Обоснование биохимических маркеров негативных эффектов со стороны оксидантно-антиоксидантной системы и функциональной активности клеток печени у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений

В современных условиях обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой из-за интенсивного химического и микробиологического загрязнения источников питьевого водоснабжения, низкого уровня внедрения прогрессивных технологий водоподготовки питьевой воды, нарастающего ухудшения состояния водоразводящих сетей [Бондарев и др., 2012]. По данным Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга в 2011 г. на ряде территорий Российской Федерации отмечено превышение гигиенических нормативов по содержанию химических веществ в питьевой воде централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в 20% проб [Государственный доклад..., 2011]. Серьезной остается проблема загрязнения питьевой воды остаточным хлором и хлорорганическими соединениями на станциях водоподготовки при подаче в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения населения городов [Борзунова и др., 2007; Онищенко, 2010].

Хлорорганические соединения относят к суперэкотоксикантам - чужеродным веществам, отличающимся высокой биологической активностью. В число хлорорганических соединений входят такие вещества, как дибромхлорметан, хлороформ, тет-рахлорметан, 1,2-дихлорэтан [Иксанова и др., 2006; Баженова, 2007; Рахманин и др., 2008].

При поступлении в организм хлорорганические соединения в процессе биотрансформации образуют токсичные метаболиты, активизирующие перекисное окисление липидов клеточных мембран, что приводит к дисбалансу окислительных и антиоксидантных процессов [Кравченко и др., 2009]. Данный процесс приводит к нарушению функциональных свойств клеточных мембран, подавлению активности мембраносвязанных ферментов, тем самым, вызывая значительные расстройства со стороны внутренних органов, в частности, существенные изменения в культуре клеток печени [Лазарев, Левина, 1986; Иксанова и др., 2006; Земля-нова, Кольдибекова, 2011]. В связи с этим целью настоящего исследования является обоснование биохимических маркеров негативных эффектов со стороны оксидантно-антиоксидантной системы и функциональной активности клеток печени у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений.

Материалы и методы

Проведена оценка качества питьевой воды централизованных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения (на примере территории исследования - г. Краснокамска Пермского края) Н по данным натурных исследований, выполненных специалистами химико-аналитического отдела ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения».

Выполнена процедура оценки риска здоровью детского населения на территории исследования, которая включала в себя идентификацию опасности с выделением приоритетных химических факторов, расчет показателей риска (коэффициент и индекс опасности) при воздействии с питьевой водой в соответствии с «Руководством по оценке риска...» [2004]. Для оценки экспозиции и моделирования зависимости «экспозиция - маркер экспозиции» выполнен расчет среднесуточной дозы загрязняющих веществ, усредненной на хроническую экспозицию, при поступлении в организм с питьевой водой.

Обследование детей в возрасте 3-7 лет, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений, включало следующие процедуры:

• —    исследование и оценку содержания хлорорганических соединений в крови детей методом газовой хроматографии в соответствии с МУК 4.1.2115-06;

• —    оценку состояния окислительных процессов (содержание малонового диальдегида в плазме крови, уровень гидроперекиси липидов в сыворотке крови);

• —    оценку активности антиоксидантных процессов (активность каталазы в эритроцитах, общая антиоксидантная активность плазмы крови (АОА), активность Cu/Zn-супероксиддисмутазы (Cu/Zn-СОД) и глутатионпероксидазы (ГлПО) в сыворотке крови);

• —    исследование и оценку проницаемости мембран клеток и белоксинтезирующей функции печени (активность аланинаминотрансферазы (АЛАТ), аспартатаминотрансферазы (АСАТ), содержание общего белка и альбумина в сыворотке крови).

Для проведения сравнительного анализа обследована группа детей аналогичного возраста, потребляющих питьевую воду, удовлетворяющую санитарно-гигиеническим требованиям (территория сравнения - пгт. Ильинский Пермского края).

Математическую обработку результатов обследования осуществляли с помощью параметрических методов статистики; для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Фишера (оценка адекватности моделей), критерий Стьюдента (сравнение групп по количественным признакам). Различия полученных результатов являлись статистически значимыми при р<0,05 [Четыр-кин, 1977; Гланц, 1998].

Результаты и их обсуждение

Оценка качества питьевой воды г. Краснокамска показала, что централизованное хозяйственнопитьевое водоснабжение населения осуществляется из поверхностного источника р. Камы с использованием технических водозаборов.

Для питьевой воды города на фоне ряда химических соединений характерно постоянное присутствие на уровне от 2 до 5 ПДК остаточного хлора, систематически регистрируются такие загрязняющие вещества, как хлороформ, тетрахлорметан, 1,2-дихлорэтан, дибромхлорметан на уровне до 1 ПДК. Результаты натурных химико-аналитических исследований питьевой воды модельной территории свидетельствуют о факте присутствия исследуемых хлорорганических соединений широкого спектра. Обнаруженные концентрации по критерию суммы отношений к допустимому уровню превысили 2.5 раза.

При реализации процедуры оценки риска для здоровья детского населения, потребляющего питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений, рассчитаны коэффициент опасности (HQ) и индекс опасности (HI), в результате чего установлено, что при хроническом пероральном поступлении данных соединений имеется неприемлемый риск развития нарушений со стороны печени (НК до 1.44).

Углубленными исследованиями установлено, что в крови большинства обследованных детей достоверно идентифицируются те же самые хлорор-ганические соединения, установленные в питьевой воде, но не обнаруженные в крови детей группы сравнения. При этом частота регистрации проб с содержанием хлороформа, 1,2-дихлорэтана, ди-бромхлорметана, тетрахлорметана достигает 98% случаев от числа обследованных детей.

Выявление и оценка параметров зависимости «доза загрязняющего вещества - концентрация химического вещества в крови» позволили получить адекватные модели зависимости (F > 3.96, р < 0.05) между суточной дозой тетрахлорметана (R2 = 0.62), 1,2-дихлорэтана (R2 = 0.36), дибромхлорметана (R2= 0.66), хлороформа (R2= 0.78), поступающих с питьевой водой, и концентрацией данных соединений в крови детей группы наблюдения. Таким образом, выявленные зависимости между концентрацией в крови тетрахлорметана, дибромхлорметана, хлороформа, 1,2-дихлорэтана и дозой данных веществ, поступающих с питьевой водой, доказывают, что содержание токсичных соединений в крови детей обусловлено качеством питьевой воды города.

У детей группы наблюдения установлена повышенная активность процессов свободно-радикального окисления клеточных мембран при физиологическом уровне в группе сравнения. Эго подтверждается повышенным содержанием продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови детей группы наблюдения. Так, количество проб с повышенным уровнем гидроперекиси липидов в сыворотке крови составило 43%, что достоверно превысило в 1.4 раза данный показатель в группе сравнения. Уровень конечного продукта перекисного окисления липидов - малонового диальдегида в плазме крови, - у детей группы наблюдения в среднем составил 2.79 ± 0.08 мкмоль/см3, что в 1.2 раза выше аналогичного показателя у детей в группе сравнения (р = 0.000). Обращает на себя внимание, что доля проб с повышенным содержанием мало нового диальдегида в плазме крови детей группы наблюдения в 8 раз превысила данный показатель у детей в группе сравнения. При этом достоверно установлена причинно-следственная связь между содержанием в крови 1,2-дихлорэтана, тетрахлорметана и вероятностью повышения уровня гидроперекиси липидов в сыворотке крови и малонового диальдегида в плазме крови (долевой вклад химических факторов составил 42-79%, р < 0.028), что, вероятно, доказывает активацию процессов свободно-радикального окисления в организме.

При оценке состояния антиоксидантной защиты отмечено напряженное состояние восстановительных процессов в ответ на инициацию свободно-радикальной цепной реакции, о чем свидетельствует доля проб с повышенной активностью глутатионпероксидазы в сыворотке крови детей группы наблюдения (83% случаев), что в 2 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения. При этом достоверно установлено, что средняя активность глутатионпероксидазы в сыворотке крови детей группы наблюдения выше в 2.2 раза показателя группы сравнения (р = 0.000) (таблица).

Параметры моделей зависимости «маркер экспозиции - маркер эффекта», характеризующих оксидантно-антиоксидантные процессы, проницаемость мембран гепатоцитов и активность белоксинтезирующей функции печени у детей группы наблюдения

Маркер экспозиции	Маркер эффекта	Направление изменения показателя	R2	Г	Р
Хлороформ	ГлПО	Повышение	0.74	291.98	0.000
	АОА	Повышение	0.64	409.31	0.000
	АСАТ	Повышение	0.39	106.86	0.000
	Общий белок	Понижение	0.43	23.74	0.000
	Альбумины	Понижение	0.46	80.28	0.000
Дибромхлорметан	ГлПО	Повышение	0.34	104.27	0.042
	АОА	Повышение	0.55	278.80	0.000
1,2-дихлорэтан	МДА	Повышение	0.40	110.88	0.028
	АОА	Повышение	0.34	155.11	0.000
	Гидроперекиси липидов	Повышение	0.54	16.24	0.000
	Cu/Zn-СОД	Повышение	0.83	251.38	0.000
	АСАТ	Повышение	0.58	291.86	0.000
	Каталаза	Повышение	0.36	50.77	0.000
Тетрахлорметан	АОА	Повышение	0.43	66.94	0.000
	Г идроперекиси липидов	Повышение	0.48	15.91	0.000
	МДА	Повышение	0.79	101.23	0.000
	ГлПО	Повышение	0.48	92.8	0.000
	Cu/Zn-СОД	Повышение	0.56	117.49	0.000
	АСАТ	Повышение	0.75	70.89	0.000
	Общий белок	Понижение	0.73	70.89	0.000
	Альбумины	Понижение	0.45	142.07	0.000

Выявлена повышенная активность Cu/Zn-СОД (28%) в сыворотке крови обследуемой группы. Уровень активности данного показателя в крови детей группы наблюдения в 2 раза выше, чем в группе сравнения (р = 0.002). Обращает на себя внимание повышенная активность каталазы эритроцитов у детей в группе наблюдения, превышающая в 2.1 раза данный показатель в группе сравнения (р = 0.000). У детей обследуемой выборки установлен повышенный уровень общей АОА (64% случаев), что в 3 раза выше относительно данного показателя в группе сравнения. В ходе лабораторных исследований выявлены статистически достоверные причинно-следственные связи между содержанием в крови 1,2-дихлорэтана, хлороформа, тетрахлорметана, дибромхлорметана и вероятностью повышения активности глутатионпероксидазы и Cu/Zn-СОД в сыворотке крови (долевой вклад - 34-74%, р < 0.042).

Следствием установленных изменений со стороны окислительных и антиоксидантных процессов является развитие нарушения проницаемости мембран гепатоцитов. Установлено, что у детей группы наблюдения частота регистрации проб с повышенной активностью АСАТ в 2.2 раза превысила значение показателя в группе сравнения. При этом установлено, что среднее значение активности АСАТ в 1.4 раза превысило среднюю активность показателя в сыворотке крови детей группы сравнения (р = 0.003). Отмечено прямое цитотоксическое действие 1,2-дихлорэтана, хлороформа, тетрахлорметана на клетки печени, о чем свидетельствует вероятность повышения активности АСАТ в сыворотке крови (долевой вклад составил 39-75%, р < 0.000).

Установлена тенденция к нарушению белоксин-тезирующей функции печени, о чем свидетельствует снижение уровня общего белка и альбумина в сыворотке детей группы наблюдения относительно данных показателей у детей в группе сравнения. Зафиксировано до 15% случаев снижения уровня альбумина в сыворотке крови детей группы наблюдения относительно возрастного физиологического уровня, что в 3 раза превышает данный показатель у детей в группе сравнения. Достоверно установлено, что снижение белоксинтезирующей функции печени (снижение содержания общего белка и альбумина в сыворотке крови) зависит от повышенного уровня в крови хлороформа, тетрахлорметана (долевой вклад составил 40-46%, р < 0.000).

Заключение

Таким образом, в ходе сравнительного анализа лабораторных показателей у детей обследуемых групп и установленных причинно-следственных связей обоснованы биохимические маркеры, характеризующие состояние оксидантно-антиоксидантных процессов, проницаемость клеточных мембран гепатоцитов, активность белоксинтезирующей функции печени при идентификации в крови хлороформа, 1,2-дихлорэтана, дибромхлорметана, тетрахлорметана.