ASSESSMENT OF BIOLOGICAL EFFECT OF DUST OF NON-FERROUS METALS PROCESSING PRODUCTION

Full Text

В структуре атмосферных выбросов предприятия по обработке цветных металлов преобладает пыль, образующаяся в процессе пирометаллургической переработки вторичного сырья. По данным эколого-гигиенических исследований [5], среднегодовые концентрации взвешенных частиц в атмосферном воздухе района размещения данного производства превышают величину референтной концентрации (RfC = 0,075 мг/м3) в 1,7—3,5 раза. В задачи настоящего исследования входило изучение в условиях хронического эксперимента биологического действия атмосферной пыли производства по обработке цветных металлов как наименее изученного в отношении действия на организм загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест. Методы В эксперименте изучалась металлургическая пыль, отобранная из газоходной системы плавильного цеха предприятия по обработке цветных металлов перед выбросом в атмосферу. Вещественный состав исследуемой пыли: оксид цинка (60,7 %), оксид меди (19,7 %), оксид железа (2,5 %), диоксид кремния (1,2 %). Содержание оксидов марганца, никеля, свинца и хрома от сотых до тысячных процента. Исследуемая пыль имела следующий дисперсный состав: частицы размером до 1 мкм составляли 23,2 %, от 1 до 2 мкм — 47,6 %, от 2 до 5 мкм — 22,8 %, свыше 5 мкм — 6,4 %. Растворимость содержащихся в пыли цинка, меди, никеля, свинца в физиологическом растворе определялась в фильтрате после 10-дневной экспозиции в термостате (37 оС) методами атомно-абсорбционной спектрометрии, капиллярного электрофореза. В исследовании in vitro хемилюминесцентным методом было проведено исследование по изучению способности металлургической пыли стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов. О влиянии частиц пыли на генерацию активных форм кислорода мононуклеарными фагоцитами (МФ) судили по изменению показателя общей светосуммы (S) за 60 секунд инкубации суспензии МФ и пылевой взвеси в термостатической кювете. Эксперимент проведен на 30 беспородных белых крысах с исходной массой 170 — 200 г. Исследуемая пыль вводилась экспериментальным животным (15 крыс) интратрахеальным способом однократно из расчета 6,25 мг в 1,0 мл физиологического раствора. Животным контрольной группы (15 крыс) интратрахеально вводилось эквивалентное количество физиологического раствора. После введения исследуемого материала и в последующие дни гибель животных не наблюдалась. Через 6 месяцев животные забивались декапитацией. Экспериментальное 14 Экология человека 2013.05 Окружающая среда исследование проведено с учетом национальных и международных правил по условиям содержания и использования лабораторных животных и этических принципов медико-биологических исследований с участием животных. При оценке общетоксического действия, процессов липопероксидации и состояния антиокси-дантной системы у животных определялись: содержание в плазме крови общего белка, мочевины, билирубина, глюкозы, общих липидов, общего и свободного холестерина (ХС), ß-липопротеидов, ферментов — аспартатаминотрансферазы (AST), аланинаминотрансферазы (ALT), начальных и конечных продуктов перекисного окисления липидов, церулоплазмина. Хемилюминесцентным методом на приборе Emilite El 1105 определяли интенсивность процессов липо-пероксидации по показателям светосуммы вспышки за определенный отрезок времени (S30 сек, S60 сек) и антиоксидантную активность плазмы крови (АОА) по отношению максимального показателя фотовспышки (Imax) к светосумме (S60 СеК) [6]. Оценка функционального состояния системы гуморального иммунитета, степени активности иммунопатологических процессов включала определение в сыворотке крови иммуноглобулинов (IgA, IgM, IgG, IgE), циркулирующих иммунных комплексов — ЦИК. Статистическая обработка результатов экспериментального исследования проводилась с использованием программы SPSS for Windows, версия 18. Оценка нормальности распределения показателей в опытной и контрольной группах выполнена посредством критериев Колмогорова — Смирнова и Shapiro-Wilk. Поскольку данные критерии не выявили статистически значимых различий с нормальным распределением, изучаемые показатели представлены средней арифметической и стандартной ошибкой (M ± m). В качестве метода оценки статистической значимости различия величин в сравниваемых группах применен критерий Стьюдента для независимых совокупностей. Критическим уровнем значимости (р) проверки статистических гипотез принят уровень p < 0,05. Результаты По данным физико-химических исследований, пыль производства по обработке цветных металлов характеризуется относительно низкой (от 0,4 до 3,8 %) растворимостью содержащихся в ней химических элементов в физиологическом растворе. Как показали результаты исследования in vitro, уровень общей S через 60 секунд после начала инкубации в образце, содержащем суспензию МФ и взвесь пыли, в 2,3 раза превышает уровень общей светосуммы контрольного образца (разница статистически значима — p < 0,05). В табл. 1 приведены результаты биохимических исследований по оценке интегральных показателей общей токсичности изучаемого образца пыли. Таблица 1 Биохимические показатели плазмы крови экспериментальных животных (М ± m) Показатель Опытная группа Контрольная группа Общий белок, г/л 79,60±3,10* 68,8±2,30 Мочевина, ммоль/л 4,74±0,32* 3,64±0,28 Билирубин, мкмоль/л 34,30±1,88* 15,53±0,87 Глюкоза, г/л 3,18±0,13* 3,82±0,20 Общие липиды 3,68±0,09* 2,35±0,08 Общий ХС, ммоль/л 2,64±0,06* 1,93±0,05 Свободный ХС, ммоль/л 0,88±0,04* 0,52±0,03 ß-липопротеиды, г/л 1,42±0,11* 0,61±0,09 ÂLT мккат/л 0,27±0,03* 0,18±0,01 АБТ, мккат/л 0,44±0,04* 0,24±0,03 АБТ/ЛЬТ 1,63±0,08* 1,33±0,05 Примечание. * — различия с контролем статистически значимы (p < 0,05). Как видно из данной таблицы, у животных, затравленных пылью производства по обработке цветных металлов, по сравнению с животными контрольной группы отмечается статистически значимое (p < 0,05) увеличение содержания в плазме крови общего белка, мочевины, билирубина, общих липидов, β-липопротеидов, общего и свободного ХС, ферментов AST и ALT, значения коэффициента Ритиса (АБТ/ АLТ), снижение уровня глюкозы. Из приведенных в табл. 2 данных по характеристике процессов липопероксидации видно, что у животных опытной группы по сравнению с контролем отмечается статистически значимое увеличение таких показателей хемилюминесценции плазмы крови, как S30 , S60 (p < 0,05). 30 сек 60 сек Таблица 2 Характеристика процессов липопероксидации и антиоксидантной активности (M ± m) Показатель Опытная группа Контрольная группа (S , имп.) ' 30 сек’ ' 1142,8±42,4* 698,2±30,5 (S , имп.) ' 60 сек’ ' 2386,2±52,4* 1118,6±44,8 Диеновые конъюгаты, усл. ед. 0,190±0,01* 0,102±0,005 Малоновый диальдегид, мкмоль/л 2,78±0,14* 0,72±0,28 АОА (I /Sm ) ' max Ь0 сек-' 0,039±0,003* 0,094±0,005 Церулоплазмин, г/л 132,4±10,2* 104,4±9,52 Витамин Е, мг/л 3,84±0,29* 7,52±0,51 Примечание. * — различия с контролем статистически значимы (p < 0,05). В плазме крови животных опытной группы по сравнению с животными контрольной наблюдается статистически значимое (p < 0,05) увеличение уровня диеновых конъюгат ненасыщенных жирных кислот, малонового диальдегида. При оценке антиоксидантной активности у живот 15 Окружающая среда Экология человека 2013.05 ных опытной группы по сравнению с контролем отмечается статистически значимое (p < 0,05) снижение показателя АОА (Imax / 360сек), уровня содержания в плазме крови витамина E и церулоплазмина. Как видно из приведенных в табл. 3 данных иммунологических исследований, у животных опытной группы по сравнению с контролем отмечается статистически значимое (p < 0,05) снижение в плазме крови уровней IgA, IgM и увеличение уровней IgG, IgE, ЦИК. Таблица 3 Показатели гуморального иммунитета у экспериментальных животных (M ± m) Группа животных IgA, г/л IgM, г/л IgG, г/л IgE, г/л ЦИК, ед. Опытная 0,168 ± 0,006* 0,197 ± 0,007* 1,827 ± 0,02* 0,162 ± 0,035* 17,25 ± 1,18* Контроль ная 0,218 ± 0,003 0,282 ± 0,01 1,375 ± 0,08 0,075 ± 0,001 5,83 ± 0,14 Примечание. * — различия с контролем статистически значимы (p < 0,05). Обсуждение результатов Согласно современным представлениям, общим в механизме токсического действия тяжелых металлов является их способность влиять на белковый, жировой и углеводный обмен, окислительновосстановительные процессы, вызывать повреждения ДНК, оксидативный стресс, индикатором которого являются повышенный уровень диеновых конъюгат и малонового диальдегида. Следует отметить, что тяжелые металлы обладают исключительно высокой способностью к кумуляции [1, 7, 8]. Результаты биохимических исследований по оценке интегральных показателей общей токсичности пыли производства по обработке цветных металлов свидетельствуют об ее выраженном резорбтивно-токсическом действии, которое проявляется в виде нарушения со стороны белкового, жирового и углеводного обмена. Несмотря на низкую растворимость содержащихся в исследуемой пыли тяжелых металлов, постоянное их поступление в организм подопытных животных при длительной экспозиции способствует проявлению токсического эффекта. Современные представления о молекулярных и клеточных механизмах патогенного действия пылевых частиц связаны с пагубным воздействием на фагоцитирующие их мононуклеарные и полиморфно-нуклеарные лейкоциты благодаря способности стимулировать избыточное длительное образование активных форм кислорода [2, 3]. По данным исследования in vitro, пыль производства по обработке цветных металлов способна стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов, обладающих высокой химической активностью. Свободные радикалы, реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, инициируют цепную реакцию их пероксидации. Одним из биофизических эффектов липопероксидации является появление хемилюминес-ценции при рекомбинации пероксидных радикалов с образованием неустойчивого тетроксида, распад которого сопровождается выделением кванта света [4]. В нашем эксперименте об интенсификации процессов липопероксидации при воздействии исследуемого образца пыли свидетельсвует статистически значимый повышенный уровень такого показателя хемилюми-несценции плазмы крови, как общая светосумма. Активизация процессов липопероксидации подтверждается также статистически значимым увеличением уровней содержания в плазме крови животных опытной группы начальных и конечных продуктов перекисного окисления липидов — диеновых конъюгат ненасыщенных жирных кислот, малонового диальдегида. Статистически значимое снижение в плазме крови животных опытной группы показателя АОА (Imax / 360сек) и уровня содержания одного из основных антиоксидантов — медьсодержащего белка церулоплазмина свидетельствует о значительном ослаблении активности системы антиоксидантной защиты при хроническом воздействии исследуемой пыли. О дестабилизации системы антиоксидантной защиты свидетельствует также статистически значимое снижение в плазме крови животных опытной группы уровня содержания витамина Е. По данным иммунологических исследований, металлургическая пыль при хроническом воздействии вызывает сенсибилизацию организма подопытных животных, сопровождающуюся иммуносупрессией и развитием иммунопатологических процессов. Таким образом, биологическое действие пыли, входящей в состав атмосферных выбросов предприятия по обработке цветных металлов, при хроническом воздействии в малых дозах наряду с резорбтивно-токсическим эффектом характеризуется активизацией процессов свободнорадикального окисления, дестабилизацией системы антиоксидантной защиты и формированием иммунопатологически

About the authors

B A Petrov

Kirov State Medical Academy

Email: bapetrov@mail.ru
Kirov, Russia

E N Onuchina

Kirov State Medical Academy

Kirov, Russia

S B Petrov

Kirov State Medical Academy

Kirov, Russia

P I Tsapoc

Kirov State Medical Academy

Kirov, Russia

References

Supplementary files