BIOELEMENTAL MARKERS OF THE ANTIOXIDANT STATUS IN DRIVERS AND WORKERS OF PETROL-FILLING STATIONS IN THE NORTHERN REGION

Full Text

Обеспечение качества жизни человека в сложных условиях проживания на Севере имеет высокую социальную и практическую значимость, что нашло своё отражение в законе о качестве жизни населения Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) - Югры. Северные регионы, вносящие существенный вклад в топливно-энергетический комплекс России, отличаются экстремальностью окружающей среды, связанной с суровыми погодными условиями и высоким загрязнением урбанизированной среды обитания продуктами нефтегазодобычи, нефтехимических и энергетических производств, транспортом [4, 16, 22]. Среди факторов внешней среды, формирующих риск здоровью населения, значительную часть составляют химические загрязнители, в частности соединения тяжелых металлов. Многие тяжелые металлы проявляют высокую токсичность в следовых количествах, обладают высокой миграционной способностью и склонностью к биоаккумуляции, что делает опасным для человека их присутствие в объектах среды обитания даже в низких концентрациях. Особенно актуальна эта проблема для промышленно развитых регионов страны, характеризующихся сочетанием техногенного и природно-обусловленного воздействия тяжелых металлов на население. К таким регионам относится ХМАО: первое место в России по промышленному производству (добыча нефти) и второе место по производству электроэнергии имеют обо 9 Экология труда Экология человека 2016.06 ротную сторону - мощное техногенное воздействие на природную среду и снижение её качества [14]. Вместе с тем источниками техногенного загрязнения атмосферы являются не только промышленные предприятия нефтегазодобывающей промышленности, но и автомобильный транспорт. Известно, что количество автомобилей на дорогах городов и промышленных регионов, особенно таких благополучных в материальном плане, как ХМАО, растет очень быстро, порождая рост объема вредных выбросов. В этой связи антропогенные нагрузки на профессиональных водителей и работников, непосредственно связанных ежедневно с автотранспортом (работники автозаправочных станций - АЗС), сопряжены с несовершенством и нарушениями технологических процессов, что существенно отражается на функционировании антиоксидантной системы защиты организма. В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов окружающей среды на организм человека, является «окислительный стресс», представляющий состояние, характеризующееся активацией процессов свободнорадикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов. В ряде работ отечественных авторов было показано влияние химических факторов среды на процессы свободнорадикального окисления [10, 11, 19]. Вместе с тем ряд вопросов, касающихся роли «окислительного стресса» в развитии экопатологий, остаются открытыми. Так, в частности, недостаточно разработаны подходы к оценке микроэлементных маркеров выраженности «окислительного стресса». Существующие методы, основанные лишь на оценке показателей перекисного окисления липидов, не всегда адекватны, так как отражают достаточно лабильные параметры свободнорадикального окисления. Малоизученными остаются вопросы о зависимости между содержанием в биосредах человека веществ, обладающих прооксидантным действием, и состоянием антиоксидантных систем организма и др. С учетом вышеизложенного цель настоящего исследования заключалась в разработке подходов к оценке выраженности «окислительного стресса» и изучении роли химических элементов в его развитии. Методы Изучен элементный состав волос 123 жителей г. Белоярский и г. Ханты-Мансийск, более 5 лет проживающих на территории ХМАО. Из них 45 водителей и работников автозаправочных станций (АЗС) (средний возраст (40,8 ± 14,2) года, 20 (44,4 %) мужчин и 25 (55,6 %) женщин) составили первую группу и 78 служащих (средний возраст (38,7 ± 15,8) года, 29 (37,2 %) мужчин и 49 (62,8 %) женщин) - вторую группу. В соответствии со ст. 30 - 34, 61 Основ законодательства РФ об охране здоровья граждан от 22.07.1993 г. № 5487-1, ст. 18, 20-22, 28, 41 Конституции Российской Федерации обследуемые пациенты давали информированное добровольное согласие на выполнение диагностических исследований, а в соответствии с требованиями ст. 9 Федерального закона от 27.07.2006 «О персональных данных» № 152-ФЗ - на обработку персональных данных. В волосах обследованных лиц было определено содержания кальция (Ca), кадмия (Cd), меди (Cu), железа (Fe), свинца (Pb), селена (Se) и цинка (Zn) в составе 25 химических элементов методами атомноэмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП, МС-ИСП) [8] в Центре биотической медицины (г. Москва). Средние значения концентраций изученных элементов сравнивали с референтными величинами (биологически допустимыми уровнями - БДУ) [20]. Установлено, что выход за пределы БДУ следует рассматривать как показатель срыва адаптационноприспособительных механизмов и риска повышенной заболеваемости [5]. Вычисляли среднюю величину вариационного ряда (M), среднеквадратичное отклонение (с), в качестве мер рассеивания параметров с ненормальным распределением и наличием ряда экстремальных значений использовали 25 и 75 перцентили. Достоверность различий изучаемых параметров анализировали с применением критерия Манна - Уитни для непараметрических величин: за значимые принимали различия при р < 0,05. Полученный цифровой материал обрабатывали с использованием программы MS Ехсеї и STATISTICA 8.0. Результаты В табл. 1 представлено содержание химических элементов в волосах у жителей ХМАО - Югры, которые в процессе трудовой деятельности постоянно контактируют с выхлопными газами автомобилей или парами бензина, а также у служащих, для которых эти вредные факторы отсутствуют. Средние величины исследуемых химических элементов находились в диапазоне физиологически адекватных величинам для лиц соответствующего возраста [20]. Однако были выявлены существенные межгрупповые и индивидуальные различия. Так, установлены статистически значимо меньшие показатели концентрации Ca (p = 0,019), являющегося универсальным антагонистом тяжелых металлов и токсичных химических элементов, а также микроэлементов, обладающих антиоксидантной активностью: Cu (p = 0,010), Se (p < 0,001) и Zn (p = 0,040) на фоне значимо большей концентрации токсичных химических элементов: Cd, Pb (p < 0,001) и Fe (p = 0,046), обладающего прооксидантными свойствами [13, 17]. Распределение обследованных жителей, постоянно проживающих и работающих в условиях северного региона, по степени обеспеченности жизненно важными биоэлементами и концентрации токсичных химических элементов в волосах представлено в табл. 2. 10 Экология человека 2016.06 Экология труда Таблица 1 Элементный состав волос жителей Ханты-Мансийского автономного округа, мкг/г Элемент Водители и работники АЗС (n=45) Служащие (n=78) р M + G 25«75 M + G 25«75 Ca 584,5±59,0 273«845 936,7 + 107 459^ 1121 0,019 Cd 0,06+0,004 0,02^0,096 0,034+0,004 0,01«0,05 <0,001 Cu 11,03+0,56 8,5^ 11,5 13,6+0,67 10,6« 13,9 0,010 Fe 23,9+2,3 12,8«23,7 17,3+2,1 12,9«21,8 0,046 Pb 1,23+0,08 0,32«2,1 0,52+0,05 0,31«0,63 <0,001 Se 0,12+0,007 0,09«0,48 0,45+0,03 0,26«0,54 <0,001 Zn 184,1+5,1 120«211 205,6+7,3 168«216 0,040 Таблица 2 Сравнительная характеристика распределения обследованных лиц в зависимости от характера количественных изменений кальция, кадмия, меди, железа, свинца, селена и цинка, абс/% Элемент Ниже нормальных показаний Выше нормальных показаний Водители и работники АЗС (n =45) Служащие (n=78) Водители и работники АЗС (n =45) Служащие (n=78) Ca 13/28,9 9/11,5 3/6,7 7/9,0 Cd - - 8/17,8 3/3,8 Cu 8/17,8 8/10,3 - 15/19,2 Fe - 6/7,7 24/53,3 13/16,7 Pb - - 5/11,1 - Se 42/93,3 50/64,1 - - Zn 8/17,8 9/11,5 4/8,9 20/25,6 Более чем у третьей части водителей и работников АЗС выявлены отклонения в содержании Ca. Важно подчеркнуть, что избыток Са характеризует, как правило, его усиленное выведение из организма и является, по сути, состоянием преддефицита [20]. Нарушение в обеспеченности Са в группе служащих встречалось в 1,7 раза реже. На этом фоне вполне закономерно выглядит превышение физиологически адекватной концентрации специфического антагониста Са - токсичного химического элемента Pb, зарегистрированного только у 5 (11,1 %) водителей и работников АЗС. Концентрации микроэлемента-антиоксиданта Zn ниже физиологически нормальных показателей также значительно чаще встречались в первой группе, чем во второй. Установлено, что прямым антагонистом Zn является токсичный химический элемент Cd, повышенное накопление которого в организме человека, помимо других причин, обусловлено курением. Известно, что Cd в большом количестве накапливается в листьях табака, что определяет его высокое содержание в табачном дыме и содействует повышению содержания элемента в среде обитания человека [6, 13]. В проведенном исследовании курили 18 (40 %) водителей и работников АЗС (15-20 сигарет в день) и только 13 (16,7 %) служащих. Содержание микроэлемента-антиоксиданта Cu также почти в 1,7 раза чаще наблюдалось в группе водителей и работников АЗС по сравнению с группой служащих. В то же время прямо противоположная картина наблюдается в отношении жизненно важного химического элемента Fe, избыточная концентрация которого наблюдалась более чем у половины представителей первой группы: в 3 раза чаще, чем у лиц второй группы. Привлекает внимание тотальный дефицит главного микроэлемента, обладающего антиоксидантной активностью, - Se в волосах, характеризующий практически всех водителей и работников АЗС - 42 (93,3 %) и подавляющее большинство служащих - 50 (64,1 %). Установлено, что сами по себе даже высокие концентрации токсичных веществ, обнаруженные в биосубстратах человека, ещё не говорят о состоянии его здоровья, они лишь подтверждают возможность появления дизадаптивных и патологических процессов, связанных с негативным действием окружающей среды [18]. Уровень накопления экотоксикантов в организме зависит от биохимической индивидуальности. Исследуя пропорции токсичных металлов по отношению к их эссенциальным микроэлементам-антагонистам, можно определить, в какой степени токсичные металлы приводят к нарушению биохимических процессов, контролируемых соответствующими эссенциальными микроэлементами [20, 23]. Соотношение между эссенциальными и токсичными элементами считается нормальным, если его значение превышает установленную границу (например, Zn/ Cd - 500; Са/Pb - 100) Снижение их по отношению к указанной величине характеризует чрезмерное влияние токсичного элемента на метаболизм эс-сенциальных химических элементов, находящихся в антагонизме с конкретным токсичным элементом [23]. Сравнивая процентное соотношение лиц с повышенной концентрацией токсичных химических элементов в волосах, можно отметить явное преобладание среди них обследованных лиц из группы водителей и работников АЗС над служащими (табл. 3). Известно, что значение коэффициента Fe/Cu > 0,9 может указывать на увеличение количества свободных радикалов в организме обследуемого [23]. В проведённом исследовании превышение данного коэффициента зарегистрировано у значительной части водителей и работников АЗС - 39 (86,7 %) и более чем в 2 раза реже у служащих - 31 (39,7 %). 11 Экология труда Экология человека 2016.06 Таблица 3 Сравнительная характеристика интоксикации свинцом и кадмием и отклонения от нормы микроэлементного показателя, характеризующего состояние антиоксидантной системы защиты трудящихся Ханты-Мансийского автономного округа, абс/% Показатель Жители Ханты-Мансийского автономного округа (n = 123) Водители и работники АЗС (n=45) Служащие (n=78) Ca/Pbi 5/14,3 1/1,7 Zn/Cd| 4/11,4 3/5,1 Fe/Cuî 30/85,7 23/39,7 Обсуждение результатов Неблагоприятное воздействие климатотехногенного прессинга на организм человека в условиях Севера является значительным фактором ухудшения условий жизнедеятельности, повышения заболеваемости и смертности [7, 9, 21]. Человеческая деятельность, истощая природные ресурсы, настолько нарушила состояние окружающей среды, что невозможно сегодня рассматривать вопросы сохранения здоровья человека без учёта особенностей влияния экологических и климатогеографических условий проживания. Ухудшение состояния окружающей среды представляет даже более значительную угрозу для будущего, чем военная агрессия или ограниченность ресурсов биосферы. Некоторые исследователи считают, что в ближайшие 20-30 лет (при сохранении существующих тенденций развития индустрии) здоровье населения России на 50-70 % будет зависеть от качества среды обитания (при нынешнем соотношении 20-40 %) [16]. В этой связи охрана здоровья населения урбанизированного Севера приобретает приоритетное значение [10, 12, 14]. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, 80 % заболеваний в настоящее время так или иначе связаны с экологическим неблагополучием среды обитания [1]. В первую очередь это касается населения промышленных центров, где приоритетное место занимает химическое загрязнение окружающей среды. В этой связи мониторинг состояния здоровья жителей промышленного города, особенно лиц, в силу своей профессиональной деятельности подвергающихся дополнительной техногенной нагрузке, является одной из приоритетных задач прикладной экологии. Сегодня антропогенное загрязнение среды обитания на Севере по своим темпам начинает превышать естественную эволюцию человека и, сопровождаясь ухудшением основных показателей здоровья населения, становится лимитирующим фактором социально-экономического развития общества, приводит к появлению новых факторов дизадаптации [7]. Известно, что волосы как никакой другой биологический субстрат отражают процессы, годами протекающие в организме человека, и поэтому могут служить средством диагностики ряда заболеваний, связанных с нарушениями элементного обмена [17]. Обследованные лица являются жителями одного региона, но статистически значимое превышение концен трации в волосах токсичных химических элементов - Pb и Cd, а также тяжелого, обладающего прооксидантной активностью металла Fe свидетельствует о дополнительной техногенной нагрузке на организм представителей первой группы - водителей и работников АЗС. Это подтверждается и более часто встречающимися в данной группе обследуемых лиц низкими показателями соотношения эссенциальных химических элементов к токсичным химическим элементам: Ca/Pb в 6,2, а Zn/ Cd - в 2,6 раза чаще наблюдались в группе лиц, непосредственно связанных с автотранспортом. Помимо прямого техногенного воздействия на организм человека большое значение имеют и климатогеографические особенности региона проживания. В этой связи привлекает внимание распространенный дефицит биоэлемента Са (1 гр. - 28,9 %, 2 гр. - 11,5 %), не характерный для взрослых людей, а также выраженный избыток Fe (1 гр. - 53,3 %, 2 гр. - 16,7 %) в волосах обследованных жителей ХМАО - Югры. Общеизвестно, что геохимическая среда и живое вещество - это взаимозависимые компоненты биосферы. В биогеохимическом круговороте между содержанием химических элементов во внешней (геохимической) и внутренней среде живых организмов складываются сложные причинно-следственные связи. Человек является одним из звеньев природных биогеохимических цепей. Основная миграция и перераспределение химических элементов в биосфере происходит благодаря их переносу водной средой. Питьевая вода является незаменимым источником эссенциальных микроэлементов, присутствующих в ней в виде двухвалентных ионов, биологически доступных и легко всасываемых. Это справедливо прежде всего в отношении Са, Mg, Fe и других химических элементов. Вода и соотношение в ней растворенных макро- и микроэлементов выступает в качестве первичного звена, определяющего адекватность адаптации живых организмов к факторам геохимической среды. Химический состав природных вод является уникальным для конкретной местности, а минеральный состав питьевой воды может быть определяющим фактором элементного состава организма [16, 17]. Исследованиями установлено, что природные воды ХМАО мало минерализованы: содержат низкие концентрации Са и Mg и характеризуются высокой концентрацией Fe [11, 15]. Среди природных антиоксидантов особый интерес представляет Se, входящий в состав ключевых ферментов антиоксидантного действия. Недостаточное поступление Se по пищевой цепи в организм человека снижает иммунитет, продолжительность жизни, потенцирует развитие йододефицитного состояния [13]. В этой связи привлекает внимание широко распространенный в обеих группах обследованных лиц северного региона дефицит Se, однако статистически значимо более выраженный в группе водителей и работников АЗС. В результате проведенного в 2004-2008 годах широкомасштабного исследования элементного состава биосубстратов человека (кровь, волосы), почвы, укоса 12 Экология человека 2016.06 Экология труда трав, местных и привозных продуктов питания, а также питьевой воды (водопроводная, подземная, озера и реки) было установлено, что ХМАО является регионом умеренного дефицита Se в пищевых цепях [3, 10, 11]. Вместе с тем только этим фактом невозможно объяснить столь широкое распространение недостаточности Se различной степени выраженности у обследованных нами лиц, причем в группе водителей и работников АЗС средние концентрации данного микроэлемента оказались ниже референтных величин [20] пoчти в 6 раз, а в группе служащих - только в 1,5 раза. Это свидетельствует о наличии дополнительного фактора, оказывающего существенное влияние на селеновый статус трудящихся обследуемого региона. В ХМАО к возможному антропогенному воздействию следует отнести добычу и переработку нефти - основных отраслей промышленности региона. Принимая во внимание известные литературные данные о том, что работники нефтеперерабатывающих предприятий имеют пониженный уровень Se [2], следует предположить, что именно постоянный контакт с продуктами нефтепереработки оказывается неблагоприятным фактором в отношении обеспеченности водителей и работников АЗС селеном. Ранжирование количественных показателей, характеризующих функционирование системы анти-оксидантной защиты, крайне важно в установлении причинно-следственных связей действующего агента и реакции организма. Кроме того, это необходимо также для разработки рекомендаций по профилактике формирования специфических процессов, обусловленных активацией перекисного окисления, что помимо развития синдрома пероксидации способствует возникновению экопатологии, осложнению течения общих и профессиональных заболеваний у контингентов, входящих в группу риска. Выводы: 1. В группе водителей и работников АЗС выявлены статистически значимо более низкие величины концентрации универсального антагониста токсичных химических элементов (Ca - p = 0,019) и микроэлементов-антиоксидантов (Se - p < 0,001, Cu - p = 0,010, Zn - p = 0,040) по сравнению с группой служащих. 2. Установлено более высокое содержание в волосах токсичных химических элементов (Cd, Pb - p < 0,001) в группе водителей и работников АЗС по сравнению с группой служащих. Показатели интоксикации свинцом (Ca/Pb - 100) в 6,2 и кадмием (Zn/Cd - 500) в 2,6 раза чаще наблюдались в группе лиц, непосредственно связанных с автотранспортом. 3. У обследованных водителей и работников АЗС в 2,2 раза чаще встречались отклонения от физиологической нормы элементного показателя (Fe/Cu > 0,9), характеризующего состояние антиоксидантной системы защиты организма.

About the authors

V I Korchin

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Y S Makayeva

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

T Y Korchina

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: t.korchina@mail.ru

I V Lapenko

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

V N Grebenyuk

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

References

Supplementary files