Оценка нарушения окислительно-восстановительных процессов в организме детей при воздействии техногенных химических факторов среды обитания

К настоящему времени накоплен огромный фактический материал, свидетельствующий об участии антиоксидантной системы в адаптационных реакциях организма, основной функцией которой является поддержание на стабильном уровне концентрации активных форм кислорода, участвующих в таких процессах жизнедеятельности клетки, как дифференцировка, пролиферация и др. Баланс между системами окисления и антиокисления необходим для сохранения гомеостаза при воздействии на организм техногенных химических факторов среды обитания. Устойчивое многосредовое воздействие химических факторов может способствовать поступлению и кон-таминантов в организме, что в дальнейшем может привести к негативным последствиям по отношению к окислительно-восстановительному балансу организма. В связи с этим исследование нарушения окислительно-восстановительных процессов в организме при воздействии техногенных химических факторов среды обитания является актуальным.

Целью настоящего исследования является определение маркеров метаболического синдрома, обусловленного нарушением окислительно-восстановительных процессов в организме, при воздействии техногенных химических факторов среды обитания.

Материалы и методы

Для научного обоснования маркерных лабораторных показателей, отражающих изменения окислительно-восстановительных процессов в организме в условиях негативного воздействия техноген- ных химических факторов, выполнено углубленное обследование 350 детей в возрасте от 3 до 7 лет, проживающих в г. Перми в зонах максимального риска для здоровья. Для проведения сравнительного анализа в качестве контрольной группы обследовано 50 детей, проживающих в условиях относительного санитарно-гигиенического благополучия.

Оценка воздействия химических факторов включала в себя анализ содержания в биосредах детей приоритетных компонентов выбросов промышленных предприятий города (тяжелые металлы, ароматические углеводороды, алифатические альдегиды, хлорорганические соединения, предельные одноатомные спирты), поскольку данные химические соединения характеризуются цитотоксическим действием, обусловливающим избыточную активацию свободно-радикального окисления в организме. В связи с этим проведено скрининговое исследование спектра и уровня содержания в крови детей десяти компонентов – свинца, марганца, бензола, толуола, стирола, метанола, хлороформа, дихлорэтана, ди-хлорбромметана, формальдегида – в соответствии с методическими рекомендациями (Сборник методик по определению химических соединений в биологических средах: МУК МЗ РФ. – № 763-99 – 4.1.77999).

Лабораторные диагностические исследования влияния контаминантной нагрузки на активность окислительно-восстановительных процессов выполнены по изменению уровня общей антиоксидантной активности и уровню содержания малонового диальдегида (МДА), являющегося конечным продуктом свободно-радикального окисления, в

сыворотке крови (Медицинские…, 2002; Клиническое…, 2003). Проявление метаболического синдрома определялось по степени выраженности интоксикации (содержание дельта-аминолевулиновой кислоты (дельта-АЛК) в моче) и пролиферативной активности (уровень карциноэмбрионального антигена (КЭА) в сыворотке крови).

Для обоснования маркерных показателей, отражающих негативное воздействие токсикантов на окислительно-восстановительные механизмы в организме, выполнено математическое моделирование причинно-следственных связей между воздействием загрязняющего вещества (маркер экспозиции) и ответной реакцией организма (маркер эффекта). Зависимость «маркер экспозиции – маркер эффекта» описывали с использованием модели логистической регрессии (Четыркин, 1977):

_        1

pi 1+e-(bo+b(x-xo)) , где рi – вероятность отклонения лабораторного показателя (маркера ответа) от физиологической нормы при воздействии i-маркера экспозиции;

• х – концентрация контаминанта в крови (маркера экспозиции);

• х 0 – максимальный недействующий уровень маркера экспозиции;

• b 0 , b 1 – параметры математической модели.

Результаты

Анализ определяемых концентраций металлов в организме при обследовании детей показал, что регистрировалось статистически достоверное повышенное содержание марганца в крови детей (средняя концентрация превысила референтный уровень в 2,8 раза, р ≤ 0,0005), количество детей с повышенным содержанием марганца в крови составило 69%. Установлено статистически достоверное повышенное содержание свинца в крови 60% детей (р = 0,002). Из перечня определяемых органических соединений в биосредах регистрировались статистически достоверные повышенные концентрации следующих контаминантов: толуола – средняя концентрация в обследованной группе детей составила 0,0031 мг/дм3 (количество детей с наличием толуола в крови – 46%, р = 0,000); бензола – 0,0006 мг/дм3 (количество детей с наличием бензола в крови составило 19%, р = 0,001). Регистрировались повышенные концентрации стирола в диапазоне 0,04– 1,95 мг/дм3, количество детей с наличием стирола в крови составило 29%. Данные соединения являются ксенобиотиками и не определяются в организме детей контрольной группы. Из перечня определяемых органических соединений практически у всех обследуемых детей (90%) установлена повышенная концентрация формальдегида в крови (превышение фоновых уровней в среднем составило 10,6 раза, р ≤ 0,0005), у 94% обследуемых детей повышен уровень содержания метилового спирта (превышение фоновых уровней в среднем составило 3,4 раза, р ≤

0,0005). Установлено достоверное превышение фонового уровня по следующим хлорорганическими соединениям: 1,2-дихлорэтан – у 56% детей (р = 0,000); дихлорбромметан – у 71% детей (р = 0,000); хлороформ у 100% детей (р = 0,000).

В результате лабораторного обследования выявлено, что у большинства детей (87,3%) с повышенной контаминацией биосред отмечается смещение окислительно-восстановительного баланса. Сдвиг равновесия в сторону восстановительных процессов (у 53% детей) за счет повышения АОА может оцениваться как компенсаторная реакция на избыточное образование свободных радикалов. Этот процесс может быть обусловлен несколькими механизмами влияния техногенных химических факторов: за счет возможного усиления перекисного окисления липидов при прямом повреждении клеточных мембран формальдегидом, хлорорганиче-скими соединениями, бензолом, толуолом (Лазарев, 1976; Меньшикова, 1987; Toxicological…, 2001); дополнительного образования свободных форм кислорода из радикалов-переносчиков электронов в результате угнетения ферментов дыхательной цепи при избыточном содержании в крови металлов (Лазарев, 1976; Бандман, 1988; Исидоров, 1999).

У отдельных детей (34,3%) показатели антиоксидантной активности были ниже физиологической нормы, что указывает на истощение антиоксидантных резервов на фоне преобладания окислительных процессов, о чем свидетельствует повышение концентрации МДА в плазме крови у 68,6% детей. Механизмы истощения антиоксидантной активности в структуре метаболического синдрома и преобладания окислительных процессов могут быть связаны с действием метанола, угнетающего основные ферменты метаболизма токсических соединений (Куценко, 2003), что продлевает их персистенцию в организме. Декомпенсация АОА может быть обусловлена истощением запасов восстановленного глутатиона стиролом, что нарушает метаболизм таких соединений, как толуол (Фертикова, 2003). Дополнительным усугубляющим фактором может являться подавление активности и частичная утрата ферментов антиоксидантной защиты при повышенной контаминации свинца, толуола, бензола (Лазарев, 1976; Чеснокова, 2006). При обследовании детей выявлено повышение содержания дельта-аминолевулиновой кислоты у 12,7% и КЭА у 2% от общего количества обследованных детей, указывающее на начальные признаки развития метаболических изменений в организме, приводящие в дальнейшем к интоксикации, что может быть обусловлено полиорган-ным токсическим действием бензола, толуола, стирола (Лазарев 1976).

Результаты математического моделирования причинно-следственных связей между повышением содержания контаминант в крови и вероятностью изменения показателей окислительно-восстановительных процессов у детей, представленные в таб- лице, выявили достоверную связь повышения анти- держания в крови хлорорганических соединений, оксидантной активности крови c повышением со-   формальдегида (0,07 < R2< 0,35; p < 0,05).

Параметры моделей зависимости отклонения лабораторных показателей от уровня контаминации биосред (p < 0,05)

Получены адекватные модели, характеризующие вероятность понижения АОА при повышении в крови марганца, толуола, стирола (0,07 < R2 < 0,30; p < 0,05). Установлены достоверные связи повышения МДА в моче и повышения содержания в крови марганца, бензола, метанола (0,10 < R2 < 0,87; p < 0,05). Получены достоверные модели, адекватно отражающие связь повышения в крови уровня дельта-АЛК с повышением уровня свинца, бензола, толуола, стирола, метанола, хлорорганических соединений (0,16 < R2 < 0,85; p < 0,05). Доказана достоверная связь между повышением КЭА и содержанием в крови свинца, бензола, стирола, формальдегида, хлорорганических соединений (0,22 < R2< 0,71; p < 0,05).

Таким образом, при гигиенической оценке изменения окислительно-восстановительных процессов у детей с повышенной контаминацией биосред, обусловленного нарушением баланса в системе окисления и восстановления, выявленные изменения показателей имели разнонаправленный характер, с одной стороны, свидетельствующий о напряжении процессов антиоксидантной защиты, а с другой – об ее истощении. Маркерами метаболического синдрома при нарушении окислительновосстановительных процессов у детей, проживающих в условиях воздействия тяжелых метал- лов, ароматических углеводородов, алифатических альдегидов, хлорорганических соединений, являются уровень АОА крови, содержание МДА и КЭА в сыворотке крови, содержание дельта-АЛК в моче. Мониторинг данных показателей позволит выявлять нарушение окислительновосстановительных процессов у детей на ранней стадии и своевременно проводить коррекцию выявленных нарушений.