической нормы только у 10% обследованных, то в группе рабочих ПКС и обследованных с ХСИ это наблюдалось, соответственно, у 48% и 36% лиц. У механизаторов в подгруппах с содержанием свинца в крови в пределах 0,7—0,8 и 0,8—0,9 мг/л снижение активности данного фермента в сыворотке отмечалось в 30%, а при содержании более 0,9 мг/л — у 50% обследованных. Отмеченные индивидуальные особенности изменения холинестеразной активности согласуются с экспериментальными данными, согласно которым снижение активности данного фермента в сыворотке крови наблюдается при заболеваниях печени, в том числе и при токсических ее поражениях, а степень снижения ее активности отражает тяжесть токсического поражения печеночных клеток [14 ].

Активность фермента ЦП в сыворотке крови была снижена по сравнению с контролем во всех группах обследованных, кроме ПКС (табл. 2). Учитывая данные литературы о важной функциональной роли и диагностической значимости определения активности данного фермента в сыворотке крови [17], а также принимая во внимание результаты наших исследований по индивидуальным особенностям изменения активности органоспецифических ферментов в сыворотке крови, следует констатировать наличие у рабочих с ХСИ и механизаторов сельского хозяйства токсического поражения паренхимы печени с нарушением ее белоксинтетической функции.

Таким образом, проведенные исследования показали, что у обследованных из различных профессиональных групп, в зависимости от выраженности биологической экспозиции соединениями свинца, регистрировались качественно различные нарушения свободнорадикального окислительного гомеостаза. Сформировавшаяся и клинически диагностированная у части обследованных рабочих завода художественного стекла ХСИ после прекращения их профессионального контакта с данным металлом характеризовалась активацией системы СРО, разветвлением свободнорадикального процесса и интенсификацией процесса СРПОЛ в плазме крови, обусловленными антиоксидантной недостаточностью организма. Характерной особенностью текущего хронического воздействия соединений свинца из воздуха рабочей зоны на рабочих завода художественного стекла (ПКС) и механизаторов сельского хозяйства являлось нарушение состояния свободнорадикального окислительного гомеостаза, более соответствующее угнетению системы СРО и процесса СРПОЛ, обусловленному нарушением липидного состава плазмы крови за счет дефицита субстратов переокисления из числа наиболее легко окисляемых фракций липидов. Выявленные особенности среднегруппового и индивидуального изменения активности органоспецифических ферментов в сыворотке крови обследованных (ЦП, ЩФ, ХЭ) свидетельствовали о наличии у них токсического повреждения ткани печени с реализацией мембрано-токсических эффектов свинца на гепатоциты.

Аналогичный эффект (угнетение СРПОЛ) в плазме крови и в гомогенатах ткани внутренних органов, в первую очередь в ткани печени, установлен нами в ранее проведенных экспериментальных исследованиях при моделировании свинцовой интоксикации у животных. Он сопровождался дистопией индикаторных (цитоплазматических, митохондриальных, лизосомальных) ферментов в кровь, свидетельствуя о нарушении структурно-функциональной целостности липидного бислоя мембран гепатоцитов [15].

Литература
1. Измеров Н.Ф. К проблеме оценки воздействия свинца на организм человека //Медицина труда и промышленная экология. —1998. —№12. —С. 1-4.
2. Привалов Л.И., Кацнельсон Б.А., Малых О.Л. и др. Оценка опасности воздействия свинца на детей дошкольного возраста, проживающих в районе размещения медеплавильного комбината //Медицина труда и промышленная экология. —1998. —№12. —С. 32-37.
3. И.М. Трахтенберг. Свинец и другие тяжелые металлы во внешней среде после Чернобыльской катастрофы (к экологической ситуации в Украине)//Здоровье населения. —1998. —№3. —С. 94-98.
4. 4 th International Workshop on Clinical Toxicology// Sept. 3—Oct. 1, 1997, Bratislava, Slovak Republic —P. 37-71.
5. Кравченко О.К., Ермоленко А.Е. Значение гигиенического мониторинга в выявлении закономерностей развития хронической свинцовой интоксикации на предприятиях аккумуляторной промышленности //Медицина труда и промышленная экология. —1998. —№12. —C. 14-18.
6. Стежка В.А. Функциональное состояние системы свободнорадикального окисления как патогенетически обоснованный критерий гигиенической оценки воздействия на организм факторов производственной и окружающей среды // Довкілля та здоров'я. —1999. —№1 (8). —С. 2-9.
7. Лопухин Ю.М., Владимиров Ю.А., Молоденков М.Н. и др. Регистрация хемилюминесценции составных частей сыворотки крови в присутствии двухвалентного железа // Бюлл. эксперим. биологии и медицины. —1983. —N2. —С. 61-63. 8. Фархутдинов Р.Р., Лиховских В.А. Хемилюминесцентные методы исследования свободнорадикального окисления в биологии и медицине. —Уфа, 1995.
9. Farkhutdinov R.R., Sharikov D.F., Lichovskih V.A., Kamilov F.H.//In: 2nd International Conference in Clinical Chemiluminescence. —Berlin, 1996. —P. M1.
10. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. —М.: Мир, 1976.
11. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. // Современные методы биохимии. —М.: Медицина, 1977. —C. 66-68.
12. С. Чевари, Т. Андял, Я. Штренгер. Определение антиоксидантных параметров крови и их диагностическое значение в пожилом возрасте // Лаб. дело. —1991. —№10. —С. 9-13.
13. Колб В.Г., Камышников В.С. Справочник по клинической химии. —Минск: Беларусь, 1982. —365 с.
14. Свинец: научный обзор советской литературы по токсичности и опасности химических веществ. —Вып.42//МРПТХВ:Центр международных проектов ГКНТ. —Москва, 1983.
15. Стежка В.А., Онікієнко Ф.А., Блакита І.В та інш. До механізму ізольованої та комбінованої загально- та імунотоксичної дії свинцю та марганцю в експериментальних дослідженнях// В кн. Матеріали ювілейної науково-практичної конференції, присвяченої 100-річчю від дня народження професора В.З. Мартинюка "Охорона здоров'я та довкілля". —Львів, 1996. —С. 99-100.
16. Пехливанов Бл., Цветкова Т., Пиперков Т., Чичовская М. Щелочная фосфатаза: современное состояние вопроса (обзор литературы) // Лаб. дело. —1989. —№11. —С. 4-7.
17. Мжельская Т.И., Завалишин И.А., Иванова-Смоленская И.А. и др. Активность церулоплазмина сыворотки крови при прогрессирующих заболеваниях центральной нервной системы // Лаб. дело. —1989. —№11. —С. 12-15.

| Зміст |