THE IMPACT OF THE REMEDIATED WASTES OF MINING PROCESSING PLANT ON CYTOGENETIC INDICES IN HEALTHY CHILDREN

Full Text

Вопросы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) и последствий этого загрязнения остаются актуальными уже на протяжении длительного времени. Как известно, ТМ обладают как прямым мутагенным и канцерогенным действием [14, 17, 21], так и опосредованным, вызывая оксидативный стресс [18, 19, 22]. Еще более интересными являются появившиеся не так давно исследования, показывающие опосредованное влияние (через оксидативный стресс) ТМ не только на возникновение и развитие онкологических заболеваний, но и на целый ряд других широко распространенных заболеваний человека, таких как сердечно-сосудистые и нейродегенеративные, диабет, атеросклероз [7, 20]. В связи с этим особый интерес вызывают последствия длительного влияния низких доз ТМ, с которыми достаточно часто сталкивается 3 Окружающая среда Экология человека 2017.12 население, проживающее в районах расположения соответствующих промышленных предприятий [1, 3, 9]. Целью данной работы была оценка загрязнения природных объектов (в том числе и продуктов питания) тяжелыми металлами в окрестностях рекультивированного хвостохранилища горно-обогатительного комбината и изучение возможного генетического влияния этого загрязнения на детей. Методы Было проведено сравнительное обследование детей, проживающих в пос. Былым (загрязненная зона) и пос. Верхний Баксан (чистая зона) Эльбрусского района Кабардино-Балкарской Республики. Поселок Былым расположен на расстоянии 1,5-2 км от рекультивированного хвостохранилища горно-обогатительного комбината. Комбинат более 60 лет занимался разработкой вольфрамово-молибденового месторождения открытым и шахтным способом и обогащением добытой руды, а к 2002 году полностью прекратил свою работу. Отходы обогатительной фабрики этого комбината складировались в хвостохранилище, на котором по мере высыхания пульпы проводились рекультивационные мероприятия, завершенные к 2010 году. В качестве зоны сравнения был выбран пос. Верхний Баксан (В. Баксан), расположенный в 30 км вверх по ущелью. С целью сравнительного изучения содержания ТМ в окружающей среде были отобраны пробы питьевой воды, почв с приусадебных участков в обоих поселках, картофеля, выращиваемого на этих участках, и молока, производимого в подсобных хозяйствах обследуемых детей. В сентябре 2014 года были обследованы дети младшего школьного возраста, родившиеся в указанных населенных пунктах, по 26 человек в каждом. Средний возраст составил (8,85 ± 0,23) года в пос. Былым и (8,77 ± 0,29) года в пос. В. Баксан, то есть все дети родились после закрытия комбината. В обоих поселках в выборках было по 13 мальчиков и 13 девочек. Перед проведением обследования было получено информированное согласие родителей, которые заполняли анкету на каждого ребенка. Судя по анкетам, все дети на момент исследования были здоровы, не проходили рентгеновского обследования в течение предыдущего года, не болели и не принимали лекарств в течение предыдущих двух месяцев. Для выявления возможного накопления ТМ в организме детей у них были взяты для анализа волосы в количестве 0,2-4 г. Минерализацию всех биологических проб после предварительной подготовки проводили смесью концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода с использованием СВЧ-установки для минерализации проб. Содержание ТМ в минерализате определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) с электротермической атомизацией. В почвах определяли валовое содержание ТМ с использованием рентгенофлуоресцентного анализа. Для оценки цитогенетического статуса детей использовали неинвазивный полиорганный кариологиче-ский тест [2, 10, 11]. Этот метод позволяет оценивать кроме микроядер также показатели пролиферации и апоптоза эксфолиативных клеток. Для приготовления препаратов деревянным шпателем брали соскоб слизистой правой и левой щеки в районе коренных зубов и наносили на сухие стекла методом отпечатков. Полученные препараты высушивали на воздухе и фиксировали в спирт-уксусной (3:1) смеси. Окрашивали 2,5 % раствором ацетоорсеина (orcein Merk) в течение 1 часа при 37 °С. Цитоплазму докрашивали 1 % спиртовым раствором светлого зеленого (light green, ICN Biomedicals Inc.) в течение 1 мин. Зашифрованные препараты анализировали с помощью светового микроскопа при увеличении 1 000. Статистическую обработку результатов по цитогенетическим показателям проводили с использованием критерия Стьюдента для парных наблюдений. Результаты Так как валовое содержание ТМ в почвах определяли с помощью рентгенофлуоресцентного анализа, эти данные включены в отдельную табл. 1. Поскольку предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены не для всех изучаемых ТМ, в таблицах они приводятся частично. Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в почвах, г/кг Населенный пункт Mo Cu Pb Mn Zn Cr Былым < ПО 0,62 0,18 3,61 1,06 0,26 В. Баксан < ПО 0,48 0,21 3,94 1,12 0,11 ПДК,„ 0,55 0,03 1,5 0,1 Примечание. ПО - предел определения. Почвы с огородов в изучаемых поселках почти не отличались по содержанию ТМ. Обращает на себя внимание высокое содержание марганца, цинка и меди в этих почвах, что характерно для данного региона [4]. Результаты, полученные с использованием метода ААС по загрязнению остальных объектов окружающей среды тяжелыми металлами, приведены в табл. 2. Концентрации всех изученных металлов в питьевой воде обоих поселков на порядки ниже ПДК для питьевой воды. Однако в пос. Былым, расположенном рядом с хвостохранилищем, содержание молибдена в воде в 6,8 раза выше, чем в воде контрольного пос. В. Баксан. Также повышено содержание марганца и цинка. Концентрации остальных металлов более или менее сравнимы. Приоритетным металлом-загрязнителем в данном регионе является молибден, но его содержание в пастбищных растениях в обоих пунктах практически одинаковое. Содержание почти всех остальных металлов (кроме свинца и серебра) в растениях из пос. Былым выше, чем в растениях из контрольного пос. В. Баксан. 4 Экология человека 2017.12 Окружающая среда Содержание тяжелых металлов в объектах окружающей среды Таблица 2 Населенный Mo Cu Pb Cd Ag Mn Ni Zn Cr пункт Питьевая вода, мкг/л (СКО) Былым 2,10 1,53 0,41 0,04 0,83 3,92 0,85 9,12 0,51 (0,42) (0,13) (0,08) (0,001) (0,13) (0,53) (0,03) (1,10) (0,001) В. Баксан 0,31 2,14 0,75 0,07 0,77 0,86 0,80 1,94 0,35 (0,15) (0,30) (0,06) (0,007) (0,18) (0,02) (0,14) (0,44) (0,05) ПДК 250 1000 30 1 50 100 100 5000 500 Пастбищные растения, мкг/г сухого веса (СКО) Былым 2,27 8,83 0,065 0,040 0,050 27,88 1,94 42,75 0,91 (0,23) (0,20) (0,005) (0,002) (0,005) (3,07) (0,10) (1,71) (0,03) В. Баксан 2,33 6,68 0,08 0,022 0,082 26,14 1,08 29,15 0,66 (0,20) (0,20) (0, 13) (0,005) (0,018) (0,78) (0,021) (1,17) (0,03) ПДК* 10,0 0,5 0,1 Картофель, мкг/г сырого веса (СКО) Былым 0,18 (0,018) 0,88 (0,026) < ПО 0,004 (0,0006) 0,013 (0,001) 0,52 (0,12) 0,057 (0,000) 1,94 (0,19) 0,038 (0,00) В. Баксан 0,073 0,58 < ПО 0,006 0,014 1,18 0,053 2,33 0,030 (0,00) (0,029) (0,0003) (0,001) (0,20) (0,000) (0,40) (0,00) ПДК 5,0 1,0 0,1 0,5 10,0 0,2 Молоко, мкг/л (СКО) Былым 0,024 (0,002) 0,082 (0,004) < ПО 0,0005 (0,00) 0,011 (0,001) 0,011 (0,00) 0,028 (0,01) 4,60 (0,23) 0,024 (0,002) В. Баксан 0,045 0,071 < ПО < ПО 0,011 0,036 0,048 4,56 0,043 (0,003) (0,005) (0,001) (0,002) (0,004) (0,23) (0,00) ПДК 10,0 0,1 0,03 0,1 5,0 0,1 Примечания* - приведены ПДК для зерновых культур; СКО - среднее квадратическое отклонение. Содержание молибдена в картофеле из пос. Былым в 2,5 раза выше, чем в картофеле из контрольного поселка, также более высокими концентрациями отличается медь. Марганца, наоборот, больше в картофеле из контрольного поселка. По всем остальным элементам значимых различий не выявлено. Несмотря на то, что в пастбищной траве обоих поселков уровень молибдена был практически одинаковым, его содержание в молоке в контрольном пос. В. Баксан оказалось выше. Однако следует отметить, что эти концентрации, как и концентрации других металлов за исключением цинка, очень низкие. Для всех элементов они на порядки ниже, чем ПДК, и только для цинка они сравнимы с ПДК. В табл. 3 приведены данные по содержанию ТМ в волосах обследуемых детей и имеющиеся в литературе данные по интервалам допустимых концентраций ТМ [9]. Поскольку нам не удалось найти данных по среднему содержанию серебра в волосах, в табл. 3 они отсутствуют. Для оценки содержания ТМ в организме мы выбрали именно этот показатель потому, что в волосах происходит концентрирование микроэлементов. Микроэлементный состав крови первым реагирует на повышение ТМ в окружающей среде, но может не отражать истинного уровня содержания ТМ в организме [8, 9], особенно в случае длительного воздействия низких доз. Приоритетным загрязнителем в изучаемом районе является молибден, но у детей, проживающих в обо- Таблица 3 Среднее содержание тяжелых металлов в волосах детей, мкг/г (СКО) Элемент Пос. Былым Пос. В. Баксан (чистая зона) Допустимый уровень Нижний Верхний Mo 0,087 (0,014) 0,088 (0,014) 0,02 0,15 Cu 12,25 (0,63) 10,99 (0,45) 11 17 Pb 0,59 (0,06) 0,86 (0,18) 0 3 Cd 0,104 (0,012) 0,164 (0,011) 0 0,25 Ag 1,166 (0,102) 1,304 (0,103) Mn 0,862 (0,05) 0,732 (0,04) 0,25 1,8 Ni 0,708 (0,076) 0,934 (0,06) 0 2 Zn 186,496 (7,53) 149,610 (7,82) 180 230 Cr 0,415 (0,025) 0,372 (0,024) 0,15 1 их поселках, его содержание оказалось практически одинаковым. В волосах детей в загрязненном пос. Былым обнаружены более высокие концентрации меди, марганца, цинка и хрома по сравнению с чистой зоной, но эти различия статистически не значимы в связи с высокой индивидуальной вариабельностью. В настоящее время широко используется методика оценки генотоксического влияния загрязнения окружающей среды с использованием микроядер-ного теста на эксфолиативных клетках буккального эпителия [11, 15, 16]. Поэтому для определения возможного генотоксического влияния захороненных 5 Окружающая среда Экология человека 2017.12 отходов комбината нами и был применен этот тест, результаты которого приведены в табл. 4. В понятие цитогенетических нарушений входит доля клеток с микроядрами и протрузиями, и действующий фактор считается цитогенетически активным, если вызывает статистически значимое повышение этого показателя [10], что и было обнаружено в нашем исследовании. В понятие пролиферации входят двуядерные клетки и клетки со сдвоенными ядрами. Появление таких клеток указывает на наличие токсического действия исследуемого фактора. Эти клетки образуются в процессе клеточной пролиферации, которая направлена на замещение погибших клеток и клеток с повреждениями [10]. В нашем исследовании у детей, проживающих в загрязненной зоне, показатель пролиферации повышен в 1,5 раза. У этих детей также в 2 раза выше показатели ранней деструкции ядра, а показатели апоптоза увеличены на 20 %. В загрязненной зоне только у 2 (7,7 %) детей не было найдено клеток с цитогенетическими нарушениями, в то время как в чистой зоне таких детей было 13 (50 %). Таблица 4 Цитогенетические показатели клеток буккальных эпителиоцитов (Хср ± m) Показатель Доля клеток с исследуемыми показателями, %0 Былым В. Баксан Доля клеток с цитогенетическими нарушениями 2,63±0,42** 0,64±0,16 Суммарный показатель пролиферации 10,43±0,84* 6,92±0,42 Ранняя деструкция ядра 29,92±3,29* 15,08±2,44 Апоптотический индекс 54,43±2,16 45,92±2,04 Примечание. * - р < 0,01; ** р < 0,001. Обсуждение результатов Настоящая работа посвящена изучению возможного скрытого генетического влияния рекультивированных хвостохранилищ горно-обогатительного комбината, занимавшегося добычей открытым и шахтным способом вольфрамово-молибденовых руд и их дальнейшим обогащением. Ранее в данном регионе проводились исследования по изучению влияния этого производства на здоровье населения, проживающего в районе его расположения. В результате этих исследований было выявлено, что ни по одной из нозологий, в том числе и по онкологическим заболеваниям, уровень заболеваемости не повышен [12]. В то же время в данном регионе имела место повышенная частота спонтанных абортов, что говорит о наличии скрытого генетического влияния [13]. С 2002 года комбинат полностью прекратил свою работу, но остались сотни миллионов тонн отходов на отвалах и в хвостохранилищах (самое большое из которых было рекультивировано). В связи с этим встал вопрос о возможном генотоксическом влиянии этих отходов на население. В настоящее время наиболее информативным, чувствительным, неинвазивным методом считается полиорганный кариологический тест, который и был использован в данном исследовании. В результате проведенных исследований было выявлено, что содержание ТМ в объектах окружающей среды не превышает ПДК. В пос. Былым, расположенном в непосредственной близости от захороненного хвостохранилища, повышено содержание молибдена в питьевой воде и картофеле с приусадебных участков по сравнению с чистой зоной (пос. В. Баксан). Также в пос. Былым повышено содержание марганца и цинка в питьевой воде, меди в картофеле и почти всех изученных металлов (за исключением свинца и серебра) в пастбищных травах. Несмотря на это, заметного передвижения металлов по пищевым цепям мы не выявили, так как не обнаружено их накопления в молоке и организме детей. Если сравнить наши данные с имеющимися в литературе [6, 9], то выявленные нами концентрации ТМ в волосах детей соответствуют тем, которые характерны для незагрязненных районов. Это скорее всего связано с невысокими концентрациями ТМ в изученных объектах окружающей среды. Тем не менее скрытое генотоксическое влияние отходов комбината было обнаружено, о чем свидетельствуют изменения в цитогенетическом статусе обследованных детей. По литературным данным, частота клеток с цитогенетическими повреждениями в контролях варьирует от 0,53 %о [11] до 0,73 %0 [15] и 1,1 %0 [16]. Полученные нами результаты для чистой зоны (0,64 %о) вполне соответствуют средним статистическим показателям. В отличие от микроядер остальные показатели рассматривают значительно реже. Так, по данным Л. П. Сычевой [11], средний показатель пролиферации составляет 2,76 %, что ниже, чем в нашем исследовании. Возможно, эти отличия связаны с тем, что обследованные нами дети проживают в условиях среднегорья (1 200-1 550 м над уровнем моря), но этот вопрос требует дальнейших серьезных исследований. У детей, проживающих в непосредственной близости от захороненного хвостохранилища, было выше общее число цитогенетических нарушений в 4,1 раза, показатели пролиферации в 1,5 раза, деструкции ядра в 2 раза и апоптоза в 1,2 раза по сравнению с проживающими в чистой зоне. Аналогичные исследования проводились в регионе, загрязненном нефтепродуктами. Было выявлено, что в результате воздействия этого типа загрязнений общее число цитогенетических повреждений увеличено в 2,5-4,3 раза в зависимости от степени загрязнения окружающей среды; показатели пролиферации увеличены в 1,5-3,4 раза, а апоптоза - в 2,3-3,2 раза [5]. Как известно, усиление апоптоза приводит к снижению частоты клеток с цитогенетическими повреждениями. Усиление же пролиферации способствует воспроизведению таких клеток. В связи с этим предложено ввести индекс накопления цитогенетических повреждений I который наиболее полно 6 Экология человека 2017.12 Окружающая среда характеризует цитогенетическим статус индивида с учетом особенностей клеточной кинетики и позволяет определить группы риска [11]. Результаты таких расчетов приведены в табл. 5. Таблица 5 Группы риска по цитогенетическому статусу детей Индекс накопления цитогенетических нарушений I Населенный пункт Iac< 2 (низкий риск) 2> Iac<4 (умеренный риск) Iac> 4 (высокий риск) Количество детей Абс. % Абс. % Абс. % Былым 7 26,92 8 30,77 11 42,31 В. Баксан 19 73,08 4 15,38 3 11,54 Как видно из данных таблицы, количество детей с высокой степенью риска почти в 4 раза больше в загрязненной зоне. В ней также в 2 раза больше детей из группы умеренного риска. Таким образом, несмотря на слабую степень загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, более % здоровых детей, подвергающихся их воздействию на протяжении всей своей жизни, оказались в группе риска. Выводы: • почва, питьевая вода, картофель и молоко в зоне расположения рекультивированного хвостохранили-ща имеют слабую степень загрязнения тяжелыми металлами; • повышенное содержание ТМ в окружающей среде и ряде продуктов питания, производимых в подсобных хозяйствах, не привело к их накоплению в организме детей; • выявлено скрытое генотоксическое влияние захороненных отходов горно-обогатительного комбината на детское население, проживающее в непосредственной близости от них, которое привело к значительному росту количества детей, относящихся к группам среднего и высокого риска.

About the authors

N V Reutova

Kabardino-Balkarian Scientific Center Russian Academy of Science

Email: reutova371@mail.ru
Nalchik, Russia

T V Reutova

Kabardino-Balkarian Scientific Center Russian Academy of Science

Nalchik, Russia

F R Dreeva

Kabardino-Balkarian Scientific Center Russian Academy of Science

Nalchik, Russia

A A Shevchenko

FederaL State Budget Educational Institution of Higher Professional Education «Kabardino-Balkarian State University named after Kh. M. Berbekova»

Nalchik, Russia

References

Supplementary files