Корреляционный анализ в оценке динамики антропоэкологического напряжения при долговременной адаптации к условиям Крайнего Севера и никелевого производства

Экстремальные условия Крайнего Севера с наличием непривычной для человека фотопериодичности, очень низких температур на протяжении большей части года могут способствовать формированию ан-тропоэкологического напряжения и утомления. Техногенные изменения окружающей среды в промышленных городах Заполярья вносят дополнительный вклад в комплекс отрицательных воздействий на человека.

Исследований механизмов долговременной адаптации к неблагоприятным факторам среды и одновременно к специфическим факторам металлургического производства явно недостаточно.

Цель исследований . Выявить периоды адаптационного напряжения к экологическим и производственным факторам в разные сроки долговременной адаптации к условиям Крайнего Севера с помощью метода корреляционной адаптаметрии.

Объекты и методы. Исследования проведены в г. Норильске в период полярной ночи (декабрь). Город расположен на Таймырском полуострове (широта - 69 ° 20', долгота - 88 ° 18', высота над уровнем моря - 60 метров). К экстремальным факторам региона относят: преобладание в течение года холодного климата (зима длится 230-240 дней, из них - 45 дней полярная ночь, абсолютный минимум температур -61 ° С); сочетание низких температур с относительно большой скоростью ветра; наличие вечной мерзлоты [2].

Город Норильск является крупным промышленным центром, в котором расположены предприятия, связанные с производством меди и никеля. Жители города испытывают на себе определённое воздействие отходов этих производств, попадающих в атмосферу.

Наши исследования проводились в цехе электролиза никеля, в котором наряду с экологическими факторами Севера на рабочих завода воздействуют специфические факторы производства: гидроаэрозоли солей никеля, пары серной кислоты, хлор и другие. В качестве контрольной группы обследованы рабочие других предприятий г. Норильска, на которых производственных вредностей нет: Таймырский госпромхоз и Норильский рыбозавод (грузчики, плотники, экипажи рыболовецких судов).

Всего было обследовано в условиях промышленных предприятий г. Норильска в динамике долговременной адаптации 264 человека. Для сравнения полученных результатов были сформированы однородные по возрасту и стажу работы группы мужчин: 1) рабочие предприятий без профессиональных вредностей (120 человек); 2) рабочие цеха электролиза никеля (144 человека). Каждая группа состояла из практически здоровых мужчин в возрасте 20–39 лет, не имеющих хронических заболеваний, не подвергавшихся вакцинации и не болевших чем-либо последние 2 месяца. Стаж их работы на предприятиях и стаж их проживания на Севере были одинаковы. В зависимости от длительности проживания на Севере мужчин разделили по группам: до 1 года; от 1 года до 3 лет; 3–5 лет; 5–10 лет; свыше 10 лет и родившиеся на Севере. Проводился учёт частоты заболеваемости (ЧЗ) по их амбулаторным картам.

Утром натощак у обследованных брали кровь из пальца, затем на мазках крови цитохимически выявляли активность ферментов в лейкоцитах и количество в них фосфолипидов. Для оценки функционального состояния клеток иммунной системы были выбраны ферменты, характеризующие интенсивность в них реакций различных метаболических путей. Реакции энергетического обмена в митохондриях лимфоцитов отражают сукцинатдегидрогеназа (СДГ) - фермент цикла Кребса и глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (Г3ФДГ) - фермент глицерофосфатного "челночного" шунта, соединяющего гликолиз с циклом Кребса [3]. Реакция на моноаминоксидазу (МАО) - использована для суждения об активности аминооксидазного пути окисления моноаминов [4]. Катаболизм в лимфоцитах и нейтрофилах отражает фермент лизосом - неспецифическая кислая фосфатаза (КФл и КФн), а его интенсивность в нейтрофилах - неспецифическая щелочная фосфатаза (ЩФ) [5]. Также цитохимически исследовали содержание фосфолипидов (ФЛ) в нейтрофилах [6].

Для обработки результатов исследования был использован пакет программ Statistika 6.0 [7], с помощью которого определялись коэффициенты парной корреляции (r) между ферментными показателями лейкоцитов, содержанием в них ФЛ и частотой заболеваемости обследованных. Степень связности этих показателей оценивалась по методу корреляционной адаптаметрии [8] с помощью корреляционного графа (G), рассчитываемого как сумма достоверных коэффициентов парной корреляции: G =! | г, | , | г , | >  0,5, где г , - коэффициент корреляции между i-м и j-м показателями. Принимались во внимание только достоверные коэффициенты корреляции (р<0,05 и выше).

Результаты и их обсуждение. Результаты исследования динамики активности ферментов лейкоцитов периферической крови жителей Заполярья в процессе их адаптации к условиям Севера опубликованы ранее [9].

Применение корреляционного анализа при обработке полученных ферментных показателей позволило установить, что у рабочих разных производств, разделённых на группы по длительности жизни и работы на Севере, наблюдается дифференциация в структуре корреляционных связей между характеристиками метаболизма лейкоцитов. Зимой наиболее выраженное влияние комплекса природных и производственных условий организм испытывал в первые 3 года жизни в Заполярье и работы в цехе электролиза никеля. У этих рабочих выявлена самая высокая степень координированности метаболических процессов в лейкоцитах и степень функционального напряжения по весу корреляционного графа.

В контрольной группе (жители г. Норильска, не связанные с отрицательным воздействием никелевого производства) максимальное число корреляционных связей между метаболическими параметрами и высокая степень функционального напряжения клеток иммунной системы выявлены у рабочих, проживших на Севере менее 1 года, 3–5 лет и с рождения (табл.).

Корреляционные связи (р<0,05) показателей ферментов в лейкоцитах здоровых мужчин в зависимости от длительности проживания на Севере (г. Норильск, сезон - полярная ночь)

	Рабочие разных производств
Северный стаж	Контрольная группа			Группа цеха электролиза никеля
	Ферменты	r	G	Ферменты	r	G
До 1 года	СДГ - МАО СДГ - КФл Г3ФДГ - МАО Г3ФДГ - КФл КФл - ЩФ	-0,701 0,622 0,860 -0,629 0,653	3,469	CДГ - ЩФ КФл - КФн КФл - ФЛ КФл - ЧЗ КФн - ФЛ КФн - ЧЗ	0,794 0,755 -0,516 -0,925 -0,571 -0,718	4,786
1–3 года	Г3ФДГ - КФл КФл - ЩФ КФн - ФЛ	-0,874 0,661 0,576	2,111	МАО - КФл МАО - КФн МАО - ЩФ КФл - КФн КФл - ЩФ КФн - ЧЗ	-0,624 -0,508 -0,639 0,709 0,574 -0,856	3,911
3–5 лет	СДГ - Г3ФДГ СДГ - МАО СДГ - КФл СДГ - КФн СДГ - ФЛ Г3ФДГ - МАО Г3ФДГ - КФл Г3ФДГ - КФн МАО - КФн МАО - ФЛ	0,922 0,788 -0,770 -0,767 0,593 0,616 -0,581 -0,631 -0,559 0,745	6,972	КФл - КФн	0,829	0,829
5–10 лет	КФл - КФн КФл - ЩФ ЩФ - ФЛ	0,731 -0,559 -0,683	1,971	СДГ - КФн КФл - КФн КФл - ЩФ КФн - ЩФ	0,627 0,800 0,523 0,562	2,512
Свыше 10 лет	СДГ - КФл МАО - ФЛ КФл - КФн	-0,780 0,651 -0,584	2,015	СДГ - ФЛ Г3ФДГ - КФл КФл - КФн КФл - ЩФ	-0,592 -0,500 0,764 -0,647	2,499
С рождения	СДГ - КФл СДГ - ЩФ Г3ФДГ - МАО МАО - ФЛ КФл - КФн КФн - ЩФ	-0,589 -0,554 0,558 -0,668 0,710 0,739	3,818	СДГ - МАО СДГ - КФл Г3ФДГ - КФн	-0,815 0,689 -0,553	2,057

Механизмы данных соотношений могут быть объяснены известным изменением гормональной регуляции активности ферментных систем на каждом этапе долговременной адаптации организма к экологическим условиям среды [10].

Иные закономерности выявлены при рассмотрении качественного состава корреляционных связей изученных параметров по группам обследованных лиц. По их характеру можно заключить, что у рабочих цеха электролиза никеля в первые 5 лет жизни в Заполярье большинство корреляций имеется между показателями активности ферментов катаболического обмена. Можно также допустить, что в этих группах рабочих корреляционные связи обусловлены катаболическим действием глюкортикоидов [11]. У рабочих цеха электролиза никеля, живущих на Севере менее 1 года, положительная связь между активностью СДГ лимфоцитов и ЩФ нейтрофилов отражает синхронизацию энергетических и катаболических реакций в этих клетках. Отрицательные связи активности КФ лимфоцитов с содержанием ФЛ в нейтрофилах свидетельствуют о возможных деструктивных процессах в мембранах клеток иммунной системы при повышении активности перекисного окисления липидов и усилении катаболических реакций.

Обращают на себя внимание отрицательные связи КФл и КФн с частотой заболеваемости рабочих никелевого производства (в контрольных группах такие связи отсутствуют). Вероятно, менее высокие показатели активности ферментов энергетического и катаболического обмена отражают снижение функциональных возможностей клеток, а сниженная активность лейкоцитов, обеспечивающих «первую линию защиты организма», является фактором предрасположенности к возникновению заболеваний.

У рабочих цеха электролиза никеля, проживших на Севере 1–3 года, метаболические процессы в лимфоцитах и нейтрофилах изменяют свою сопряжённость. Повышение интенсивности катаболического обмена (КФл и КФн) ингибирует активность МАО в лимфоцитах и синхронизирует активность катаболических реакций в лимфоцитах и нейтрофилах (КФл - ЩФ).

Более неблагоприятная картина наблюдается в клетках крови рабочих цеха электролиза никеля, живущих на Севере 3–5 лет. В этой группе выявляется одна тесная корреляционная связь (КФл - КФн). Такая разбалансировка метаболических систем двух видов клеток иммунной системы свидетельствует о развитии дискоординации в работе защитных механизмов организма.

В контрольных группах рабочих с разным северным стажем (менее 1 года, 1–3 года, 3–5 лет) в лейкоцитах преимущественно скоррелированны показатели, характеризующие энергетические процессы в клетках. Такие корреляционные взаимоотношения, вероятно, обусловлены активацией симпатоадреналовой системы у этих лиц. У рабочих, проживших на Севере менее 1 года, отрицательные взаимосвязи СДГ - МАО, Г3ФДГ - КФл отражают торможение энергетики клеток моноаминами и катаболическими реакциями. В то же время компенсаторно включаются пути её стимуляции, что подтверждается положительными связями Г3ФДГ - МАО и СДГ - КФл.

Увеличение северного и производственного стажа у рабочих контрольной группы, живущих на Севере 1–3 года, сопровождалось снижением количества корреляционных связей и степени адаптационного напряжения по весу корреляционного графа.

В период жизни на Севере 3–5 лет у рабочих контрольной группы отмечается усиление интеграции метаболических систем лейкоцитов и высокая степень функционального напряжения клеток иммунной системы. Особенности этого периода адаптации определяют взаимозависимости активности ферментов «флавинового кольца» митохондрий, которые можно разделить на три группы. Первая группа связей - СДГ с Г3ФДГ, МАО, КФл, КФн, ФЛ, вторая группа связей - Г3ФДГ с МАО, КФл, КФн и третья группа связей - МАО с КФн, ФЛ.

Среди этих связей можно выделить внутриклеточные и межклеточные корреляции, например, между активностью СДГ и Г3ФДГ, СДГ и МАО, что указывает на повышение координированности различных метаболических циклов в лимфоцитах. В то же время, например, связь между активностью СДГ лимфоцитов и КФ нейтрофилов позволяет сделать вывод о достаточно высокой сопряжённости метаболических процессов в лейкоцитах при повышении функциональной нагрузки на эти клетки в процессе адаптации. Учитывая же то, что ферментные системы лимфоцитов взаимосвязаны с метаболическими реакциями различных органов [3], такая зарегулированность может отражать наличие подобных процессов в целостном организме.

С увеличением длительности проживания на Севере (5–10 лет и свыше 10 лет) происходит формирование более экономных механизмов адаптации в каждой группе рабочих. Так, у рабочих цеха электролиза никеля, проживших на Севере 5–10 и свыше 10 лет, корреляционная зависимость параметров метаболизма лейкоцитов возрастает. Однако их количество или степень выраженности меньше, чем в первые 3 года жизни на Севере. Корреляционные взаимоотношения метаболических параметров в лейкоцитах рабочих контрольных групп, проживших на Севере 5–10 и свыше 10 лет, имеют другую специфичность. В этот период адаптации к экологическим и производственным условиям среды количество или степень выраженности корреляционных связей уменьшается в 3 раза относительно группы рабочих, живущих на Севере 3–5 лет. По характеру выявленных связей между показателями катаболического обмена в лейкоцитах можно предположить, что в контрольной группе рабочих, живущих на Севере 5–10 лет, активируется биосинтез гормонов катаболического действия.

Ещё более сложные процессы определяют конфигурацию корреляционных связей у лиц, родившихся на Севере. Так, у рабочих цеха электролиза никеля, которые родились в Заполярье, количество или степень выраженности корреляционных связей снижается относительно тех, кто прожил на Севере 5–10 и свыше 10 лет. Ограничение реакций энергетического обмена в лимфоцитах происходит за счёт повышения уровня моноаминов и катаболических реакций - в нейтрофилах (отрицательные корреляции СДГ с МАО и Г3ФДГ с КФн). У рабочих контрольной группы, родившихся на Севере, количество связей или степень их выраженности, определяемая по уровню корреляционного графа, повышается в 2 раза относительно проживших в этих экологических условиях более 10 лет. Часть связей, выявленных в предыдущей группе, сохраняется, при этом отрицательная корреляция СДГ - ЩФ указывает, что при высокой активности ЩФ в нейтрофилах определяется низкая активность СДГ в лимфоцитах, а связь двух митохондриальных ферментов Г3ФДГ и МАО указывает на наличие конкуренции за кофактор или возможность регуляции активности Г3ФДГ моноаминами.

Выводы

• 1.    Зимой, в процессе долговременной адаптации к условиям Крайнего Севера, наблюдаются периоды усиления или ослабления внутриклеточных и межклеточных корреляционных связей разных метаболических путей, которые зависят от срока проживания на Севере. Это характеризует степень антропоэкологического напряжения у рабочих разных по профессиональной вредности производств.

• 2.    В первые 3 года жизни и работы на Севере у рабочих никелевого производства уровень антропо-экологического напряжения выше, чем у рабочих производств без профвредностей. В период 3–5 лет жизни на Севере и работы на никелевом производстве воздействие экологических и токсических факторов приводит к полной разбалансировке всех систем, а у рабочих производств без вредных факторов – к значительному антропоэкологическому напряжению.

• 3.    У рабочих производств без вредных факторов динамика долговременной адаптации определяется в виде затухающего колебательного процесса, а у рабочих никелевого производства - в виде ступенеобразного процесса корреляционного (функционального) напряжения.

• 4.    Метод корреляционной адаптометрии может быть использован для оценки уровня здоровья популяции лиц, проживающих в условиях Крайнего Севера, а также с целью донозологической диагностики развития антропоэкологического утомления.