Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Экспресс-методы гигиенической оценки патогенности угольной пыли для прогнозирования заболеваемости шахтеров

л ОД На правах рукописи

Громова Валентина Алексеевна

ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПАТОГЕННОСТИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ ШАХТЕРОВ

( 14.00.07 - гигиена )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Кемерово, 1995

Работа выполнена в Кемеровской государственной медицин ской академии Научный руководитель: член-корр. АЕН РФ.

профессор

Научный консультант: профессор

Официальные оппоненты: член-корр. АЕН РФ, доктор медицинских наук член-корр. АЕН РФ, доктор биологических наук

А.П. Михайлуц

Н.Н. Зинин-Бермес

В.Д. Суржиков

Н.А. Зорин

Ведущее учреждение:

Новосибирский НИИ гигиены, Госкомсанэпиднадзора РФ.

Защита диссертации состоится "¡^ . 1996 г. в /А-' часов на

заседании диссертационного Совета К 084.65.02 при Кемеровской государственной медицинской академии Минздравмедпрома РФ по адресу: 650029, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке медицинской академии.

Автореферат разослан " 4Ъ " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат

медицинских наук, доцент Е.В. Коськина

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Среди множества неблагоприятных факторов горного производства, пылевой, продолжает оставаться ведущим, обусловливающим развитие у рабочих пылевой патологии органов дыхания. Именно пылевая патология в значительной степени определяет временную утрату трудоспособности и инвалидизацию горнорабочих.

Особое значение пылевой фактор имеет в угольной промышленности Кузбасса, где горно-технические условия не позволяют обеспечить высокую степень механизации проходческих и очистных работ, разработку и внедрение эффективных систем борьбы с пылью.

Несмотря на многочисленные исследования патогенеза пневмокониозов, патологическое воздействие угольных пылей на органы дыхания остается недостаточно изученным. Это связано, на наш взгляд, с разнообразием состава и свойств углей различных месторождений и стадий метаморфизма, что затрудняет разработку научно обоснованных систем профилактики заболеваемости шахтеров.

Установлено (B.C. Белецкий, 1967; A.B. Рощин, С.И. Лагунов, 1968; И.А. Мякишев, 1975; Е.И. Воронцова с соавт., 1978; Т.А. Кухаренко, С.С. Динкелис, Э.А. Дерр, 1979, 1981; 10.В. Балычев, 1982; С.С. Динкелис,

A.Э. Шкутин, Т.А. Кухаренко, 1984; В.П. Бервено, 1984; И.Г. Ищук,

B.П. Бервено; Л.Я. Лихачев, 1986; К.Г. Громов, 198G, 1992), что угольные пыли являются сложными химическими комплексами, содержащими минеральные,1 органические соединения и металлы. Успехи углехимии и минералогии явились базой для разработки новых методических подходов в изучении механизмов пылевой патологии. Обнаружено влияние различной степени метаморфизма и окисленности углей на их фиброгенность. Однако, в учении об антракозе главным остается вывод о том, что пыль каменных углей разных стадий метаморфизма и различного петрографического состава оказывает однотипное влияние на ткани легких, которое приводит к развитию фиброза той или иной степени выраженности (С.С. Динкелис, А.Э. Шкутин, 1986 ).

Малоизученными остаются инициальные механизмы гепеза пылевых болезней и роль состава и свойств угольных пылей в их развитии. Использованные'большинством авторов методические подходы для решения указанных проблем требуют значительных материальных и временных затрат и не позволяют оперативно решать вопросы профилактики заболеваний среди шахтеров на этапах разведки, добычи и переработки углей. В этой связи разработка экспресс-методов оценки патогенности угольных пылей различного состава и свойств имеет первостепенное значение для внедрения профилактических мероприятий на конкретных угледобывающих н углеперерабатывающих предприятиях.

Разрабатываемые нами методические подходы в изучении цитотокснч-ности угольных пылей различного состава и свойств являются фрагментом

программно-целевых исследований СО РАМН "Здоровье человека в Сибири" (тема 022, Лг° государственной регистрации 80075663). .-

Цель исследования: Обоснование возможности использования микробиологических и иммунологических методических, приемов р. прогностической оценке иатогенности углей для разработки системы профилактических мероприятий.

Задачи исследования: ..,.,. ;

1. Изучение роли вещественного состава и свойств углей р распррстра-, ненности пылевой патологии органов дыхания среди шахтеров.

2. Разработка экспресс-методов оценки патогенности Пластовы»; и -обработанных химическими соединениями угольных пылей на микробиологической модели и макрофагах.

3. Определение реакции факторов неспецифической и иммунной,защиты, организма на воздействие углей различного состава и свойств. г

4. Разработка системы профилактических мероприятий с учетов патогенности углей различного вещественного состава и свойств.,

Научная новизна. Впервые разработаны экспресс-методы оценки патогенности углей на тест-микроорганизмах. Экспериментальными исследованиями доказано влияние вещественного состава и стадии метаморфизма углей на рост, размножение и ферментативную активность микроорганизмов.'

Методом измерения хемилюминесценции макрофагов впервые показана разная степень цитотоксичности и фиброгенной активности углей, что позволило, наряду с данными других серий экспериментов, ранжировать угли по выраженности патогенного действия.

Сопоставлением результатов экспериментов с уровнями и структурой пылевой патологии органов дыхания среди шахтеров установлена роль вещественного состава и свойств углей в их развитии и распространенности.

Использованные методы исследования позволили доказать заинтересованность иммунной системы в ответной реакции организма на действие углей, выраженность которой зависит от их состава и свойств.

Экспериментами с углями, обработанными скрепляющими ' составами (фенолформальдегидными смолами), показана возможность использования экспресс-методов для оценки патогенного действия различных промышленных пылей.

Разработан комплекс мероприятий по профилактике пылевой патологии среди рабочих на всех этапах от разведки месторождения до использования углей в народном хозяйстве.

Практическая значимость работы:

В работе представлены результаты экспериментальных исследований патогенности углей различных месторождений, что имеет важное прогностическое значение для органов госсаннадзора и практического здравоохранения.

Материалы работы используются углегеологами, проектными организациями, службами техники безопасности и горно-технического надзора при разработке технологических схем отработки угольных месторождений, эффективных систем пылеподавления.

Разработанные экспресс-методы оценки патогенности угольных пылей на микробиологической модели, а также модифицированные иммунологические методики могут быть широко использованы в практической работе промыш-ленно-санитарных лабораторий предприятий топливно-энергетического- комплекса, медико-санитарных частях производств, опасных по пылевому фактору. Методы оценки неспецифических факторов защиты организма позволят выявлять начальные стадии развития патологических состояний у рабочих.

Разработаны рекомендации ио профилактике неблагоприятного действия на организм угольных пылей на всех этапах от разведки месторождений до использования углей в народном хозяйстве.

По материалам исследований подготовлены, утверждены и внедрены в практику:

- "Дополнительные требования по медико-биологической характеристике разведанных угольных месторождений и проектированию предприятий угольной промышленности", Госгортехнадзор, Москва, 1988.

- "Оздоровление условий труда и совершенствование медицинского обслуживания шахтеров Кузбасса", Кемеровский областной центр Госсанэпиднадзора, Новосибирск, 1990 г.

- "Гигиена труда н профилактика профессиональных заболеваний у рабочих угольных предприятий Кузбасса", Заключительный отчет (Акт использования от 23 февраля 1987 года).

- Акт использования (10 октября 1992 год) экспресс-методов оценки патогенности угольных пылей ЯГРП.

- Акт использования (15 октября 1986 год) результатов исследований ВостНИИ при выполнении темы j\s 0116304100.

- Акт использования (21 октября 1986 год) КузНИИУИ Минуглепрома.

- Акт использования (14 февраля 1986 год) КНПО "Карболит".

- Акт использования (10 октября 1995 год) КузГТУ и КГМА в преподавании.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены на III Всесоюзном совещании рабочей группы по изучению влияния факторов окружающей среды на здоровье населения (Кемерово, 1984); на Симпозиуме "Научно-технический прогресс и состояние здоровья рабочих угольной промышленности (Москва, 1984); па итоговой конференции по ма-

терналам научных и научно-практических исследований за 1981 - 1983 гг. (Новосибирск, 1984); на совещании о Управлении твердых горючих полезных ископаемых Мингео СССР (Москва, 1985); на Президиуме Сибирской межведомственной комиссии по борьбе с пневмокониозом (Кемерово, 1985); на совещании в ГКЗ при Совете Министров СССР (Москва, 1986); на XI съезде врачей Кузбасса (Кемерово, 1987).

Результаты исследований, предложения и рекомендации обсуждены с практическими врачами области на конференциях, семинарах, днях специалиста, заседаниях научно-практического общества гигиенистов и санитарных врачей Кузбасса, лабораторных советах городских центров Госсанэпиднадзора.

По теме диссертации опубликовано 6 статей, подготовлено и утверждено 3 методических рекомендации, подготовлено 3 научных отчета.

Положеният выносимые на защиту:

1. Состав и свойства углей в значительной степени предопределяют формирование пылевого фактора на рабочих местах горнорабочих и обусловливают развитие и распространенность патологии органов дыхания.

2. Использование "микробиологической модели" позволяет оценить пато-генность углей различного вещественного состава и свойств.

3. Фагоцитарная активность макрофагов в отношении угольной пыли коррелирует со степенью ее цитотоксичности.

4. Выраженность ответной реакции факторов неспецифической и иммунной защиты организма на действие пыли зависит от ее состава и свойств.

5. Система профилактических мероприятий должна строиться с учетом вещественного состава и свойств отрабатываемых углей и охватывать все этапы от разведки месторождений до использования углей в народном хозяйстве.

Структура диссертации.

Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций и указателя литературы, включающего 181 источник (из них 140 отечественных, 41 зарубежных авторов). Текст диссертации иллюстрирован 25 таблицами и 3 рисунками.

Объекты, объем и методы исследования

Объектом исследования служили угольные пыли I-VII стадий метаморфизма, горнорабочие в возрасте 30-39 лет, отрабатывающие угли разных марок (стадий метаморфизма). Цитотоксичность углей определялась па макрофагах белых мышей и крыс и тест-микроорганизмах Е. coli М-17, Klebsiella pneumoniae 1741.

В соответствии с целью и задачами исследования пылевого фактора ото- '4 браны пробы воздуха в 15 шахтах, отрабатывающих угли разных стадий метаморфизма. Общепринятым весовым методом определены максимально-разовые и среднесменные концентрации пыли. Всего отобрано около тысячи проб воздуха, в 120 из них определен дисперсный состав. Вещественный состав пыли изучен с использованием атомно-адсорбционного и спектроскопического методов. Изучены физико-химические • свойства углей 20-ти шакто-пластов Кузбасса. Проанализировано 400 проб. Величина заряда поверхности пылевых частиц определялась с помощью электрофоретического микроскопа "Пармоквант-2" (Карл Цейс Йена, ГДР).

Анализ распространенности профессиональной пылевой патологии органов дыхания и заболеваемость с временной утратой трудоспособности среди шахтеров Кузбасса проведен в трех и пятилетней ретроспективе по шахтам, отрабатывающим угли разных стадий метаморфизма. Были использованы показатели заболеваемости на 1000 и 100 работающих.

Цитотоксичность углей определялась по функциональной активности альвеолярных макрофагов белых мышей при фагоцитозе углей разных стадий метаморфизма и степени окисленности. Запыление легких белых мышей производилось с помощью установки, разработанной в ВОСТНИИ, позволяющей подавать угольную пыль нужной дисперсности (до 10 мкм.) в определенном количестве, в окисленном и неокисленном состоянии. Исследованы угли секи стадий метаморфизма на 112 беспородных мышах. Получено около 250 мазков. Подсчитаны фагоцитарные показатели.

Цитотоксичность угольных пылей определялась методом хемилюминес-ценции на люминометре фирмы LKB (Швеция) на базе лаборатории патогенеза пневмокониозов Пы МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова. Исследованы угольные пыли семи стадий метаморфизма. О взаимодействии угольных пылей с макрофагами судили по кинетике свечения. Для определения степени подавления жизнеспособности макрофагов изучаемым образцом пыли, через 10 минут после ее введения в кювету, в качестве повторного раздражителя вводилась стандартная доза кварцевой пыли. На протяжении опытов регистрировались показатели хемилюминесценции макрофагов.

Разработаны экспресс-методы определения токсичности углей на тест-микроорганизмах Е. coli М-17 и К. pneumoniae. Кишечную палочку штамма М-17- культивировали в присутствии водных вытяжек из углей в течении двух часов. Затем, под фазово-контрастным микроскопом подсчитывали процент жизнеспособных "юных гигантских" форм бактерий в лагфазе роста.

Klebsiella pneumoniae, штамм 1741, чувствительный к небольшим концентрациям химических веществ культивировали в присутствии водных экстрактов из углей различных марок в течении 18-20 часов, затем измеряли интенсивность размножения тест-микроба в единицах мутности, с помощью ФЭК.

Токсическое действие угольных экстрактов определяли по угнетению ферментативной активности кишечной палочки, которую регистрировали по

количеству восстановленного глюкозидазой E.coli ТТХ. Опыты поставлены согласно методике, рекомендованной "Методическими указаниями по сани-тарно - микробиологическому исследованию почвы", утвержденными Минздравом СССР 19 февраля 1981 года за № 2293-81.

Влияние водных вытяжек из углей на физико-химические свойства поверхности бактерий определяли по изменению степени гидратации поверхности стафилококка и кишечной палочки до и после контакта с ними по методике H.H. Зинина-Бермеса, (1973). Поставлено 6 серий опытов, по 30 наблюдений в каждой.

■ Неспецифическая резистентность организма рабочих, аналогичных воз-растно-стажевых групп (30-39 лет), отрабатывающих угли разных стадий метаморфизма, определялась по титру лизоцима-слюны (О.В. Бухарин и Н.В: Васильев, 1978) и по фагоцитарной активности периферической крови в микротестах. Всего обследовано 210 горнорабочих. ' ' "

Для определения аллергизирующего действия углей на организм, готовили аллерген из образцов измельченных углей путем погружения в 70% р-р диметилсульфоксида в соотношении 2:10 на сутки. После центрифугирования, в качестве аллергена использовали надосадочную жидкость; Аллерген использовали для внутрикожной пробы на добровольцах, проживающих' В районах интенсивной угледобычи. Результаты проб читали через 30 минут и 24 часа. Положительной считали пробу дри гиперемии и образовании 'папулы v диаметром 10 и более мм.

Для определения цитотоксичности углей со связующим составом испЬль- -зовали метод хемилюминесценшш макрофагов и метод угнетения 'лаг^фазы роста тест-микроба Е. coli М-17. " '

Результаты исследований подвергались обработке с исполь-'

зованием методов вариационной статистики (средние величины, ошибки средних, критерий Стыодента - различия в контроле и опыте считали достоверными приР^О,01 и <0,05, коэффициент корреляции).

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из ведущих производственных факторов, оказывающих негативное действие на организм рабочих, является промышленная пыль. Для Кузбасса актуальна характеристика угольных; пылей. :Намц изучены особен- . ности формирования пылевого фактора в очистных забоях, угольных шахт-Кузбасса.

Установлено, что среднесменные концентрации пыли максимальны на шахтах, отрабатывающих коксовый и жирный угли. Значительые концентрации пыли образуются при отработке отощенного спекающегося и слабоспе-кающегося углей. Количество поступающей в воздух пыли и ее дисперсный . состав 8 значительной степени зависят от технологии отработки пластов, что согласуется с данными И.Г. Ищука (1984); М.А. Фролова и Д.А, Резник,

(1986). Достоверно выше концентрация пыли'при буровзрывной технологии (средняя концентрация 560+57,0 мг/м3). Большая часть пылевых частиц относится к мелкодисперсным фракциям (до 10 мкм.), способным к глубокому проникновению в органы дыхания, от 73±3,0% до 90,0±2,0% в зависимости от технологии отработки.

На формирование пылевого фактора влияют физико-химические особенности состава каменных углей. В то же время, некоторые физические, петрографические и углехимические параметры углей тесно взаимосвязаны со стадией метаморфизма. Менее твердые и более пластичные ингредиенты групп витринита в повышенном количестве присутствуют в низкометаморфизован-ных углях, а фюзинита в углях средних стадий метаморфизма, что определяет их повышенную пылеобразующую способность. Известно, что фюзинит наиболее склонен, к переизмельчению и обладает высокой фиброгенной активностью ( И.Г. Ищук, В.П. Бервено, Л.Я. Лихачев, 1986; Т.А Кухарен-ко, С.С. Динкелис,. Э.А. Дерр, 1979 и др ). Нами установлена прямая связь распространенности пылевой патологии органов дыхания среди ГРОЗ с содержанием фюзинита в отрабатываемом угле ( коэфф. корр. = 0,77).

Обнаружена тенденция к прямой зависимости уровня заболеваемости от твердости и пылеобразующей способности и обратной - от содержания витринита и лейптинита в угле. Патогенные свойства углей во многом предопределяются выходом летучих, смолистых веществ и содержанием кислорода. Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что с уменьшением выхода летучих веществ, растет число случаев пылевой патологии органов дыхания (Р<0,05). Тесная обратная связь (Р<0,01) установлена между уровнем пылевой патологии и содержанием смолистых веществ и кислорода.

Исследования электрофоретической подвижности угольных частиц различных марок показали, что суммарный заряд пылевых частиц возрастает от углей низких стадий метаморфизма (марок "Д", "Г", "Ж") к высокомета-морфизованным ("ОС", "Т"), что может оказать влияние на интенсивность фагоцитоза и, следовательно, на инициальные механизмы пылевых болезней (И.Б. Шагай, 1969; Б.А. Камчанов, 1978).

Анализ заболеваемости с ВУТ среди горнорабочих за период 1988-1992 годы показал более высокие уровни среди шахтеров, отрабатывающих угли средних стадий метаморфизма и, в целом, отражает тенденцию к росту заболеваемости по основным нозологическим формам: гипертоническая болезнь на 26,4%, язвенная болезнь желудка на 36,7%, заболевания печени на 82,1%, почек на 71,6%, костно-мышечной системы на 55,7%, по чсем строкам на 34,3%. .

Таким образом, особенности состава и свойств углей в значительной степени связаны со стадией метаморфизма и предопределяют формирование

Таблица 1

Роль состава и "свойств углей в формировании пылевого фактора и ' . распространенности пылевой патологии

Состап п свойства углей Марка угля и стадия метаморфизма

Л 1-11 Г II Ж Ш-1У К . IV СС V ОС V-V] Т : VI-VH

твердость кг/мм2 18,5±0,5 21,4±0,2 40,2±1,4 56,3±2,4 70,8±3,5 85,5±4,8 105,5±6,2

фюзшшт /о 14,0 10,0 9,0 28,0 26,0 42,0 28,0

витринит % 80,0 71,0 80,0 37,0- 53,0 52,0 28,0

лейптинит % 5,5 3,3 0,9 0,2 2,0 , 0,0 о;о

выход летучих % 42,0 39,5 37,0 22,0 28,0 14,5 20,5

выход смолистых % 12,0 13,4 14,2 5,6 7,9 . 2,6 10,4

содержание 02 % 11,3 9,8 4,8 3,0 8,8 2,0 4,5

нылеобразующая способность г/тони 600±50,0 520±36,0 685±44,0 645±32,0 350±25,0 650±25,0 240±41,0

среднесмешше концентрации (мг/м3) 380 315 480 510 420 453 375

распространенность пылевой патологии (случаи на 1000 рабочих) 0,53 0,50 . 0,60 1,13 0,77 1,51 0,90

Таблица 2

Показатели фагонитарной активности альвеолярных макрофагов белых мышей при взаимодействии с окисленной н нсокнсленной угольной пылью различного марочного состава

показатели фагоцитарной активности марки угля,-

Д Г Ж К - СС ОС Т А

фагоцитарное число окисленной ч . 4,2±0,4 6,6±0,8 7,2±0,3 10,6±0,3 9,2+0,5 9,8±0,6 7,1±0;3 3,8±0,4

иеокислениой 2,9±0,18 - - - ' 2,5±0,19 - - 1,25±0,1

процент активных фагоцитов-." окисленной 81,0±1,3 82,3+2,2 89,2+1,8 93,2±2,6 91,8±2,1 90,6±1,7 89,5±2,3 76,7±2,3

иеокислениой 81,0±2,4 - - 80,2±2,1 - - 50,4±3,0

пылевого фактора в очистных забоях, что обусловливает развитие й распространенность пылевой патологии органов дыхания и заболеваемость с ВУТ.

- Для определения фиброгённого действия угольных пылей используются классические эксперименты хронической затравки животных с оценкой фагоцитарной реакции легких, изучением гистологической картины, содержанием оксипролина и суммарных липндов (Э.А. Дерр, 1980; Ю.В. Балы-чев, 1982; А.Э. Шкутин и соавт, 1986), что требует значительных затрат времени и средств. Предложенная нами методика острого интраназального за-пыления легких мышей позволила сократить время эксперимента и выявить различия в активности макрофагов в отношении углей различного марочного состава и разной степени окисленности (таблица 2).- 1 " -

Более интенсивный фагоцитоз. угольных пылей "средних стадий метаморфизма (марок "К", "СС" и "ОС") и менее выраженная активность фагоцитов в отношении 'неокисленных пылей в наших опытах согласуется с данными Й.А. Мякишева (1975, 1978), Э.А. Дерр (1980) о более выраженной цитотоксичности и фнброгенности углей III и IV стадий метаморфизма и более выраженном повреждающем воздействии неокисленных угольных пылей на легочную ткань. ~ .7,

, Таким образом, внедрение в практику метода экспресс-оценки фагоцитарной активности легочных макрофагов в отношении угольных, пылей разных стадий метаморфизма даст не только экономический, но и'гигиенический эффект. Однако, для получения-' более достоверных результатов, следует увеличить время запыления и массу подаваемой в дыхательные пути

Типичная кривая ХЛ-макрофагоч при действии образна угольной пыли

jo

Рисунок

t (мин.)

величина спонтанной ХЛ JA - разница между max. интенсивностью ХЛ и спонтанной ХЛ

t- достижение max. - время достижения максимальной интенсивности ХЛ

t 1/2 - время двукратного снижения интенсивности ХЛ

t достижения шах

пыли, что не представляет трудности и не влияет на конечные результаты эксперимента.

Для определения цитотоксичности угольных пылей был использован метод хемилюминесценции макрофагов, ., рекомендованный Б.Т. Величков-ским и соавт. (1983). Исследования суспензии фагоцитарных клеток показали, что их контакт с угольными пылями приводит к развитию ХЛ-ответов медленного типа, что позволяет отнести угольную пыль к менее токсичной по сравнению с другими промышленными пылями. Однако ХЛ-ответ макрофагов.на угольные пыли разной стадии метаморфизма отличается по кинетике и интенсивности, что позволяет быстро получить представление о степени их цитотоксичности.

В таблице 3 представлены результаты эксперимента.

Таблица 3

Показатели хемилюминесценции (ХЛ) перитонеальных макрофагов в присутствии угольных пылей различных марок.

Марка угля Показатели ХЛ клеток •

А* Д 32 Ъ

Длиннопламенный ( Д ) 0,25 1,98 7,0 5,0

Газовый ( Г ) 0,30 1,60 4,0 10,0

Жирный ( Ж ) 0,35 -2,20 3,0 11,0

Коксовый ( К ) 2,22 ' 0,10 3,5 10,0

Слабоспекающийся ( СС ) 0,48 1,92 3,0 11,0

Отощенный спекающийся ( ОС ) 2,10 0,18 10,0 12,0 '

Тощий 1,00 1,68 3,0 11,0

Обозначения: . "

Д - амплитуда свечения на введение исследуемого ■->•• ^ образца

Д - амплитуда свечения на последующее введение ,-, ^2- ' стандартного пылевого образца БЮг .....•.-^ - время достижения максимальной интенсивности свечения ( мин. ) t2 - время спада интенсивности свечения на 50% от максимальной величины

Медленный тип ХЛ-ответа с низкой амплитудой свечения, характерный для пылей марок "Д" и "Г" позволяет отнести их к малотоксичным. Наиболее цитотоксичными и, возможно, более фиброгенными являются угольные пыли марок "К" и "ОС", вызывающие высокую амплитуду свечения и резкое угнетение повторного ХЛ-ответа. Токсичность углей марок "Ж", "СС" и "Т" проявлялась в быстрой кинетике ХЛ. Таким образом, можно считать, что ни

один из исследованных образцов не безвреден для фагоцитирующих клеток, что согласуется с данными уровней пылевой патологии органов дыхания у шахтеров, отрабатывающих угли различных марок.

Нами обнаружен токсический эффект, водных вытяжек из углей по отношению к тест-микробу Е. coli М-17. Оказалось, что наиболее токсичными являются угли средних стадий метаморфизма (марок "К", "ОС", и "СС"), снижающие процент образования "юных гигантских" форм в два и более раз по сравнению с контролем (Р<0,01). Токсическое действие вытяжек из низ-кометаморфизованных углей менее выражено, а иногда проявлялось лишь задержкой фазы роста. Описанная методика позволяет в течении 2-х* - 3-х часов определить факт токсичности исследуемых образцов углей и не требует значительньгх материальных затрат.

Токсичность водных вытяжек из углей на кишечной палочке подтверждена серией опытов по угнетению размножения клебсиеллы. Обнаружены более выраженное бактериостатическое действие на клебсиеллу углей средних стадий метаморфизма.

Следует считать, что чем выше разность в единицах плотности между интенсивностью размножения тест-микроба - клебсиеллы в контроле (К3) и размножением в присутствии угольного экстракта, тем существеннее подавляющая способность исследуемой марки угля1, тем она токсичнее. Таким образом, наиболее токсичными оказались экстракты из углей средних стадий метаморфизма и менее токсичными угли марок "Д" и "Ж". CTasa.5)

Значительный объем поставленных экспериментов дает основание считать микробиологические методы- объективными и достаточно информативными, в плане оценки патогенности .угольных пылей.

О влиянии токсических веществ, содержащихся в водных экстрактах из углей, на ферментативную активность- бактерий свидетельствуют опыты по определению активности глюкозидазы кишечной палочки. Присутствие экстрактов из углей той или иной марки во взвеси бактерий, либо снижает активность бактериальной глюкозидазы ("Ж",-"К1", "СС"), (180 минут) либо, наоборот, значительно стимулирует работу этого фермента ("Д", "Г", "Т" и "ОС"), активность которого выявляется уже через 30 минут (в контроле -через 120 минут).

Нами впервые показано изменение степени гидратации поверхности бактерий под влиянием их контакта с водными вытяжками из углей. Она изменялась в сторону повышения (Р<0,05 и Р<0,01), что может отразиться на механизмах фагоцитирования бактерий, т.к. известно, что активнее фагоцитируются частицы с меньшей степенью гидратации. (Тдел.Ч)

a.'MYCj

12 , >„;. ■ Таблица 4

Влияние обработки бактерий водными вытяжками из углей разных стадий метаморфизма на степень гидратации поверхности'клеток Ei coli и S.aureus (по краевым углам ка' пель воды на сухих бактериальных пленках). .

стадия метаморфизма марка угля Виды бактерий

Е. coli S. aureus

исходная степень гидрата-ций поверхности бактерий . 38,3° ,± 0,73° ... ,. 62,12° ± 1,15°

I-II III-IV ' V д-г КЖ , СС-ОС 30,8° ± 0,5° ,.. 28,4° ± 0,9° . 27,5° ±0,8° 45,3° ±.0,8° 46,6° ± 0,8° . . 43,5° ± 1,3°

Таким .образом, есть основание удверждать, что контакт микроорганизмов с углем приводит к изменению физико-химических свойств их поверхности, что .^ожет способствовать .нарушению нормального течения; неспецифических механизмов защиты.

Для оценкн состояния неспецифицеской .резистентности организма при воздействии на пего угольных пылен различного состава и свойств определялась фагоцитарная активность лейкоцитов крови и титр лизоцима слюны. Показано достоверное различие фагоццтарной активности лейкоцитов крови у рабочих, отрабатывающих угли разных стадий метаморфизма, по отношению к тест-микробу Staph, aureus шт. 209. Большей активностью отличались фагоциты рабочих, занятых отработкой,углей средних стадий метаморфизма (таблица 6). Если учесть, что каждая группа ,обследованных была однородной по возрастно-стажевым характеристикам, то данный факт можно объяснить как компенсаторный механизм защиты против более агрессивных типов углей. . . с-- ■ ! ■.

Результаты определения титра лизоцнма у .горнорабочие, занятых,.на. отработке углей различных стадий: метаморфизма,; показали достоверные различия показателя в сравниваемых группах (данные в тдблице 6). •

Полученные данные позволяют предположить, что особенности состава и свойств углей средних стадий метаморфизма оказывают более неблагоприятное воздействие на состояние механизмов неспецифической защиты.

Опыты по определению прямого воздействия угольных экстрактов на активность лизоцнма также указывают на более выраженное угнетающее действие углей средних стадий метаморфизма на этот фермент.

Предположение ряда авторов (Б.И. Ройштейн, Н.Ф. Гросс, Ф.Г. Бей-сембаев, 1973; Т.А. Кухаренко, С.С. Динкелис, Э.А. Дерр, 1982; А.Э. Шку-тин, 1983; К.Г. Громов, 1986; М. Lippman et al., 1975; С.А. Soutar,

Влияние водных вытяжек из углей на рост и размножение микроорганизмов

Таблица 5

Вытяжки из тлен контроль

л г Ж К сс ОС Т

Количество проб 12 14 18 12 17 13 12

% жизнеспособных ю-г форм Е. coli M±m . 78±5 55±7 60±5 45±3 38±4 43±3 62±6 85,5±5

длительность лаг-фазы в мин. M+rn 140+12 145±5 150+10 145±8 150±12 150+5 145±б 100±10

разность оптической плотности культуры клсбспсллы в опыте и контроле (в ед. шкалы ФЭК) М 0,06 0,09 0,04 0,12 0,11 0,13 0,08 К,-0,33-0,33 К2-0,66±0,03 Кч-0,64±0,05

Таблица 6

Показатели фагоиитарной активности лейкоиитов у ГРОЗ, занятых отработкой углей разных стадий метаморфизма.

Показатели Марка угля

Д Г Ж К СС ОС Т контроль

стадия метаморфизма - I 11 1II-IV IV 1V-V VI VJI

фагоцитарное число М±т 3,8+0,1 4,2±0,4 6,4±0,8 8,2±0,5 7,2±0,4 8,0±0,4 4,3±0,2 5,6+0,3

нроненг активных фа- ГОЦИТОи М±ш 70,3±1,7 72,4+1,4 79,б±1,8 88,5±1,1 80,5±2,1 85,4+1,6 68,7±1,3 78,4±1,2

титр лизоцима: >1:1000 ( % ) 92,0 93,4 38,9 34,8 42,0 72,3 84,0 -

<1:1000 ( % ) 8,0 б,б 60,0 65,2 58,0 27,7 16,0 -

M. Turner-Warwick, W.R. Parkes, 1974) о возможном сенсибилизирующем действии угольных пылей нашло развитие и подтверждение в дальнейших-исследованиях ( Л.Г. Коркина, Б.Т. Величковский, 1988; А.Э. Шкутин, Г.А. Сагатова, Е.С. Сейтахметов, 1989 ). , '

А.Э. Шкутин и соавторы полагают, что сенсибилизирующим действием обладают гуминовые и поликарбоновые кислоты, образующиеся в результате окислительно-гидролитического распада угля в организме. Однако, Л.А. Ду-ева, B.IO. Коган и соавторы (1989) описывают металлы и их соли как вещества, обладающие выраженными аллергенными свойствами. В то же время, исследования К.Г. Громова, (1986) свидетельствуют о содержании в кузнецких углях подобного рода металлов: хрома, бериллия, кобальта, молибдена, ннкеля, марганца, меди, цинка, свинца и других.

: Использованные нами в качестве аллергенов вытяжки из углей и золы углей в кожных аллергических пробах, позволили выявить положительную аллергическую реакцию кожи, протекающую по типу ГНТ. Установлено, что чаще всего она регистрировалась на угли средних стадий метаморфизма и составила 47-53%. Для низкометаморфизованных углей этот показатель был равен 26-37%, а высокометаморфизованных 34-43%. Достоверно чаще (Р<0,01) положительные аллергические пробы наблюдались на вытяжки из зоЛб! углей, что объясняется, на наш взгляд, большей концентрацией в ней сенсибилизирующих Компонентов. С нашей точки зрения ими являются скорее всего, це-Гуминовые и поликарбоновые кислоты, а металлы и их соли.

В связи с вышеизложенным, полагаем целесообразным введение постановки кожлых аллергических проб при профотборе лиц для работы в шахтах.

В связи с перспективой внедрения физико-химического упрочнения "пород в угольных бассейнах, в том числе, в Кузбассе (М.Е. Певзнер, М.А. Ре-вазов, И.П. Кружель, 1974; Г.Г. Мирзаев, 1976; А.С. Сагинов, Н.А. Дридж, С.С. -Кион, 1982), нами проведены экспериментальные исследования по оценке комбинированного цитотоксического воздействия угольных пылен различных марок к фенолформальдегидпых смол экспресс-методами.

Анализ результатов цитотоксического действия изучаемых образцов пыли (91) методом ХЛ, показал, что цитотоксичность одних угольных пылей под влиянием обработки смолами снижается (угли марок "Д", "Г", "ОС", "СС"), других меняется неоднозначно, в зависимости от варианта ФФС ( угли марок "К", "Т.")г Обработка угля марки "Ж" смолами всех 3-х видов приводила к повышению ¡Параметров цитотоксичности на тридцать и более процентов (таблица 7).

Таблица 7

Влияние обработки поверхности углей разных марок . фенолформальдегидными смолами на параметр цитотоксичности (Т).

марка угля марка ФФС 0,2 0,3 % вес Т изменения Т в %/исх.

д - 0,051 100

П-1 0,042 80

П-2 0,026 49

П-3 0,016 30

г - 0,096 100

П-1 0,080 83 •

П-2 0,078 81

П-3 0,022 23

ж , - 0,113

П-1 0,172 152

П-2 0,181 160

П-3 0,162 147

к - 0,146

П-1 0;192 134

П-2 0,081 54

П-3 0,128 87

СС ..л. - 0,083

П-1 0,077 93

П-2 0,040 48

П-3 0,071 85

ОС - 0,090

П-1 0,028 31

П-2 0,016 18

П-3 0,018 19 ■ .

т - 0,245

1 П-1 0,341 164

П-2 0,158 -63

П-3 0,131 .53

T1 T9

.Цараметр цитотоксичности T = f gjq + у gfo

I ; 1 ' ' 2 2 2

Tj = Отношение амплитуды ХЛ-ответа на пыль и интервала времени, за который'йнтенсивность свечения достигает максимума

Т2 = Отношение амплитуды ХЛ-ответа и интервала времени, за ко-* торый интенсивность свечения снижается в 2 раза

Наиболее безопасна обработка кузнецких углей ФФС вариантов П-2 и П-3, что позволяет рекомендовать их, для использования в технологии отработки трещиноватых горных пород, содержащих угли любых марок, кроме . марки "Ж".

Результаты определения цитотоксичности угольных пылей,' обработанных ФФС, методом хемилюминесценции хорошо согласуются с данными о влиянии водных вытяжек из углей, обработанных смолой накроет тест-бактерий Е, coli М-17. Эксперименты по угнетению образования "юных гигантских" форм показали, что цитотоксичность комбинированных со смолой углей по отношению к микроорганизму не возрастает, а в случае с углями марок "К" и "Г", даже ослабевает. Повидимому, водные экстракты из угольных Пылей с отвержденной фенолфррмальдегидной смолой содержат меньше токсических веществ, чем экстракты из исходных углей.

Таким образом, исследования' цитотоксичности комбинированных углей на "микробиологической модели" свидетельствуют о том, что испытанные, скрепляющие смолы не представляют большей опасности для биологических объектов, чем сами угли.

Использованные экспресс-методы позволили осуществить дифференцированный прогноз токсичности углей различного марочного состава, обрабр-.. танных скрепляющими смолами;

Выводы

1. Формирование пылевого фактора на рабочих местах шахтеров определяется, наряду с технологией углевыемки, физико-механическими и угле-химическими свойствами углей. Наибольшую опасность по пылевому фактору представляет отработка углей средних стадий метаморфизма, когда уровни-запыленности достигают 420-510 мг/м3.

2. Пылевой фактор обусловливает уровни и структуру профессиональной пылевой и соматической заболеваемости горнорабочих, подтверждая более высокую биологическую агрессивность коксующихся, слабоспекаюшихся и отощенных спекающихся углей, при отработке которых уровень пылевой патологии достигает 0,77-1,51 случаев на 1000 работающих, а заболеваемость

с ВУТ - 78,0 случаев на 100 работающих. При отработке низкометаморфизо-ванных углей эти показатели равны 0,5-0,6 и 64,0 случаев соответственно.

3. Использованные иммунологические экспресс - методы оценки биологической агрессивности углей подтверждают различную реакцию макрофагов на угли разных стадий метаморфизма и сопоставимы с традиционными. Так, показатели ХЛ-ответа макрофагов на коксующиеся и отмщенные спекающиеся угли (Д ^ - 2,10 и 2,22; ^ - 3,5 и 10,0 при Д ]2 - 0,10 и 0,18) достоверно отличались от показателей ХЛ-ответа на длиннопламенный и газовый угли (А .11 - 0,25 и 0,30; - 7,0 и 4,0 при Д ^ - 1,98 и 1,60), что свидетельствует о более выраженной цитотоксичности углей средних стадий метаморфизма.

4. Эксперименты на микроорганизмах свидетельствуют о разной степени токсичности углей в зависимости от стадии метаморфизма. Так, экстракты из коксующихся марок углей угнетают лаг-фазу роста кишечной палочки на 45-52 %, в то время как экстракты из углей низких стадий метаморфизма (марок длиннопламенный и газовый) на 7-30%. Аналогично токсическое действие угольных экстрактов на тест-микроб рода клебсиелла. Размножение клебсиелл в присутствии углей средних стадий метаморфизма (марок "К", "СС", "ОС") угнеталось на 0,11-0,13 единиц шкалы ФЭК, углей низких стадий метаморфизма на 0,4-0,9 единиц по сравнению с контролем.

5. Разработанные экспресс-методы оценки биологической агрессивности углей на микробиологической модели, а также иммунологические методики позволяют объективно оценить степень патогенности, очевидно, не только угольных пылен, но и других промышленных аэрозолей, что подтверждается экспериментами на углях со связующим составом (ФФС).

6. Использованные методические подходы внедрены в практику оценки патогенности углей различных месторождений страны. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности и эффективности их использования для профилактических мероприятий.

Практические рекомендации

Реструктуризация угольной промышленности и экономические трудности современного периода послужили причиной закрытия ряда нерентабельных шахт и ' ухудшений технического состояния горношахтного оборудования на ряде действующих. В условиях экономической нерентабельности не соблюдаются правила техники безопасности и производственной санитарии. Система медицинского обслуживания шахтеров стала менее эффективной. Это привело к ухудшению условий труда, в том числе по пылевому фактору и повышению риска возникновения пылевой патологии. В связи с вышеизложенным оценка биологической агрессивности углей не утратила свою актуальность и могла бы стать основой прогноза заболеваемости и профотбора горнорабочих.

Проведенные исследования позволили сформировать ряд предложений для внедрения в практику работы предприятий и учреждений Министерства геологии, Министерства топлива и энергетики, компании "Росуголь", органов практического здравоохранения:

Гигиенические требования к геологическим характеристикам разведанных месторождений угля.

В геологических отчетах должны быть представлены:

1. Полный петрографический, углехимический и минералогический состав угля разведанного месторождения;

2. Данные о степени окисленности угольных пластов;

3. Данные о потенциально опасных компонентах углей, их химическая структура и особенности поведения в процессе вскрытия пласта;

4. Степень опасности углей, определенная на основе исследования его биологической агрессивности, в том числе, с использованием экспресс-методов на макрофагах и "микробиологической модели".

5. Разработка технологических схем выемки угля должна учитывать особенности его состава и свойств, в том числе пылеобразующую способность, биологическую агрессивность. Особо жесткие требования должны предъявляться к проектированию отработки'углей средних стадий метаморфизма.

Рекомендации по совершенствованию предупредительного и текущего санитарного надзора за предприятиями угольной промышленности Кузбасса.

1. Объем информации по характеристике и оценке потенциальной опасности углей для проектов нового строительства и реконструкции угледобывающих предприятий должен соответствовать требованиям Госкомиссии по запасам полезных ископаемых, техническим требованиям угольной промышленности к исходным геологическим материалам, методическим рекомендациям "Методы оценки биологической агрессивности ископаемых углей" (Москва; 1986), а также требованиям изложенным в предыдущем разделе практических рекомендаций.

2. В ходе осуществления санитарной экспертизы проектов необходимо требовать внедрения наиболее перспективных способов добычи угля, создания системы мониторинга за особенностями формирования пылевого фактора и эффективных средств борьбы с пылью с учетом степени ее биологической агрессивности.

3. При составлении санитарной характеристики детальной профессии необходимо включать данные по прогнозу негативных последствий поступления в организм угольных пылей различного состава и свойств.

4. При анализе профессиональной пылевой патологии органов дыхания и заболеваемости с временной утратой трудоспособности необходимо учитывать состав и свойства4 (стадию метаморфизма) :отрабатываемых шахтой углей. - • • ,. :' ^ ■

5. Проводить регулярный анализ -микрофлоры шахтных выработок, обеспечить выявление "шахтовых штаммов" бактерий, могущих обусловить возникновение и распространение среди рабочих инфекционных заболеваний (гнойно-септических, ОРЗ).

Лечебно-профилактические мероприятия

1. В ходе медицинских осмотров обращать внимание не только на выявление профессиональных заболеваний, но и на патологию, обусловленную избыточным поступлением в организм горнорабочих потенциально опасных компонентов углей той или иной стадии метаморфизма.

2. Лабораторио-инструментальные исследования должны включать методы, позволяющие оценить состояние иммунной системы организма , аллергический статус н факторы неспецифической защиты.

АЛГОРИТМ экспресс-оценки патогенности углей

Геологическая проба угля:

а) отбор пробы в среде инертного газа (метан)

б) окисление пробы в воздухе

в) изучение физико-механических, петрографи ческих, углехимических и технологических свойств, вещественного состава__

Эксперименты с нео-кисленной пробой:

1) определение величи ны ЭПР

2) оценка миграции компонентов угля в биологические жидкости

3) оценка фагоцитарной активности альвеолярных макрофагов in vivo

4) оценка показателей ХЛ-ответа макро-фагов

Прогностическая оценка биологической агрессивности углей различного вещественного состава исвойств

Установление рангового порядка угля по степени патогенности"

Эксперименты с окисленной пробой угля (вытяжкой):

1) на микробиологических моделях

2) оценка фагоцитарной активности альвеолярных макрофагов in vivo

3) оценка показателей ХЛ-ответа перитоне-альных макрофагов

4) оценка реакции неспецифических и иммунных факторов защиты организма (лизоцим, фагоциты крови, В и Т-лимфоциты)

Список работ, опубликованных по теме диссертации

I. Сравнительная оценка функциональной активности альвеолярных макрофагов белых мышей в отношении "свежих" и "старых" угольных пы-лей./ /Профилактика, диагностика и лечение заболеваний человека, ч. I: Тезисы докл. - Кемерово, 1981, - 216-218. /в соавт/.

2. К вопросу прогнозирования пневмокониоза на угольных шахтах Кузбасса./ /Комплексные гигиенические исследования в практику здравоохранения: Тезисы докл.- Новокузнецк, 1981,- 36-39. /в соавт/.

3. Этиологическая структура бактериальных респираторных заболеваний. Влияние профессиональных пневмокониозов.//Острые инфекции. -Кемерово, 1983, - с. 22-24. /в соавт/.

4. Оценка биологической агрессивности углей на микробиологической модели./ /Острые инфекционные заболевания. - Кемерово, 1987, - с. 23-25.

5. Дополнительные требования по медико-биологической характеристике разведанных угольных месторождений и проектированию предприятий угольной промышленности./ /Методические указания. - Москва, 1988, - 7 с. / в соавт /.

6. Значение состава и свойств углей в развитии патологии органов дыхания у шахтеров Кузбасса./ /Лрофпатология в Восточных регионах страны и вопросы диспансеризации работающих: Тезисы докладов, - Новокузнецк, 1988, ч II, - с. 33-35 /в соавт/.

7. Экспериментальные исследования биологической агрессивности углей различного состава и свойств с добавлением связующего состава. [ СФЖ-3032 Д и КН] . // Информационное письмо ГТУ Главкузбасстрой, - Кемерово, 1989 - 46 с. / в соавт /.

8. К вопросу о моделировании использования окружающей среды Кузбасса с позиций теории экосистемы./ /Экологогпгненические проблемы Кузбасса: Тезисы докладов,- Кемерово, 1990, с. 26-29. /в соавт/.

9. Оздоровление условий труда и совершенствование медицинского обслуживания шахтеров Кузбасса.//Методические рекомендации, - Новосибирск, 1990, - 31с. / в соавт/.

10. Микробиологическое исследование токсичности углей из некоторых шахт и разрезов Кузбасса./ /Научный отчет ВУХИН - Кемерово, 1991, 9с. /в соавт/.

II. Методическое руководство по применению технологии упрочения горного массива нагнетанием фенолформальдегидного скрепляющего состава./ /Прокопьевск, 1992, - 37с. -/в соавт/.

12. Изучение медико-биологической агрессивности углей Эльгипского месторождения./ /Научный отчет ЮЯГРЭ, - Кемерово, 1993, 62с. /в соавт/.