Неблагоприятное воздействие на организм тяжелых металлов как экологического фактора

Ходжаян Анна Борисовна, доктор медицинских наук, профессор кафедры биологии с экологией

Гевандова Маргарита Грантовна, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры биологии с экологией факторами, предшествующего состояния здоровья ребенка и его иммунологической реактивности. Важное значение имеет генетически обусловленная чувствительность к влиянию тех или иных ксенобиотиков. Несмотря на разнообразие вредных веществ, существуют единые механизмы их воздействия на организм как у взрослого человека, так и у ребенка.

Характерной особенностью, по данным большинства исследований, является высокая частота сочетанной патологии органов и систем, нарастание аллергизации, интоксикационного синдрома, вегето-сосудистой дистонии, что нередко обусловливает резистентность к традиционной медикаментозной терапии и сложность подбора адекватной терапии. Среди ксенобиотиков важное место занимают тяжелые металлы (ТМ) и их соли, которые в больших количествах выбрасываются в окружающую среду. К ним относятся известные токсичные микроэлементы (Pb, Cd, Cr, Hg, Al и др.) и эссенциальные микроэлементы (Fe, Zn, Cu, Mg и др.), также имеющие свой токсический диапазон. Следует отметить, что в последние годы появилось значительное количество опубликованных исследований как по биомониторингу металлов [8, 9], о роли отдельных макро- и микроэлементов в формировании нарушений здоровья взрослого и детского населения [10, 11,], так и о микроэле-ментном “портрете” ряда заболеваний [19], о взаимодействии с генным аппаратом [23]и иммунной системой [8]. Антропогенное загрязнение окружающей природной среды, так же, как и дефицит эссенциальных микроэлементов из группы ТМ, вызывает серьезную озабоченность своими негативными последствиями для здоровья различных групп населения и нации в целом. [1, 2, 4]. С другой стороны, известно, что микроэлементный состав биосубстратов человека (моча, волосы, ногти, зубы, слюна) отражает суммарное поступление загрязняющих веществ из атмосферного воздуха, воды и продуктов питания [11]. С этих позиций особенно актуальным становится поиск неинвазивных методов оценки состояния здоровья населения, позволяющих определять начальные проявления действия факторов окружающей среды на состояние здоровья населения, и оценивать защитные функции организма в целом. Понятно, что оценка опасности загрязнения окружающей среды ТМ должна учитывать вероятность возникновения отдаленных последствий. Такого рода биотестирование может проводиться в модельных экспериментах на биологических объектах.

Сведения о физиологических и биохимических ответных реакциях макроорганизма в ответ на действие ТМ противоречивы и недостаточны, чтобы составить четкое представление об общих экологических закономерностях их токсикологического действия. В этой связи нам представлялось актуальным проведение комплекса экспериментальных исследований на лабораторных животных по оценке изменений гомеостаза организма на фоне действия ТМ, влияния комплекса солей ТМ на показатели здоровья населения Ставрополья, иммунный статус и морфофункциональное состояние печени экспериментальных животных.

При проведении эпидемиологического анализа распространенности заболеваний, возникновение которых может быть связано с воздействием солей тяжелых металлов, было обнаружено, что у всех контингентов населения г. Ставрополя частота распространенности зарегистрированных заболеваний выше у взрослого населения в 1,3 раза, подростков - в 3 раза, детей - в 3,5 раза, чем у проживающих в относительно экологически «чистом» сельском Апанасенковском районе. Среди заболеваний, первые ранговые места принадлежали болезням кожи и подкожной клетчатки (у детей в 4,5 раза, подростков - в 4 и взрослых -1,2 раза), органов дыхания и пищеварения (у детей в 2,3 раза, подростков в 1,99 и взрослых в 1,1 раза).

Методом анкетного опроса в каждой возрастной группе была выделена «группа риска» (часто болеющие или имеющие хронические заболевания), у которых проводился качественный и количественный анализ слюны. Индивидуальный анализ содержания ТМ в слюне у лиц, живущих в разных экологических условиях, показал, что у жителей г. Ставрополя во всех возрастных группах содержание этих элементов было заметно выше, чем у лиц, проживающих на контрольной территории. Изучение содержания микроэлементов в слюне позволило оценить изменения количественных взаимосвязей между эссенциальными и токсичными элементами. Для населения условно «чистого» района корреляция между содержанием отдельных микроэлементов практически отсутствовало. В условиях же воздействия загрязненных атмосферного воздуха и питьевой воды возникали устойчивые корреляционные связи.

Полученные нами данные позволили предположить, что такие токсичные металлы, как Ni,Cr и Pb, обладая способностью кумулироваться в организме, становятся причиной дисбаланса эссенциальных микроэлементов (Zn, Cu, Mn, Fe), что, в свою очередь, может привести к изменению активности иммунной системы и ряда ферментов (супероксиддисму-тазы и каталазы), участвующих в процессах свободнорадикального окисления.

Оценка состояния секреторного иммунитета у лиц, проживающих в разных экологических условиях, показала, что наиболее уязвимыми к действию ксенобиотиков являются возрастные категории населения от «15 до 17 лет», что, по всей вероятности, связано с возрастными функциональными особенностями иммунной системы. Полученные нами результаты подтверждают, что неинвазивные обследования населения с использованием слюны являются информативными не только для определения индивидуальных уровней накопления поллютантов в организме, но и для иммунологического мониторинга среди населения, проживающего в условиях антропогенной нагрузки.

Для изучения механизмов токсического действия комплекса ТМ , присутствующих в окружающей среде г. Ставрополя в определенных соотношениях, нами была разработана специальная регионально-ориентированная модель с использованием лабораторных животных. В этой модели крысам вводили внут-рижелудочно и внутрибрюшинно смеси растворимых солей ТМ, присутствующих соответственно в питьевой воде и атмосферном воздухе г. Ставрополя, ежеденевно в течение 90 дней. Через 10, 30 и 90 дней после начала опыта изучали изменения иммунологических, биохимических и морфологических показателей организма животных, вызванные воздействием ТМ. При длительном введении комплекса тяжелых металлов экспериментальным животным развивалась иммунодепрессия, признаками которой были значимые сдвиги в активности клеточного (Т-лимфоцитов) и гуморального (В-клеточного) иммунитета. Одновременно развивалась лейкоцитопения и эози-нофилопения, причем через месяц после начала эксперимента эозинофилы полностью исчезали из кровотока. Рост числа моноцитов и содержания в крови циркулирующих иммунных комплексов также свидетельствовал о развитии воспалительного процесса.

Введение смеси ТМ провоцировало и дисбаланс в Т- и В-звене иммунитета. Это проявилось в снижении общего и абсолютного числа Т-лимфоцитов и их субпопуляций, которое сохранялось до конца эксперимента, и в возрастании количества В-лимфоцитов. Согласно классификации Белозерова (1992), данный тип сформировавшегося иммунного статуса под воздействием солей ТМ можно рассматривать как иммунологическую недостаточность по Т-клеточному типу с активацией В-звена.

Наряду с иммунодепрессивным эффектом, у изученной комбинации солей ТМ была обнаружена способность влиять на функциональную активность печени подопытных животных. Признаками гепатотоксичности ТМ явилось повышение активности маркеров цитолиза печени (сывороточных аланин- и аспартатаминотрансфераз) и увеличение содержания в сыворотке билирубина. Одновременно в крови подопытных животных наблюдалось снижение уровня антиоксидантных ферментов - супер-оксиддисмутазы и каталазы. Биохимические изменения были подтверждены морфометрическими и гистологическими исследованиями. Анализ морфологических изменений в печени при введении крысам комплекса ТМ показал, что на фоне сосудистых нарушений развиваются тяжелые дистрофические изменения гепатоцитов, вплоть до деструкции паренхимы с развитием некроза, воспалительной инфильтрации стромы и перипортального фиброза. В большинстве гепатоцитов подопытной группы животных площадь ядер и цитоплазмы была резко увеличена со сдвигом ядерно-цитоплаз-матического индекса в сторону повышения.

Выводы: в ходе модельных исследований на животных была прослежена четкая, статистически значимая линейная зависимость изучаемых проявлений токсического эффекта от длительности введения смеси солей ТМ, а использованный в работе неинвазивный метод может быть рекомендован в качестве теста для эколого-гигиенической оценки влияния ксенобиотиков на защитные функции организм.

• 8.

• 9.

• 10.

• 11.