Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Система крови в условиях химического загрязнения среды

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ХИСАМОВ ЭРНСТ НУРГАЛИЕВИЧ

СИСТЕМА КРОВИ В УСЛОВИЯХ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ

14.00.16-патологическая физиология

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: Член корр. РАЕН, заслуженный деятель науки Р.Б. д.м.н. профессор Д.А.Еникеев.

Ж

Л *

Л. ,(ЧК

УФА-1998

/ /

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.......................................................6-12

1. Обзор литературы....................................................................................13-47

1.1 .Изменения в системе крови при действии химических факторов.......13-26

1.2.Показатели хемилюминесценции крови при химическом

воздействии...................................................................................................26-29

1.3 .Мутагенное влияние химических веществ на систему крови.............30-38

I.4.Адаптивные сдвиги в организме............................................................38-47

П.Материалы и методы исследования ............................48-58

II. 1 .Общая характеристика материалов исследования...............................48-49

П.2.0собенности изучения действия ионола..............................................49-50

11.3.Динамика исследования влияния на организм ГМД...........................50-51

11.4.Характеристика биоиндикации химического загрязнения

разных регионов Республики Башкортостан..............................................51

11.5.Динамика изучения индивидуальной адаптации организма

в среде химического загрязнения................................................................51-52

11.6. Лабораторные методы исследования системы крови....................... 52-58

Ш.Результаты собственных исследований.......................59-188.

III. 1 .Гематологическая индикация ионола........................59-85

111.2.Гематологическая индикация 4-гидроксиметил-1,3-ДИоксалана . . 85-102

111.3.Гематологическая индикация загрязнения окружающей

среды в Республике Башкортостан......................... 102-115

Ш.З.а Влияние химического загрязнения среды на

состояние эритроцитов.................................................................104-110

Ш.З.б. Динамика лейкоцитарной реакции при химическом

загрязнении среды.....................................110-112

Ш.З.в.Изменение показателей тромбоцитов при химическом

загрязнении среды.........................................................................112-115

Ш.4.Гематологические показатели индивидуальной адаптации

в среде химического загрязнения.............................115-158.

Ш.4.а.Особенности состояния эритроцитов при адаптации

к химическому воздействию.............................115-132

III.4.6. Характер лейкоцитарной реакции при адаптации в среде

химического воздействия....................132-149

Ш.4.в.Состояние тромбоцитов в динамике адаптации к

действию химических факторов.........................149-158

Ш.5.Свободнорадикальное окисление в системе крови, в. условиях..........

химического загрязнения окружающей среды.........................158-188

1 У.Обсуждение полученных данных.......................... 189-231

Выводы......................................................................................................232-234

Список, литературы...................................................................................235-283

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АЛТ - аланинаминотрансфераза N-AHK - N-ацетилнейраминовая кислота АОА - антиокислительная активность АС - спонтанное свечение ACT - аспартаттрансфераза АФК - активная форма кислорода БВК - бежово-витаминный концентрат ГД - глутаматдегидрогеназа ГМД - 4-гидроксиметил-1,3-диюксалан Г-6-ФДГ - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа ДНК - дезоксорибонуклеиновая кислота ИФС - интенсивность функционирования структур ЛАП - лейцинаминопептидаза ЛАС - лесной аэростимулятор ЛДГ - лактатдегидрогеназа ЛКТ - летальная концентрация МАО - микросомальная аминооксидаза МОГС - монооксигеназная система

МПКМ - моноцитарные предшественники костного мозга

НДЭА - нитрозодиэтиламин

НЭ - неспецифическая эстераза

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПДК - предельно допустимая концентрация

ПОЛ - перекисное окисление липидов

РБ - Республика Башкортостан

РНК - рибонуклеиновая кислота

РПК - реакция потребления комплемента

РФ - регулятор фосфорилирования

СГК - средний гистохимический коэффициент

СДГ - сукцинатдегидрогеназа

СМФ - система мононуклеарных фагоцитов

СПП - суммарно-пороговый показатель

СРО - свободнорадикальное окисление

ТЭС - теплоэлектростанция

ТЭФ - триэтилфосфат

УПО - уфимское производственное объединение ХЛ - хемилюминесценция ХЭ - холинэстераза

ЦИК - циркулирующие иммунные комплексы ЦХО - цитохромоксидаза ЩФ - щелочная фосфатаза

введение

Актуальность проблемы. В настоящее время создалось угрожающее положение в природе. Недаром возникли представления об экологическом кризисе, даже экологической катастрофе. Причиной этого служило неконтролируемое широкомасштабное загрязнение окружающей Среды, что привело к возникновению целого ряда зон экологического бедствия.Однако «человек не всегда видит свое единство с окружающим миром.Экологические катаклизмы и повседневные наблюдения за негативными явлениями пока не рождают в нем особой тревоги» (Н.А.Агаджанян и со авт.,1994).Среди загрязнителей доминирующее положение занимают химические факторы. Существуют настоящие «полигоны» по химической агрессии на экосистемы. Таковым нужно отнести и Республику Башкортостан, где создалась токсикоопасная ситуация..

Башкортостан является одним из самых крупных нефтеперерабатывающих регионов страны. За последнее десятилетие освоены крупнотоннажные производства, увеличена глубокая переработка нефти и ее продуктов, производства ароматических углеводородов, этилена, производство высокоэффективных присадок к топливным и смазочным маслам и т.д. В существующую сложную экологическую ситуацию свой весомый вклад вносят нефтеперерабатывающая и присутствующая всегда рядом нефтехимическая промышленность г.Уфы, образующие территориально-промышленный комплекс. Особенностью таких гигантов является возникновение рядом заводов спутников, дочерних производств, ТЭС и т.д. Так, в Уфимском промзоне находятся завод "Синтезспирт", п/о "Химпром", завод БВК, которые постоянно увеличивают свои мощности. Также много химических производств в юге Башкортостана - в городах Салават, Стерлитамак, Ишимбай, Мелеуз. Там сосредоточ-ны десятки крупных предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности.

На важность и серьезность в стране данной проблемы указывает ряд документов государственного значения .Только в последние годы приняты множество нормативных и регламентирующих актов по охране окружающей среды ( Вопросы Государственного Комитета Российской Федерации по охране окружающей средыД996 и др.).Нормативные акты аналогичного по-рядка.приняты.и.в.Республике.Башкортостан.(0.республиканской,комплекс-ной.программе.-экологическая.безопасность.Республики Башкортостан на период 1996-2000 годы, 1995 и др).

Естественно универсальным инструментом изучения самых разных антропогенных воздействий на природную среду, методом оценки последствий таких воздействий является всесторонний анализ. Поэтому, экологический мониторинг хотя и предполагает изучение динамики и структуры популяции флоры и фауны, однако последние являются результатом относительно длительного воздействия постоянно изменяющихся внешних факторов. В связи с этим для предупреждения нежелательных перемен в природных популяциях может быть вполне приемлемым и определение ранних сдвигов на уровне отдельных особей или групп.

Исследование воздействия экотоксикантов на млекопитающих имеет важное природоохранительное значение.Этот класс животных играют существенную роль в биоценотических процессах всех наземных биоценозов, в первую очередь своим влиянием на другие компоненты экосистем. Поэтому, изучение реакции их на воздействия негативных факторов может внести определенный вклад не только в охрану самих млекопитающих, но и в решение ряда проблем в системе наблюдения, контроля и оценки состояния природной среды.Лабораторные виды млекопитающих безусловно отличаются рядом экологических параметров от популяции,обитающих в природных биоценозах. Однако, морфо-функциональные механизмы компенсаторно-адаптационных видовых реакций у тех и других имеют много общего. Поэтому лабораторные млекопитающие могут быть успешно использованы не только в медико-биологических исследованиях, но и в решении ряда задач

экологического мониторинга. В последнем успех во многом зависит от выбора адекватных методов биологической индикации. Лишь исследования органов и систем с низким порогом чувствительности и в то же время отражающих состояние физиологического гомеостаза способны выявить морфо-физиологические сдвиги и прогнозировать различные экологические нарушения. Таким требованиям вполне отвечают гематологические исследования. Кровь, являясь внутренней средой организма, а также компонентом интегрирующей системы, достаточно чувствительна и мобильна в компенсаторно-адаптационных реакциях.

Приспособление живых организмов к окружающей среде является одной из главных проблем биологии. Существующая концепция о фенотипической адаптации однозначно предполагает динамический подход в оценке реакции организмов на неблагоприятные воздействия. Лишь изучение особенностей реализации механизмов срочной и долговременной совершенной адаптации может дать истинное представление о характере и степени антропогенного загрязнения Среды. Важно удостовериться достаточно ли физиологических возможностей организма для нейтрализации возмущающего действия путем реализации уже существующих в организме звеньев приспособления или возникает необходимость формирования новых адаптивных механизмов и каковы.конечные.результаты-наступила.адаптация.или.деадаптция.Даже минимальные по силе факторы,в том числе интоксикация эковредностями могут привести к развитию серьезного,иногда необратимого экстремального состояния (Еникеев Д.А.1997).

Исходя из выше приведенных положений нами были предприняты изучение влияния на организм химических факторов малой интенсивности окружающей среды, а также отдельных химических реагентов,в частности, ионола и ГМД для сравнительного анализа. При изучении биологического действия ионола мы имели в виду то, что он относится к соединениям с выраженными антиокислительными ,особенно СРО, свойствами и имеет широкое практическое применение. Исследование биологического действия

ГМД было связано тем, что он входит в группу ацеталей, которая широко применяется в нефтехимической промышленности. Действие ацеталей в организме, очевидно определяется в основном спецификой освобождаемых вследствие гидролиза их компонентов - альдегидов и спиртов, ингибиторов метаболизма в тканях. При этом планировался сравнительный анализ действия на организм химических факторов малой интенсивности в отдельном и сочетанном вариантах.

Цель и задачи исследовании.Основная цель работы - установление общих закономерностей характера индивидуальной адаптации организма в условиях химического загрязнения окружающей среды, в частности в Республике Башкортостан.Для достижения этого были поставлены следующие задачи:

1 .Определение динамики реакции системы крови при действии химических факторов малой интенсивности в норме и условиях стресса, обусловленной кровопотерей;

2. установление роли,как функциональной системы,различных компонентов крови - эритроцитов,лейкоцитов и тромбоцитов в процессе адаптации организма в среде химического загрязнения;

3. выявление особенностей индивидуальной адаптации в зонах с различным уровнем химического загрязнения;

4. проведение гематологической биоиндикации в регионах Республики Башкортостан,наиболее подверженных химическому загрязнению окружающей среды;

5. исследование состояния процесса мутации в соматических клетках при пребывании организма в среде химического загрязнения;

6. изучение динамики свободнорадикального окисления (СРО) в системе крови при химичеком загрязнении окружающей среды;

7. по результатам гистохимических показателей определить состояние внутриклеточного обмена в лейкоцитах при действии химических факторов малой интенсивности окружающей среды;

8. по динамике структурных сдвигов установить характер репаративных

процессов в лейкоцитах в ответ на химическое воздействие.

Научная новизна исследовашга.1 .В первые комплексно изучено состояние системы крови кроликов в различных регионах Республики Башкортостан,являющейся зоной экологического неблагополучия. Выявлены отклонения гематологических параметров в следующей последовательности по степени выраженности: г.Ишимбай, г.Уфа, г.Белебей, "Цех керамики" Благовещенского района. Показатели кроликов, содержащихся в пос.Горный Чиш-минского района не выходили за пределы физиологических колебаний.

2.Впервые исследованы особенности фенотипической адаптации кроликов в 3-х зонах с различным уровнем химического загрязнения окружающей Среды в пределах республики Башкортостан. Результаты 3-х месячных натурных опытов отражали состояние патологической деадаптации как в 1-зоне с интенсивным загрязнением Среды (г.Уфа), так и во 2-зоне с умеренным загрязнением среды (пос."Цех керамики" Благовещенского района). Характер морфо-физиологических сдвигов указывал на общетоксическое и мутагенное действие неблагоприятных факторов окружающей среды.

В 3-загородной зоне (пос.Горный Чишминского района), наблюдаемые в течение натурных опытов незначительные сдвиги оставались на уровне физиологического гомеостаза.

3.Таким образом, впервые предпринята биоиндикация по гематологическим тестам кроликов, а также проведена дифференцированная оценка различных стадий фенотипической адаптации кроликов на химическое загрязнение окружающей Среды разной интенсивности в регионах республики Башкортостан.

Теоретическое значение. 1. Проведенное исследование вносит значительный вклад в научную концепцию механизма индивидуальной адаптации организма в условиях нарушения экологического равновесия..

2. Раскрываются особенности динамики развития адаптации и патологической деадаптации организма в зависимости от интенсивности химического загрязнения окружающей Среды.

3. Представленные в работе данные обосновывают корректность исполь-зованя реакции системы крови в качестве биологического индикатора развития фенотипической адаптации в зонах загрязнения химическими факторами.

4. Определяются особенности регенеративного процесса в организме в динамике реализации защитных механизмов в различных стадиях фенотипической адаптации к действию экотоксикантов.

5.Устанавливается роль и функциональное значение различных звеньев -эритрона, лейкона и тромбоцитов системы крови в процессе развития в организме адаптационно-приспособительных механизмов в условиях химического загрязнения окружающей Среды.

Внедрение результатов исследования в практику. 1 .Данные исследования являются конкретным материалом по биологическому мониторингу действия экотоксикантов на организм в отдельных регионах Республики Башкортостан. Представлены заключения о состоянии системы крови кроликов, содержащихся в районах с разным уровнем химического загрязнения окружающей среды. Наиболее негативные гематологические сдвиги, как результат общетоксического и мутагенного действия химических факторов окружающей среды были получены в регионах, близких к эпицентру концентрации токсических веществ т.е. в г.г. Уфе, Ишимбае и несколько умеренные признаки в г.Белебее, в пос."Цех керамики" Благовещенского района. Картина показателей системы крови у животных, находящихся в относительно экологически благоприятной загородной зоне - поселке Горный Чишминского района оставалась в диапазоне физиологических колебаний.

2. Изучена динамика индивидуальной адаптации организма в среде химического загрязнения в Республике Башкортостан в сравнительном аспекте. В 1-зоне (г.Уфа) с интенсивным загрязнением и 2-зоне (пос."Цех керамики"

Благовещенского района) с умеренным загрязнением в процессе 3-х месячных натурных опытов зарегистрировано развитие патологической деадапта-ции. В 3-загородной зоне (пос.Горный Чишминского района) негативных изменений не обнаружено.

3.Результаты биоиндикации загрязнения окружающей Среды, полученные в настоящей работе, включены в банк материалов экологического мониторинга Республики Башкортостан и используются в реализации государственной природоохранной программы.

4. Материалы исследования применяются в качестве учебного материала по программе экологического образования, в частности, в Башкирском Государственном педагогическом институте,Башкирском Государственном медицинском университете и общеобразовательных школах г.Уфы.

Основные положения выносимые на защиту. 1. Установлено два варианта ответа организма на химическое воздействие при стрессовой ситуации, обусловленной кровопоте