RELATIONSHIP OF BIOELEMENTAL STATUS AND CHANGES IN THE FUNCTIONAL STATE OF THE LUNGS IN THE FIRE FIGHTERS OF THE EMERCOM OF RUSSIA



Cite item

Abstract

Background: Firefighters are characterized by constant interaction with smoke and various combustion products, which, entering the body can, affect the state of the respiratory system.

               Objective: To study the relationship of the bioelemental status with changes in the functional state of the lungs in firefighters of the Ministry of Emergency Situations of Russia.

               Results:  The study revealed an increase in a number of toxic microelements in firefighters by 2-5 times compared with persons not participating in fire extinguishing, as well as a decrease in the content of essential microelements in the studied hair samples. The connection of toxic trace elements (aluminum, silver, cadmium) with a decrease in the diffusion capacity of the lungs, broncho-obstructive changes and pulmonary fibrosis was shown.

 The study showed the relationship between the accumulation of the level of silver, aluminum and cadmium with noticeable changes in the functional state of the lungs.

              

Full Text

Введение.

В современной литературе много внимания уделяется вопросам влияния факторов окружающей среды и труда на жизнь и здоровье человека, в том числе в различных профессиональных группах, таких как спасатели и пожарные. Профессия пожарного занимает одно из первых мест по степени опасности и вредного воздействия на системы организма, их работа связана с ликвидация последствий аварий и осуществляется в сложных условиях, представляющих угрозу для жизни и здоровья, что предполагает повышенную физическую, психологическую нагрузку, а также воздействие физических и химических факторов, следовательно, актуальным является изучение последствий воздействия факторов пожара на организм профессиональных пожарных.

            Для пожарных наиболее характерно воздействие компонентов дыма, которые обладают разной биологической активностью, в том числе принадлежат к высоким классам токсичности и опасности. Вредные продукты горения в виде дыма с вдыхаемым воздухом могут попадать в организм, что, как правило, приводит к нарушению барьерных функций органов и систем [14]. В проведенных ранее исследованиях было описано различное воздействие токсичных факторов пожара на легочную ткань, приводящих к снижению функции легких, развитию гиперчувствительности легочной ткани и появлению различных симптомов респираторных заболеваний [15]. Исследования по оценке состояния здоровья лиц, участвующих в пожаротушении показали, что болезни органов дыхания занимают одно из главных мест в структуре общей заболеваемости пожарных, а стаж работы по специальности коррелировал с ухудшением функции дыхания и  увеличением рисков респираторных заболеваний уже через 4 года работы по специальности [2, 14, 15, 16].

Одним из компонентов продуктов горения, с которыми встречаются пожарные в процессе своей деятельности, являются соединения токсичных микроэлементов. К ним относятся токсичные металлы такие как, мышьяк, кадмий, никель, свинец, которые  могут способствовать усилению окислительного стресса, нарушению барьерных механизмов, приводящих к воспалению и нарушению функции тканей легких [14, 16], что проявляется клинически в виде обструктивной болезни легких и фиброза. В единичных исследованиях установлена взаимосвязь между увеличением уровня кадмия, свинца в различных биологических средах и прогрессирующим ухудшением функции легких [16]. Кроме того, повышение уровня токсичных металлов приводит к снижению и дисбалансу жизненно-необходимых элементов, что оказывают влияние на развитие патологического процесса в органах дыхания.

В ранее проведенных исследованиях у сотрудников федеральной противопожарной службы Государственной противопожарной службы МЧС России (ФПС ГПС МЧС России) были показаны особенности биоэлементного статуса по сравнению с лицами, не учитывающими в пожаротушении и выявлено лидирующее положение заболеваний органов дыхания в общей структуре заболеваемости сотрудников ФПС ГПС МЧС России [2]. Данные по взаимосвязи особенностей биоэлементного статуса с заболеваниями органов дыхания у лиц, участвующих в пожаротушении практически отсутствуют.

Цель работы: Изучить взаимосвязь биоэлементого статуса с изменениями функционального состояния легких у сотрудников ФПС ГПС МЧС России.

Материалы и методы: Обследовано 97 человек, из территориальных пожарных частей, непосредственно участвующие в пожаротушении. Возраст обследованных составил от 18 до 45 лет (средний возраст 31,4±0,7 лет). Стаж работы по специальности от 0,5 лет до 27 лет (средний стаж 10,5±0,6 лет). Все обследованные были разделены на группы в зависимости в зависимости от стажа:

- 1 группа – 0-8 лет (средний стаж 5,6±0,35 лет, средний возраст 26,8±0,6 года);

- 2 группа – более 8 лет работы (средний стаж 14,5±0,7 лет, средний возраст 34,6±0,9 года).

Обследование проводилось на базе специализированной клиники ФГБУ «Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова» МЧС России в режиме дневного стационара. Диагнозы верифицированы специалистами клинических отделений по результатам типичных жалоб, данным объективного исследования, результатами комплексного исследования функции легких и рентгенологических и лабораторных исследований.

Для комплексного исследования функции легких был применен метод бодиплетизмографии. С помощью этого метода осуществляется анализ общей легочной механики дыхания, определяется внутригрудной объема газа без применения газоаналитических методов, а также оценивается аэродинамическое сопротивление дыхательных путей. В сочетании с заключенным в программе спирометрическими исследованиями определялись все показатели дыхательных объемов, а также диффузионная способность легких.

Оценка биоэлементного статуса проводилась в научно-исследовательской лаборатории элементного анализа ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на квадрупольном масс-спектрометре Agilent Technologies 7900 ICP-MS в пробах волос. В каждом образце был проанализирован спектр из 35 элементов: 18 жизненно-необходимых (B, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, I, K, Mg, Mn, Mo, Na, P, Se, V, Zn, Si, Ge) и 17 токсичных (Ti, Sb, Al, As, Ba, Be, Cd, Cs, Hg, Ni, Pb, Rb, Sr, Tl, Sn, Li, Ag).

Для оценки биоэлементного статуса была использована группа сравнения. В нее вошли лица мужского пола, проживающие в Санкт-Петербурге, в возрасте от 19 до 30 лет, не участвующие в пожаротушении, и признанные практически здоровыми по результатам ежегодного медицинского осмотра.

Статистическая обработка полученных данных проводилась при помощи программных пакетов Microsoft Excel XP (Micosoft Corp., США) и Statistica 13.0 (StatSoft Inc., США).

Результаты.

У обследованной группы сотрудников ФПС ГПС МЧС России при изучении элементного статуса в пробах волос было выявлено повышенное содержание ряда токсичных элементов: у 15% обследованных повышен уровень алюминия, у 20 % уровень кадмия, у 12% уровень серебра, кроме того у 5% пожарных был выявлен повышенный уровень содержание свинца, никеля и мышьяка (рис. 1).

На фоне повышенного содержания токсичных элементов выявлено снижение жизненно-необходимых: у 67% дефицит уровня йода, у 85 % кобальта, у 35% магния, у 36 % кальция, у 40% селена и у 25% пожарных снижено содержание цинка (рис. 2), что соотносятся с ранее проведёнными исследованиями и характерно для сотрудников ФПС ГПС МЧС России [1, 3].

Тенденция к накоплению токсичных элементов у пожарных хорошо прослеживается при сравнении с группой сравнения (таблица 1). У пожарных по сравнению с группой лиц, не участвующих в пожаротушении, отмечалось увеличение в пробах волос концентрация алюминия в 4,6 раза, уровня кадмия в 8 раз, уровня свинца в 5,6 раза, уровня серебра в 2,3 раза, отличие медиан на уровне р <0,05.

При анализе взаимосвязи уровня токсичных биоэлементов со стажем работы по специальности у обследованных сотрудников ФПС ГПС МЧС России различий не выявлено.

Для оценки влияния фактора курения обследованная группа сотрудников ФПС ГПС МЧС России была разделена на группу курящих и некурящих. В результате в группе курящих пожарных выявлено существенное повышение уровня алюминия (отличие в 1,5 раза – 17,06 и 11 мкг/г) и серебра по сравнению с некурящими почти в 2 раза, 0,09 и 0,05 мкг/г соответственно (p<0,05) (рис.3), кроме того в группе курящих имеется тенденция к накоплению кадмия (0,11 и 0,16 мкг/г) (p=0,19).

По результатам оценки состояния бронхолегочной системы все обследуемые пожарные были разделены на группы: с нормальной и сниженной диффузионной способностью легких, с наличием (фиброз, пневмофиброз и др.) и отсутствие изменений в легких по результатам рентгенологических исследований, с наличием или отсутствие бронхиальной обструкции. В каждой группе были проанализированы показатели биоэлементного статуса. Не было выявлено отличий по концентрации токсичных микроэлементов в пробах волос у пожарных с нормальной и сниженной диффузионной способностью легких. В группе пожарных с наличием рентгенологических изменений в легких отмечалось повышение концентрации кадмия, однако это отличие не было статистически значимым (концентрации: 0,12 и 0,17 мкг/г соответственно при p=0,07). Достоверно отмечалось увеличение содержания серебра у пожарных с бронхообструктивными изменениями по сравнению с лицами, имеющими нормальные показатели бронхиальной проводимости (0,20 и 0,06 мкг/г при p<0,05) (рис.4).

Анализ полученных данных показал, что в группе пожарных с бронхиальной обструкцией у 20% лиц отмечалось повышение уровня  алюминия в волосах, у 18% лиц уровня кадмия, у 28% уровня серебра, у 14% уровня свинца. В группе без бронхиальной обструкции доля пожарных с повышенным содержанием токсичных элементов была значительно ниже, так по алюминию в 4 раза (5%), по свинцу в 2 раза (6%), по серебру в 4 раза (7%), по кадмию в 1,3 раза (14%), отличия значимы на уровне р<0,05 (рисунок 5).

В группе пожарных со сниженной диффузионной способностью легких выявлено превышение уровня алюминия, кадмия, серебра, свинца в 1,3 раза чаще, чем среди пожарных  с нормальной диффузионной способностью легких (рисунок 6)

Среди пожарных, у которых выявлены рентгенологические изменений в легких (фиброз, пневмофиброз) доля лиц с повышенным содержанием в волосах составила 30%, с повышенным содержанием серебра 17%, что в 2,5 раза выше по сравнению с группой пожарных без выявленных рентгенологических изменений, отличия на уровне р<0,05 (рисунок 7).

Таким образом, среди пожарных, у которых были выявлены изменения в бронхолегочной системе, отмечалось статистически значимое увеличение лиц с повышенным содержанием ряда токсичных микроэлементов (алюминий, серебро, свинец и кадмий), по сравнению с пожарными без выявленной патологии, что еще раз подтверждает влияние этих элементов на патологический процесс.

 

Обсуждения.

               В данном исследовании, как и в проведённых ранее, было показано, что у пожарных МЧС России происходит накопление токсических элементов и снижение жизненно-необходимых [1, 3].                 При оценке взаимосвязи раннего поражения легких и биоэлементного статуса наиболее значимыми элементами оказались серебро, кадмий, алюминий. Данные элементы, попадая в организм через вдох, в составе компонентов дыма, способны вызывать деструктивные изменения. Как было показано ранее, воздействие токсичных металлов может способствовать усилению окислительного стресса и воспалению в эпителии легких, что приводит к разрушению тканей и клинически может проявляться бронхообструктивными изменениями и фиброзом [11].В нашем исследовании показана тенденция к накоплению кадмия в группе пожарных с фиброзными изменениями в легких, и это соотносится с литературными данными описывающими механизм поражения легких.  Имеются единичные работы, проведенные на людях, в которых показано повышение уровня кадмия в различных биопробах у лиц с хронической обструкцией легких [13]. Механизм развития фиброза легких изучен на клеточных культурах, где показано, что длительное воздействие кадмием в малых концентрациях индуцирует дифференцировку миофибробластов за счет нарушения регуляции актинового цитоскелета и активизации окислительно-восстановительных процессов, что приводит к жёсткости цитоскелета и формированию соединительно-тканных волокон [14, 16, 17, 22].

В группе пожарных с бронхиальной обструкцией было выявлено достоверное повышение уровня серебра. Как показал анализ литературных данных действие ионов серебра на формирование патологии в легких изучено плохо. В единичных работах на лабораторных моделях показано, что серебро способно вызывать как минимальные воспалительные процессы, так и серьезные деструктивные нарушения, приводящие к функциональным и структурным имениям в легких [4, 5]. Так в работах W. Ma описано, что длительное воздействие частицами серебра приводило к увеличению толщины альвеолярных перегородок, уменьшение альвеол, разрыв альвеолярных оболочек и инфильтрация воспалительных клеток в легкие. Основным механизм вызывающий воспалительный процесс это, как и в случае с другими металлами, является окислительный стресс и увеличение воспалительных цитокинов (интерликина-1β IL1β , интерликина-6 IL-6 и фактора некроза опухолей TNF-α.) [7, 12, 18]. Данные о корреляции уровня серебра в биологических субстратах человека с болезнями дыхательной системы отсутствуют.

Помимо профессионального фактора, влияющего на формирование патологии легких у пожарных, существует еще и фактор курения. Нами показано достоверное повышение уровня серебра и алюминия в группе курящих. На сегодняшний день имеются данные, что в состав табачных изделий входят соли алюминия [7].

Наше исследование подтверждают патологическое воздействие алюминия. Ранее было показано, что соединения алюминий оказывают патологическое воздействие на многие системы организма. При вдыхании табачного дыма ионы алюминия оседают на слизистой оболочки органов дыхания. Одним из механизмов является воздействие на активацию свободнорадикального окисления липидов и ингибирование процесса восстановления окисленного глутатиона, что усиливает воспалительный процесс. В единичных исследованиях описано влияние соединений алюминия на развития фиброзного процесса в легких [10].

Заключение.

Таким образом, в проведенном исследовании выявлено повышение токсичных элементов и их взаимосвязи с ранними поражениями легких пожарных. Накопление серебра в организме хорошо соотносится с литературными данными на лабораторных моделях, в которых описано влияние серебра на воспалительные процессы в тканях легких, что приводит к бронхиальной обструкции. Алюминий и кадмий так же влияют на развитие воспалительного процесса и ведут к образованию фиброза легочной ткани.

Для предотвращения развития патологических процессов необходимо рекомендовать восполнение уровня жизненно-необходимых элементов, таких как цинк, селен, кальций, являющихся антагонистами кадмия, алюминия и серебра.

×

About the authors

Maria Vlasenko

ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России

Author for correspondence.
Email: vlasenkomaria@gmail.com
Russian Federation

Maksim V Sannikov

Email: smakv@mail.ru

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 78166 от 20.03.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies