Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Сравнительная гигиеническая оценка биологических маркеров экспозиции и межсредового распределения микроэлементов в среде обитания

На правах рукописи 1

БОЕВ Михаил Викторович

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ ЭКСПОЗИЦИИ И МЕЖСРЕДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ ОБИТАНИЯ

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Оренбург-2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Сетко Нина Павловна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Цинберг Марк Беньяминович

Ведущая организация: ГУ НИИ экологии человека и гигиены

окружающей среды им. А. Н. Сысина

Защита диссертации состоится « 24 » апреля 2008 года в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д 208.066.01. при ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 460000, г. Оренбург, ул. Советская, 6.

Автореферат диссертации размещен на сайте ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» http:www.orgma.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Автореферат разослан «21 » марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук,

профессор Соловых Галина Николаевна

доктор медицинских наук, профессор Куксанов Виталий Федорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многокомпонентность, многофакторность и разно-направленность воздействия среды обитания на человека определяют методические трудности в получении многоплановой информации, ее интегральной оценке, стандартизации, выявлению причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания, с последующим выделением приоритетов и внедрением информативных показателей для ведения социально-гигиенического мониторинга (Рахманин Ю А с со-авт ,1998-2002, Онищенко Г Г , Новиков С М , Иванов СИ ,2001)

Степень опасности ксенобиотиков во многом зависит не только от токсичности, но и от трансформации в среде обитания и способности к миграции и аккумуляции в биологических системах Химические соединения, особенно металлы переменной валентности и металлозависимые ферменты антиоксидант-ной системы организма, при оценке влияния окружающей среды на человека могут выступать в роли маркеров экспозиции факторов среды обитания, в том числе и маркеров биологической экспозиции (Большаков А М , Акимова Е И., 1997, Зайцева Н В с соавт , 2000 - 2005)

В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов среды обитания на организм человека, является «окислительный стресс», характеризующийся активацией процессов свободно-радикального окисления с одновременным снижением эффективности антиок-сидантных механизмов (Сетко Н П , 1989, 2004, Красиков С И с соавт, 2006, Хрипач Л В с соавт, 2006) Особое место среди токсикантов занимают такие металлы как, марганец, никель, свинец, хром и др , прооксидантный эффект которых обусловлен как неспецифическим действием на организм и антиокси-дантную систему, так и собственно реакциями активации кислорода и свободно-радикального окисления (Чучалин А Г , 2004, Егса1 N , 2001) и, следовательно, могут рассматриваться в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа)

На характер биокинетики и биоаккумуляцию микроэлементов, состав маркеров биологической экспозиции, могут влиять не только физико-химические свойства элементов, синергические и антагонистические взаимоотношения при полиэлементном присутствии в среде, но и модифицирующее действие, или даже эффект суммации при комбинированном воздействии токсичных металлов (Кацнельсон Б А ,2002) Модифицирующее действие факторов малой интенсивности со специфическим и неспецифическим характером биологического действия (Янышева Н Я с соав,1998, Литвинов Н Н, 2004) занимает важное место в реальных условиях среды обитания У детей, проживающих в экологически неблагополучных территориях, при снижении концентрации эссенциаль-ных микроэлементов (в волосах) одновременно увеличивается концентрация токсичных (Боев В М ,1998-2005; Скальный А В,2001, Маймулов В Г с соавт,2005), что свидетельствует о возможном модифицирующем эффекте других средовых факторов (элементов) и подтверждает известный факт синергизма и антагонизма микроэлементов

Эти и другие проблемы во многом обосновывают целесообразность и необходимость разработки действенной системы идентификации и мониторинга микроэлементов в среде обитания человека при оценке риска здоровью в рамках социально-гигиенического мониторинга (постановление Правительства РФ № 60 от 02 02 06) по выявлению приоритетных региональных маркеров экспозиции факторов среды, маркеров биологической экспозиции и маркеров эффектов До сих пор остаются недостаточно разработанными вопросы комплексной оценки региональных особенностей межсредового распределения химических элементов в системе «среда обитания - человек», отсутствует экспериментальное обоснование проявлений дисбаланса микроэлементов и модифицирующих эффектов при комбинированном поступлении низких концентраций химических веществ разнонаправленного действия

Перечисленный круг нерешенных вопросов определил актуальность и составил цель и задачи настоящей работы

Цель исследования Провести комплексную экспериментально - гигиеническую оценку межсредового перехода и взаимодействия микроэлементов в системе «среда обитания - человек» на урбанизированных и сельских территориях и количественного распределения маркеров биологической экспозиции для обоснования приоритетных показателей в рамках ведения социально - гигиенического мониторинга

Задачи исследования

1 Провести идентификацию распределения кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания.

2 Оценить количественные характеристики межсредового распределения и взаимодействия элементов (Си, N1, Мп, С<3, РЬ, Сг, в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания)

3 Провести сравнительный анализ межсредового перехода и взаимодействия элементов в биосредах детей

4 Экспериментально оценить комбинированное действие хрома и бензола на свободно-радикальную активность, кинетику микроэлементов и формирование маркеров ответа

5 Обосновать приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью

Научная новизна. Впервые определены особенности приоритетного распределения микроэлементов в объектах среды обитания на урбанизированных и сельских территориях Математически обоснованы сравнительные количественные характеристики межсредового перехода и взаимодействия элементов (Си, N1, Мп, С<1, РЬ, Сг, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег -почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения

Получены достоверные различия между количественными характеристиками распределения микроэлементов в биосредах у детей урбанизированных и сельских территорий с общими закономерностями приоритетных взаимосвязей для никеля, марганца и цинка

В условиях модельного эксперимента подтверждена высокая проокси-дантная активность хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК, а при комбинированном действии установлено снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов

Впервые научно обоснованы приоритетные региональные маркеры экспозиции в объектах среды обитания, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью

Практическая значимость работы. Установлены приоритетные металлы в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территориях, определяющие наибольший риск формирования биологической экспозиции Полученные данные расширяют теоретические представления о прооксидантной активности хрома и бензола

Модель межсредового распределения элементов на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия, позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве универсальных региональных маркеров экспозиции для факторов среды обитания и маркеров биологической экспозиции при идентификации токсикантов и оценке риска здоровью населения при ведении социально-гигиенического мониторинга

Практическая ценность работы характеризуется гигиеническим и экспериментальным обоснованием маркеров ответа снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов для применения в гигиенической диагностике экологически обусловленных состояний

Реализация результатов исследования. Результаты исследований послужили основой для разработки комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы СГМ, в том числе по оптимизации объема контролируемых металлов в объектах среды обитания

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность отделов социально-гигиенического мониторинга ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области» (акт внедрения от 11 12 2007 г) и Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области (справка о внедрении от 24 01 2008 г) Материалы исследований включены в ежегодные доклады «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Оренбургской области» (2006 - 2007 г) и используются Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов администрации Оренбургской области (акт внедрения от 03 03 2008 г), для решения вопросов охраны окружающей среды

Материалы диссертации используются в учебном процессе в Оренбургской медицинской академии, включены в программу курсов усовершенствова-

ния врачей - гигиенистов, врачей-лаборантов, помощников санитарных врачей в Оренбургской области (акт внедрения от 25 01 2008г )

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Экологически обусловленные ущербы здоровью методология, значение и перспективы оценки» (Москва, 2005), Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Современные проблемы гигиены города, методология и пути решения» (Москва,2006), 2 Международной научно-практической конференции Биоэлементы (Оренбург, 2007), 5 конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической аллергологии и иммунологии (Оренбург, 2006), Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Методологические проблемы изучения и оценки био - и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды» (Москва,2007)

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Сравнительная количественная характеристика межсредового распределения и взаимодействия кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания и в биосредах (волосы) детей на урбанизированных и сельских территориях

2 Модифицирующие эффекты определяются прооксидантной активностью при комбинированном действии хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК

4 Обоснование маркеров экспозиции факторов среды обитания, маркеров биологической экспозиции и маркеров ответа определяется различной степенью межсредового распределения, развитием дисбаланса микроэлементов и изменением антиоксидантной активности

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка используемой литературы, приложений, документов, подтверждающих внедрение полученных результатов в практику Текст изложен на 143 страницах, иллюстрирован 31 таблицами и 11 рисунками

Список литературы содержит 260 источников (в том числе 52 иностранных)

Публикации По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК

Связь работы с научными программами Диссертационная работа выполнена в ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Федерального агенства по здравоохранению и социальному развитию» согласно плана НИР по комплексной программе (№ государственной регистрации 01 2 00316 164)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования. Для решения поставленных задач были выполнены собственные исследования, проведена ретроспективная комплексная оценка и анализ лабораторных данных ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области» Для идентификации и последующего анализа межсредового распределения химических элементов, оценивалось количественное содержание N1, Сс1, РЬ, Сг, Си, Ъп, Ре, Мп за 1993 -2007 гг в питьевой воде, в атмосфере селитебных территорий (по содержанию в снеговом покрове), в почве, в продуктах питания, биосредах (волосы, кровь) населения урбанизированных и сельских территорий

В работе использовалась как база данных региональной системы социально-гигиенического мониторинга (ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области»), так и данные официальных статистических форм Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР РФ по Оренбургской области

Работа выполнена на селитебных территориях Оренбургского и Орско-Новотроицкого промышленных центров

Анализ загрязнения атмосферного воздуха на исследуемых территориях проведен по результатам снегохимической съемки по содержанию металлов (4000 исследований) в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» №5174-90 Рассчитаны коэффициенты концентрации металлов (Кк) и показатели суммарного загрязнения территорий (Ъ сум)

Сравнительный анализ содержания в почве металлов (валовые и подвижные формы, 500 исследований), проведен в соответствии с «Методическими указаниями по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами» №4266-87, «Методическими указаниями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» №5174-90 и «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест» МУ 2 1 7 730-99 Были рассчитаны коэффициенты концентраций (относительно ПДК/ОДК) и суммарный показатель почвы - К ,,„.,„„

Оценка качества питьевой воды (2400 исследований) из разводящей сети и скважин источников централизованного водоснабжения исследована на соответствие требованиям СанПиН 2 1 4 1074-01 Рассчитывались среднее значения (М+т), определялись коэффициенты концентраций относительно ПДК и комплексный суммарный показатель - К вода

Количественная характеристика микроэлементов в продуктах питания местного производства проведена только по меди, цинку, свинцу и кадмию на соответствие СанПиН 23 2 1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» (1200 исследований) и расчетом реальной суточной нагрузки на одного человека (мг/сут) Выбор продуктов пита-

ния для мониторинга был проведен по результатам ранее проведенных исследований (Перепелкин С В , 2001, Лесцова Н А., 2004, Дунаев В Н., 2006)

Содержание микроэлементов в биологических средах (волосы, кровь) определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области» Всего проанализировано 240 проб волос и 102 крови (по 7 элементов) Количественные характеристики сравнивались с фоновыми показателями по Оренбургской области (Боев В М , 1998, 2002)

Для выявления особенностей межсредового распределения и линейных взаимоотношений между концентрациями элементов в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и их количественным содержанием в биосредах детского населения, применялся корреляционный анализ Спирмена

Изучение биокинетики микроэлементов и модифицирующего действия токсикантов при их многокомпонентном поступлении в организм, выполнены в модельном эксперименте на животных в проблемной лаборатории по изучению механизмов естественного иммунитета (зав профессор Смолягин А И , к м н , Михайлова И В ) и на кафедре медицинской и фармацевтической химии (зав , профессор Красиков СИ)

Для создания модели комбинированной токсичности использовали хром (К2СГ2О7) из расчета 20 мг/кг и бензол (С6Н6 0,6 мл/кг) при пероральном поступлении с питьевой водой на протяжении 45 суток Исследования проведены на 134 здоровых, половозрелых крысах-самцах Вистар массой 250-300 г Все животные были разделены на 4 группы и содержались на стандартном пищевом рационе В крови и печени крыс оценивали концентрации Cu, Zn, Fe, N1, Cr , Мп методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (MP №4096-86, МУК 4 1 463 -4 1 779 -99) в лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области»

Активность антиоксидантных ферментов определяли в эритроцитарной массе, полученной трехкратным отмыванием крови охлажденным (5°С) физиологическим раствором Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли по скорости аутоокисления адреналина в адренохром в щелочной среде (Сирота Т М , 1997) Определение активности каталазы проводили кинетическим спек-трофотометрическим методом прямой регистрацией разложения субстрата фермента - перекиси водорода (Zuck Н , 1963)

Анализ данных осуществлялся при помощи пакета программ Statistica for Windows, Release 6 0, "StatSoft Inc " Для оценки различий показателей по сравнению с исходными данными были использованы t - критерий Student и непараметрические методы Для изучения связей между признаками применялся корреляционный анализ Спирмена и статистическая модель множественной регрессии Полученные данные считали достоверными при значениях р < 0 05 Расчеты осуществлялись на персональных IBM-совместимых компьютерах

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На первом этапе проведены идентификация и особенности количественного межсредового распределения на урбанизированных и сельских территориях микроэлементов (N1, Сс1, РЬ, Сг, Си, 2п, Мп) в питьевой воде, в атмосфере селитебных территорий (по содержанию в снеговом покрове), в почве, в продуктах питания и в биосредах (волосы, кровь) населения Так, идентификация элементов в среде обитания в динамике за 1993 - 2007 гг выявило снижение анализируемых примесей в снеговом покрове (атмосфере) по всем показателям на территориях сельских поселений в 1,85 раза и увеличение содержания марганца, никеля, свинца и хрома на урбанизированных территориях в 1,3 раза Характерно, что суммарный показатель ^с) загрязнения снегового покрова на урбанизированных территориях стабильно высокий на протяжении всего периода наблюдения (2с 185,3 ± 36,8, 243,3 ± 56,7), тогда как на сельских территориях соответствует низкому уровню {7л 8,9 ±1,6, 16,4 ±2,2)

Распределение элементов в почве селитебных территорий за последние 15 лет претерпело существенные изменения (табл 1), содержание валовых форм анализируемых элементов в основном снизилось в 2- 3 раза, за исключением кадмия Содержание меди (р<0,05), цинка, свинца (р<0,05) стабильно выше на урбанизированных территориях, марганца (р<0,05), хрома (р<0,05) и никеля выше в почве сельских поселений Концентрации никеля (валовая форма) превышали ГТДК как в городе, так и в селе Концентрация свинца (подвижная форма) только на сельской территории По суммарному показателю (Кпочва) достоверных различий по валовым формам на урбанизированных и сельских 1ер-риториях не установлено По подвижным формам металлов суммарный показатель на территориях сельских поселений выше в 1,5 раза

Таким образом, приоритетными загрязнителями почвы являются марганец (валовая и подвижная формы), никель (валовая форма), хром (валовая форма), цинк (валовая и подвижная формы) и медь (валовая форма)

Сравнительная характеристика элементного состава питьевой воды в городских и сельских поселениях показало, что в питьевой воде городов, относительно сельской местности меньше концентрации меди в 1,2 раза (р>0,05), хрома в 1,6 (р>0,05), цинка в 9 раз (р<0,001), свинца в 4,5 раза (р<0,001), марганца в 1,6 раза (р>0,05) Никеля больше в воде сельских населенных пунктов в 3,3 раза (р<0,001), кадмий определяется (р>0,05) в основном на урбанизированных территориях Так как практически все микроэлементы не превышают ПДК, дополнительно был рассчитан суммарный показатель К вода Суммарный показатель (К вода) в сельских поселениях в 1,8 (р<0,001) раза выше городских, что отражает преимущественно природный микроэлементный состав подземных вод

Таблица 1

Содержание валовых и подвижных форм металлов в почве (М±ш, мг/кг)

Элемент Подвижные формы Валовые формы

Город Сельские поселения Город Сельские поселения

Медь 1993-2002 2003-2007 3,85±0,74 1,14±0,16 1 ,9±0,43* 1,8±0,24* 59,2± 3,0 26 8+3,6 31,4± 3,92 15,43±1,1*

Цинк 1993-2002 2003-2007 38,7±8,6 13,54±2,4 19,3±3,9 12,02±2,3 101,9±5,9 61 ±8,41 41,4± 3,9* 50,0±3,8

Никель ¡993-2002 2003-2007 1,74+0,09 2,87±0,33 1,37+0,12 3,03±0,32 211,0±14,1 92,6±10,8 161,9±!8,0 97,4±9,8

Марганец 1993-2002 2003-2007 86,2±9,0 76,2+11,6 72,2+6,9 58,6±4,8 825,3± 31,2 293,3+21,5 634,9±45,3 454,8+24,6*

Кадмий 1993-2002 2003-2007 0,23±0,02 0 0,17±0,01 0 0,063±0,001 0,25±0,07 0,000 0,59+0,22*

Свинец 1993-2002 2003-2007 11,8+3,1 1,39±0,3 7,5+0,87 7,94+0,37* 45,81±4,69 16,02±3,24 12,26±1,03* 10,3±0,7*

Хром 1993-2002 2003-2007 1,55±0,09 0,76+0,08 1,76+0,17 1,23±0,6 409,5±20,4 47,9±5,06 379,74±18,6 70,2±6,6*

Примечание * - р<0,05

Проведенный анализ распределения микроэлементов в продуктах питания выявил тенденцию к увеличению концентраций меди, цинка, свинца, кадмия, не превышающие нормативных значений Наибольший прирост характерен для свинца, особенно в хлебопродуктах, где концентрации в последние годы увеличились в 4 раза Характерно, что уровень свинца в почве также увеличился на полях сельхозугодий

Определение металлов в волосах детского населения, которые являются наиболее стабильной средой, характеризующей длительное поступление микроэлементов в организм, позволяет наиболее информативно оценить микроэлементный статус организма и особенности межсредового распределения элементов в системе «среда обитания - человек» Величина содержания в волосах микроэлементов в городах, относительно сельских населенных пунктов составило медь - отличия незначительные, марганца - больше в 3,1 раза (р<0 001), никеля -в 4,2 раза (р<0 001), свинца - в 1,8 раза (р>0 05), кадмия - в 5,3 раза (р<0 001) В волосах детей сельских населенных пунктов хрома больше в 2,2 раза (р<0,001), цинка - в 3,7 раза (р<0 001)

При сравнении микроэлементного состава крови городских и сельских детей было установлено, что у городских детей медь и цинк снижены, марганец ниже в 1,6 раза, выше содержание свинца в 5,3 (р<0,05) раза, содержание кадмия в крови составило 0,001 мкг/г, а в сельских населенных пунктах не определялся У сельских детей выше содержание хрома в 3,4 (р<0,001) и никеля в 4,0 раза (р<0,001) Таким образом, по количественному содержанию элементов в волосах и крови установлена закономерность баланса их содержания для меди, цинка, хрома, свинца и кадмия и дисбаланса в содержании для марганца и никеля

Микроэлементы, особенно металлозависимые ферменты антиоксидантной системы организма, при комплексной оценке влияния факторов среды обитания на организм человека могут выступать в роли маркеров экспозиции, в том числе и маркеров биологической экспозиции при оценке риска здоровью населения Поэтому представляется важным оценить взаимодействие и биокинетику анализируемых микроэлементов в наиболее стабильных объектах среды обитания (почва, снеговой покров, биосреды), межсредовое их распределение, особенности биокинетики и взаимодействия элементов в системе «среда обитания - человек», учитывая, что в биологических системах это взаимодействие может проявляться в виде синергических и антагонистических эффектов Для решения этих задач, на данном этапе работы проведены сравнительный анализа коэффициентов корреляций Спирмена между количественными характеристиками элементов Си, N1, Мп, Сё, РЬ, Сг, 7л\ в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения

Результаты сравнительного анализа коэффициентов корреляций между количественными характеристиками элементов в биосредах (волосы) детей с показателями в снеговом покрове городов, выявили слабую связь с содержанием РЬ, среднюю обратную связь с Си (г= -0,37), достоверную корреляцию средней степени с N1 (г = 0,63) и Сг (г = 0,53), сильную связь с Zn (г = 0,78) и Мп (г =0,80) На территориях сельских поселений не выявлены достоверные

связи по содержанию меди, цинка, никеля, марганец, хром, кадмий (средняя степень) (Р>0,05)

Характерно, что корреляционный анализ не выявил достоверных связей содержания микроэлементов в почве, питьевой воде и биосредах на урбанизированных территориях Для сельских, значимые величины по содержанию в почве характерны только для никеля (г=0,66, р<0,05) и марганца (г=0,54, р<0,05), умеренная степень корреляционная зависимость содержания в питьевой воде цинка (г=0,45, р>0,05) и достоверная связь по меди (г=0,55, р<0,05)

Анализ корреляционной зависимости содержания микроэлементов в трех группах продуктов питания местного производства и в волосах детского населения показал достоверную зависимость меди и цинка с молочными продуктами (г=0,81- 0,78, р<0,05), свинца в хлебопродуктах (г=0,68, р<0,05) Для овощей установлена средняя степень корреляционной зависимости по меди и цинку (р>0,05) Корреляционная достоверная связь суммарного содержания элементов в продуктах питания и в биосредах детского населения сельских поселений установлена только для меди (г=0,71, р<0,05) и цинка (г=0,68, р<0,05)

Таким образом, полученные результаты позволили установить, что для урбанизированных территорий приоритетным фактором среды обитания является ингаляционный путь поступления цинка, никеля, марганца и хрома (р<0,05) и отсутствует значимая связь с почвой и питьевой водой Для сельских поселений, в отличие от городских, аэрогенный путь поступления элементов не является приоритетным, а наиболее значимыми факторами среды обитания являются почва (никель, марганец) и питьевая вода (медь) Характерно, что отсутствует достоверная связь свинца в системе продукты - биосреды, при наличии высокой зависимости по меди и цинку (табл 2)

Таблица 2

Особенности межсредового распределения элементов (II, при р<0,05 )

Территории Снег Почва Питьевая вода Продукты питания

Город Цинк Никель Марганец Хром Отсутствуют достоверные связи Отсутствуют достоверные связи Исследования не проводились

Село Отсутствуют достоверные связи Никель Марганец Медь Медь Цинк

Полученные результаты сравнительного анализа коэффициентов корреляций Спирмена между количественными характеристиками элементов Си, N1, Мп, Сё, РЬ, Сг, Ъл в системе «среда обитания - человек» выявили на урбанизированных и сельских территориях приоритетные микроэлементы (цинк, никель, марганец, медь) и приоритетные источники поступления в организм в зависимости от места и условий проживания населения. Следовательно, микроэлементы цинк, никель, марганец, медь могут рассматриваться как биологические маркеры экспозиции и маркеры среды обитания для целей социально - гигиенического мониторинга и оценки риска здоровья населения.

Рисунок 1. Особенности корреляционных взаимосвязей между микроэлементами в снеговом покрове.

Оценка корреляции концентраций самих микроэлементов между собой для анализа особенностей взаимодействия в объектах среды обитания (снеговой покров, почва) и биосредах (волосы) на изучаемых территориях показало, что в снеговом покрове урбанизированных территорий установлены приоритетные достоверные взаимосвязи для 3 парных корреляций: медь - цинк (г=0,68; р<0,05); цинк - хром ( г=0,60; р<0,05); никель - марганец ( г=0,64; р<0,05) (рис. 1).

Для сельских территорий установлены достоверные взаимосвязи только для ассоциаций свинец - медь ( г=0,46; р<0,05) и цинк - медь ( г=0,57; р<0,05).

Ш село 83 город

Никель-Марганец Цинк- Марганец Цинк- Хром Цинк - Никель Никель - Медь Свинец-Медь Хром - Медь Цинк - Медь Никель - Хром Свинец-Хром

-0,5 0 0,5 1

Корреляционные пары

Рисунок 2. Особенности корреляционных взаимосвязей между подвижными формами металлов в почве.

Корреляционный анализ взаимосвязей подвижных форм металлов в почве выявил на городских территориях 5 достоверных приоритетных ассоциаций (рис.2): меди с цинком, хромом, свинцом (при г=0,78-0,84; р<0,05) и цинка с хромом, никелем (г=0,78-0,93; р<0,05). Для сельских территорий характерны только 3 ассоциации: медь - цинк, медь - никель (г-0,61-0,69; р<0,05) и цинк -никель (г-0,52; р<0,05).

Таким образом, анализ приоритетных взаимосвязей в снеге и почве позволил выявить общие закономерности количественного распределения и совместного присутствия элементов характерных как для урбанизированных, так и для сельских территорий: в почве Цинк - Медь; Цинк - Никель и Цинк - Медь в снеговом покрове.

Анализ возможных корреляций между количественными характеристиками микроэлементов в биосредах позволил выделить достоверные взаимосвязи для 5 парных корреляции у детей урбанизированных территорий (медь - марганец; никель - марганец, хром, свинец и хром - свинец) и только 2 парных (медь - цинк и никель - марганец) для сельских поселений (рис.3). Характерно, что наибольшее количество ассоциаций установлено для никеля в городах и отсутствие достоверных связей для цинка в биосредах детей анализируемых территорий.

Никель - Марганец

Никель - Хром Никель - Свинец

Хром - Свинец

Медь - Цинк Медь - Марганец

Рисунок 3. Особенности корреляционных взаимоотношений между концентрациями элементов в волосах детей.

Таким образом, анализ приоритетных взаимосвязей изучаемых элементов в биосредах (волосы) позволил выявить общие закономерности количественного распределения на урбанизированных и сельских территориях только для никеля и марганца. Следует отметить, что наличие в основном, отрицательных слабых взаимосвязей содержания цинка с другими элементами, наличие отрицательной корреляции среднего (г= -0,36) уровня в городах и высокого (г= -0,98) в сельских поселениях для парной ассоциации Медь - Цинк подтверждают антагонизм между Zn и Си связанный с тем, что Си образует более прочные соединения с металлотионеином чем хотя оба металла активируют его синтез.

На характер биокинетики и аккумуляцию микроэлементов, состав маркеров биологической экспозиции, могут сказываться не только физико-химические свойства элементов, синергические и антагонистические взаимоотношения при полиэлементном присутствии в среде, но и модифицирующее действие, или даже эффект суммации при комбинированном воздействии токсичных металлов (Кацнельсон Б.А.,2002).

По результатам модельного эксперимента, в условиях субхронической интоксикации крыс при комбинированном действии хрома и бензола в дозах эквивалентным ПДК, установлен дисбаланс микроэлементов и прооксидантный эффект.

.1 .....

" хд Ш ' 0

ЗШШбШШ

(|

взэ

¿аяи

1Ш5Й 1 ¡КЗКЯИЗЗЯ /-7

1 -0,5 0 0,5 1

Корреляционные пары

Таблица 3

Содержание микроэлементов в крови крыс (мкг/г, М±т)

Группы Си гп Мп Ре N1 Сг

1 Контроль 1,07 ±0,05 5,03 ±0,27 0,07 ±0,01 434,5 ±9,14 0,15 ±0,03 0,01 ±0,01

2 Бензол 1,02 ±0,02 4,76 ±0,10 0,07 ±0,002 357,5 ±15,31 0,10 ±0,01 0,09 ±0,04*

3 Хром 0,91 ±0,04 4,92 ±0,31 0,06 ±0,01 325,7 ±16,07* 0,04 ±0,004* 0,43 ±0,03*

4 Хром+ Бензол 1,10 ±0,05 4,15 ±0,15* 0,08 ±0,01 361,0 ±10,36 0,07 ±0,01* 0,50 ±0,05*

Примечание *при Р<0,05 относительно контроля

Из результатов экспериментального исследования видно (табл 3), что отсутствовали достоверные изменения концентрации в крови меди и марганца во всех сериях эксперимента, установлено снижение цинка (р<0,05) при комбинированном воздействии Характерно, что отмечается снижение концентраций в крови железа и никеля относительно контроля во всех сериях эксперимента и увеличение хрома При этом в 3 экспериментальной группе при воздействии хрома концентрация железа снижается в 1,3 раза, а никеля в 2,1 (4 группа) и 3,7 раза (3 группа)

Таблица 4

Содержание микроэлементов в печени крыс (мкг/г, М±ш)

Группы Си Ъл Мп Ре N1 Сг

1 Контроль 2,0 ±0,08 16,22 ±0,84 0,08 ±0,01 38,46 ±1,89 0,1 ±0,01 0,09 ±0,02

2 Бензол 1,83 ±0,11 13,72 ±0,65* 0,11 ±0,01 32,04 ±2,21* 0,14 ±0,03 0,07 ±0,01

3 Хром 1,96 ±0,04 13,98 ±0,46* 0,06 ±0,004* 30,71 ±1,40* 0,22 ±0,01* 3,18 ±0,09*

4 Хром+ Бензол 1,92 ±0,10 13,99 ±1,00 0,07 ±0,01 29,04 ±1,57* 0,17 ±0,04 2,89 ±0,19*

Примечание *при Р<0,05 относительно контроля

Аналогичная закономерность проявляется в содержании микроэлементе в печени, за исключением никеля (табл 4) Для никеля харашерно увеличение концентрации в печени во всех экспериментальных ipyrinax в 1,4 - 2,2 раза, что может быть связано с переходом элемента в органы и ткани

Таким образом, наиболее выраженное снижение цинка, железа установлено в крови и в печени животных при комбинированном воздействии хрома и бензола, что следует рассматривать как проявление модифицирующего эффекта Следовательно, в основе проявления дисбаланса микроэлементов при выраженном антропогенном воздействии необходимо учитывать модифицирующее действие факторов малой интенсивности органической природы, а не только наличием конкурентных взаимоотношений микроэлементов в организме

Учитывая, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов среды обитания на организм человека, является «окислительный стресс» (Красиков С И ,2005), характеризующийся активацией процессов свободнорадикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов (Сетко, Н П 1989,2004, Боев В М и др, 2006, Хрипач Л В и др., 2006), целесообразно, при обосновании маркеров биологической экспозиции рассматривать изучаемые микроэлементы, их прооксидантные свойства, состояние ПОЛ, в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа)

Таблица 5

Активность антиокислительных ферментов при субхронической интоксикации бензолом и хромом (М±ш)

Исследуемые группы СОД, Уел ед/гНЬ Катал аза, Уел ед/гНЬ

1 Интактные п=20 221,42±4,7 201,00±5,70

2 Хром п=20 269,43±5,29* 239,00±6,00*

3 Бензол п=20 186,2±3,18 149,82±4,80*

4 Хром + бензол п=20 144,1 ±4,00* 97,3±4,15*

Примечание * - р<0,05 по сравнению с контролем

По результатам исследования видно (табл 5), что в группе животных получавших бензол установлено снижение активности СОД на 15,9%, ката-лазы - на 25,5% по сравнению с активностью этих ферментов в эритроцитах интактных животных В то же время, затравка хромом проявлялась достоверным повышением активности СОД на 21,7 %, а каталазы - на 18,9% {р<0,05) При комбинированном действии токсикантов наблюдалось резкое падение активности всех ферментов по сравнению с интактной группой животных Особенно это было выражено в отношении активности эритроци-тарной каталазы Так, активность СОД у животных, получавших смесь, снизилась на 34,9%, а активность каталазы - на 51,6%

Полученные данные свидетельствуют о высокой чувствительности антиоксидантных ферментов эритроцитов к хроническому воздействию бензола и хрома, что свидетельствует о высокой прооксидантной активности этих веществ в повреждающем действии на организм При этом очевидно, что комбинированное действие токсикантов разной природы приводит к развитию хронического «окислительного стресса», проявляющегося резким снижением мощности антиоксидантной системы Следовательно, оксида-тивное действие органических поллютантов (бензол), не являющихся собственно окислителями, проявлялось в модифицирующем действии проокси-данта с выраженными окислительными свойствами (хром)

Характерная закономерность в проявлении активности антиокиси-дантных ферментов на действие токсикантов различной природы позволяет рассматривать их как маркеры ответа при экспертизе воздействия факторов среды обитания на организм человека при профессиональной деятельности и в качестве индикативных показателей оценки среды и степени воздействия на организм (ущербы здоровью, снижения качества жизни)

Таким образом, проведенные сравнительные гигиенические и экспериментальные исследования межсредового распределения микроэлементов в биосредах и в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территорий, определение корреляций между количественными характеристиками микроэлементов в системе «среда обитания - человек», математически обосновывают приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью

выводы

1 По результатам мониторинга микроэлементов N1, Сс1, РЬ, Сг, Си, /п, Мп (1993 - 2007 гг) в среде обитания установлено снижение анализируемых примесей в снеговом покрове (атмосфере) по всем показателям на территориях сельских поселений в 1,85 раза и увеличение содержания марганца, никеля, свинца и хрома на урбанизированных территориях в 1,3 раза Приоритетными загрязнителями почвы являются марганец (валовая и подвижная формы), никель (валовая форма), хром (валовая форма), цинк (валовая и подвижная формы) и медь (валовая форма) По суммарному показателю (К почва) достоверных различий по валовым формам на урбанизированных и сельских территориях не установлено По подвижным формам металлов суммарный показатель на территориях сельских поселений выше в 1,5 раза В питьевой воде и продуктах питания концентрации всех изученных микроэлементов не превышали нормативных значений

2 Идентификация микроэлементного спектра (волосы, кровь) у детей, проживающих в городских и сельских поселениях показало наличие дисбаланса с повышенным содержанием марганца, никеля, свинца, кадмия ( в 2 0 - 4,3 раза, р<0,05) в городах, хрома и цинка в селах (в 2,2 - 3,7 раза, р<0,05) Сравнительный анализ содержания элементов в биосредах в системе «волосы - кровь» выявил наличие баланса для меди, цинка, хрома, свинца, кадмия и дисбаланса в содержании марганца и никеля

З.Установлена корреляционная зависимость между количественными характеристиками микроэлементов (Си, N1, Мп, Сс1, РЬ, Сг, 7п) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения Для урбанизированных территорий приоритетным фактором среды обитания является ингаляционный путь поступления цинка (г=0,78), никеля(г=0,63), марганца(г=0,80) и хрома(г=0,53), для сельских поселений наиболее значимыми факторами среды являются почва (никель - г=0,66, марганец - г=0,54) и питьевая вода (медь - г=0,55) при р<0,05

4 Получены достоверные различия между количественными характеристиками микроэлементов в биосредах у детей урбанизированных (5 парных корреляций медь - марганец, никель - марганец, никель - хром, никель - свинец и хром - свинец) и сельских территорий (2 парных медь - цинк и никель -марганец) и общие закономерности приоритетных взаимосвязей для никеля, марганца и цинка Сопряженные модели зависимости межсредового распределения микроэлементов на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве маркеров экспозиции для факторов среды обитания и маркеров биологической экспозиции при идентификации токсикантов

5 Для комбинированной токсичности бензола и хрома характерно резкое падение активности всех изученных ферментов, но особенно это проявлялось в снижении активности каталазы на 51,6% и супероксиддисмутазы на 34,9% и выраженном снижении цинка и железа в крови и печени животных Установ-ленно что по некоторым эффектам (проявление дисбаланса микроэлементов и состоянию ПОЛ) действие бензола, не являющегося собственно окислителем, проявлялось в модифицирующем действии прооксиданта с выраженными окислительными свойствами (хром), а не только наличием конкурентных взаимоотношений микроэлементов в организме

6 В субхроническом модельном эксперименте на крысах подтверждена высокая прооксидантная активность хрома и бензола в повреждающем действии на организм, причем при интоксикации бензолом отмечалось угнетение ферментов антиоксидантной системы, а при воздействии хрома - активация Выявленна высокая чувствительность антиоксидантной системы к комбинированному воздействию бензола и хрома в дозах эквивалентных ПДК, что позволяет рассматривать ферменты антиоксидантной системы как маркеры ответа при экспертизе воздействия факторов среды обитания на организм человека

7 Гигиенические и экспериментальные исследования межсредового распределения микроэлементов в биосредах и в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территорий, наличие корреляционных связей между количественными характеристиками микроэлементов в системе «среда обитания - человек», математически обосновывают приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью

Практические рекомендации

1 Для количественной оценки реальных уровней экспозиции химических элементов на организм населения, выявления источников и приоритетных факторов среды обитания необходимо усовершенствовать систему контроля с учетом регионального перечня приоритетных химических соединений в объектах окружающей среды

2 Совершенствовать программу социально - гигиенического мониторинга путем внедрения в нее биологического мониторинга и включения в Региональный информационный фонд приоритетные маркеры экспозиции факторов среды обитания для использования в оценке риска здоровья

3 Для детского населения следует предусмотреть адресные программы коррекции дисбаланса микроэлементов специфическими и неспецифическими мероприятиями

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Михайлова И.В. Особенности биологического действия бихромата калия и бензола на крыс вистар. / И.В. Михайлова, А.И. Смоля гин, Е.В. Ермолина, М.В. Боев, В.М. Боев // Вестник Оренбургского Государственного Университета. - 2005. - №12. - С.85-88.

2. Боев В М. Свободнорадикальное окисление в оценке риска здоровья. 1 В.М. Боев, С.И. Красиков, Н.В. Свистунова, A.A. Неплохое, М.В. Боев, Н.В. Шарапова, C.B. Тимошинова // Гигиена и Санитария -JVsS- 2006.-С.120.

3. Боев М.В. Модифицирующее действие хрома и бензола на баланс микроэлементов и состояние иммунитета. / М.В. Боев // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №13. - С.209-210.

4. Лесцова H.A. Оценка риска при алиментарном поступлении кон-таминантов в системе социально - гигиенического мониторинга. / H.A. Лесцова, В.Н. Дунаев, H.H. Верещагин, М.В. Боев // Вестник Оренбургского Государственного Университета. - 2005. - №5. - С 94-100.

5 Боев В M Экспериментально - гигиеническое обоснование модифицирующего действия факторов малой интенсивности на баланс микроэлементов и иммунитет / В M Боев, И В Михайлова, А И Смолягин, М.В Боев // Экологически обусловленные ущербы здоровью методология, значение и перспективы оценки Материалы Пленума Научного совета по экологии и гигиене окружающей среды РАМН и Минздрава и соцразвития РФ - Москва - 2005 - С 326328

6 Боев В M Суммарная «окислительная нагрузка металлов переменной валентности», как способ выражения прооксидантного действия / В M Боев, С И Красиков, H В Свистунова, H В Шарапова, С В Тимошинова, М.В Боев // Экологически обусловленные ущербы здоровью методология, значение и перспективы оценки Материалы Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ - Москва-2005 -С 324-325

7 Боев В M Оценка риска факторов среды обитания на здоровье населения урбанизированных и сельских территорий / В M Боев, H H Верещагин, М.В Боев, А Б Фролов, Р M Шагеев // Актуальные проблемы и перспективы развития медико-профилактического дела в Российской Федерации Материалы научно-практической конференции - Казань-2006 - С 181-184

8 Боев В M Оценка суммарного риска здоровью населения химических факторов городской среды / В M Боев, А Г Сетко, M В Боев, А Б Фролов // Современные проблемы гигиены города, методология и пути решения Материалы Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития Российской Федерации - Москва -2006-С 41-44

9 Боев В M Дисбаланс микроэлементов в среде обитания и состояние иммунитета у детей на урбанизированных и сельских территориях / В M Боев, И В Михайлова, М.В Боев, H H Верещагин, Е В Попова, И В Синева // Ак-

туальные вопросы фундаментальной и клинической аллергологии и иммунологии Материалы 5 конференция иммунологов Урала - Оренбург - 2006 -С 153-154

10 Боев В М Биологические маркеры межсредового распределения микроэлементов в объектах среды обитания в условиях модифицирующего действия факторов малой интенсивности / В М Боев, Л А Перминова, Н А Лесцо-ва, Л М Тулина, М.В. Боев // Методологические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды Материалы Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ -Москва-2007 - С 83-85

11 Боев В М Региональные особенности межсредового перехода биоэлементов в системе «среда обитания-человек» / В М Боев, Н Н Верещагин, М.В Боев, Е Г Фролова // Биоэлементы Материалы II международной научно-практической конференции - Оренбург - 2007 - С 289-293

12 Коноплев А И Формирование доз химических поллютантов при экспозиции в жилой и промышленной зоне / А И Коноплев, А А Неплохое, Е Г Фролова, В Н Дунаев, М В Боев // Актуальные проблемы и перспективы развития медико-профилактического дела в Российской Федерации Материалы научно-практической конференции - Казань - 2006 - С 220-223

13 Быстрых В В Оценка риска для здоровья населения факторов среды обитания / В В Быстрых, С С Макшанцев, М.В Боев, А Б Фролов, Р М Ша-геев // Биоэлементы Материалы II международной научно-практической конференции - Оренбург - 2007 - С 301-305

14 Сетко А Г Дисбаланс микроэлементов в окружающей среде и организме человека и риск здоровью человека / А Г Сетко, М.В Боев, Р М Шаге-ев, Е Г Фролова // Экологически обусловленные ущербы здоровью методология, значение и перспективы оценки Материалы Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздрава и соцраз-вития РФ - Москва-2005 - С 159-160

Боев

Михаил Викторович

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ ЭКСПОЗИЦИИ И МЕЖСРЕДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ ОБИТАНИЯ

14.00.07-Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Отпечатано с готового оригинал-макета 20.03.2008 г. Заказ № 27. Тираж 100 экз.

ЛР№ 063109 от 04.02.1999 г. ООО «Агентство «Пресса» г. Оренбург, ул. Комсомольская, 45

Актуальность темы. Многокомпонентное^, многофакторность и разнонаправленность воздействия среды обитания на человека определяют методические трудности в получении многоплановой информации, ее интегральной оценке, стандартизации, выявлению причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания, с последующим выделением приоритетов и внедрением информативных показателей для ведения социально-гигиенического мониторинга (Рахманин Ю.А. с соавт., 1998-2002; Онищенко Г.Г., НовиковС.М., Иванов С.И., 2001).

Степень опасности ксенобиотиков во многом зависит не только от токсичности, но и от трансформации в среде обитания и способности к миграции и аккумуляции в биологических системах. Химические соединения, особенно металлы переменной валентности и металлозависимые ферменты антиоксидантной системы организма, при оценке влияния окружающей среды на человека могут выступать в роли маркеров экспозиции факторов среды обитания, в том числе и маркеров биологической экспозиции (Большаков A.M., Акимова Е.И., 1997; Зайцева Н.В.с соавт., 2000 - 2005).

В настоящее время известно, что одним из механизмов, через которые реализуется воздействие факторов среды обитания на организм человека, является «окислительный стресс», характеризующийся активацией процессов свободнорадикального окисления с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов (Сетко Н.П., 1989,2004). Особое место среди токсикантов занимают такие металлы как, марганец, никель, свинец, хром и др., прооксидантный эффект которых обусловлен как неспецифическим действием на организм и антиоксидантную систему, так и собственно реакциями активации кислорода и свободно-радикального окисления (Чучалин

А.Г., 2004) и, следовательно, могут рассматриваться в качестве интегральных маркеров повреждения организма (маркеры ответа).

На характер биокинетики и биоаккумуляцию микроэлементов, состав маркеров биологической экспозиции, могут влиять не только физико-химические свойства элементов, синергические и антагонистические взаимоотношения при полиэлементном присутствии в среде, но и модифицирующее действие, или даже эффект суммации при комбинированном воздействии токсичных металлов (Кацнельсон Б.А.,2002). Модифицирующее действие факторов малой интенсивности со специфическим и неспецифическим характером биологического действия (Янышева Н.Я. с соав.,1998) занимает важное место в реальных условиях среды обитания. У детей, проживающих в экологически неблагополучных территориях, при снижении концентрации эссенциальных микроэлементов (в волосах) одновременно увеличивается концентрация токсичных (Боев, 1998-2005 В.М), что свидетельствует о возможном модифицирующем эффекте других средовых факторов (элементов) и подтверждает известный факт синергизма и антагонизма микроэлементов.

Эти и другие проблемы во многом обосновывают целесообразность и необходимость разработки действенной системы идентификации и мониторинга микроэлементов в среде обитания человека при оценке риска здоровью в рамках социально-гигиенического мониторинга (постановление Правительства РФ № 60 от 02.02.06) по выявлению приоритетных региональных маркеров экспозиции факторов среды, маркеров биологической экспозиции и маркеров эффектов. До сих пор остаются недостаточно разработанными вопросы комплексной оценки региональных особенностей межсредового распределения химических элементов в системе «среда обитания - человек», отсутствует экспериментальное обоснование проявлений дисбаланса микроэлементов и модифицирующих эффектов при комбинированном поступлении низких концентраций химических веществ разнонаправленного действия.

Перечисленный круг нерешенных вопросов определил актуальность и составил цель и задачи настоящей работы, которая проводилась в соответствии с планом НИР Оренбургской государственной медицинской академии(№ государственной регистрации 01.2.00316.164).

Цель исследования: Провести комплексную экспериментально гигиеническую оценку межсредового перехода и взаимодействия микроэлементов в системе «среда обитания - человек» на урбанизированных и сельских территориях и количественного распределения маркеров биологической экспозиции для обоснования приоритетных показателей в рамках ведения социально - гигиенического мониторинга.

Задачи исследования:

1. Провести идентификацию распределения кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания.

2. Оценить количественные характеристики межсредового распределения и взаимодействия элементов (Си, Ni, Mn, Cd, Pb, Cr, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания).

3. Провести сравнительный анализ межсредового перехода и взаимодействия элементов в биосредах детей.

4. Экспериментально оценить комбинированное действие хрома и бензола на свободно радикальную активность, кинетику микроэлементов и формирование маркеров ответа.

5. Обосновать приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью.

Научная- новизна. Впервые определены особенности приоритетного распределения микроэлементов в объектах среды обитания на урбанизированных и сельских территориях. Математически обоснованы сравнительные количественные характеристики межсредового перехода и взаимодействия элементов (Си, Ni, Mn, Cd, Pb, Cr, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения.

Получены достоверные различия между количественными характеристиками распределения микроэлементов в биосредах у детей урбанизированных и сельских территорий с общими закономерностями приоритетных взаимосвязей для никеля, марганца и цинка.

В условиях модельного эксперимента подтверждена высокая прооксидантная активность хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК, а при комбинированном действии установлено снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов.

Впервые научно обоснованы приоритетные региональные маркеры экспозиции в объектах среды обитания, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследования. Установлены приоритетные металлы в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территориях, определяющие наибольший риск формирования биологической экспозиции.

Полученные модели содержания микроэлементов в объектах среды обитания и в организме человека на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия, позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве универсальных региональных маркеров экспозиции для факторов среды обитания и маркеров биологической экспозиции при идентификации токсикантов и оценке риска здоровью населения при ведении социально-гигиеническогомониторинга.

Практическая ценность работы характеризуется гигиеническим и экспериментальным обоснованием маркеров ответа: снижение активности антиоксидантных ферментов и дисбаланс микроэлементов для применения в гигиенической диагностике экологически обусловленных состояний.

Результаты исследований послужили основой для разработки комплекса мероприятий, направленных на совершенствование системы СГМ, в том числе по оптимизации объема контролируемых металлов в объектах среды обитания.

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность отделов социально-гигиенического мониторинга ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области» (акт внедрения от 11.12.2007 г.) и Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области (справка о внедрении от 24.01.2008 г.). Материалы исследований включены в ежегодные доклады «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Оренбургской области» (2006 -2007 г) и используются Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов администрации Оренбургской области (акт внедрения от 03.03.2008г.), для решения вопросов охраны окружающей среды.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в Оренбургской медицинской академии, включены в программу курсов усовершенствования врачей - гигиенистов, врачей-лаборантов, помощников, санитарных врачей в Оренбургской области (акт внедрения от 25.01. 2008г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, и обсуждены: на Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Экологически обусловленные ущербы здоровью: методология, значение и перспективы оценки» (Москва, 2005);. Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН' и Минздравсоцразвития РФ «Современные проблемы гигиены города, методология и пути решения» (Москва,2006); 2 Международной научно-практической конференции: Биоэлементы (Оренбург, 2007); 5 конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической аллергологии и иммунологии (Оренбург, 2006); Пленуме Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ «Методологические проблемы изучения и оценки био - и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды» (Москва,2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 статьи в издании, рекомендованных ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 .Сравнительная количественная характеристика межсредового распределения и взаимодействия кадмия, хрома, свинца, никеля, марганца, меди, цинка в объектах среды обитания и в биосредах (волосы) детей на урбанизированных и сельских территориях.

2.Модифицирующие эффекты определяются прооксидантной активностью при комбинированном действии хрома и бензола в дозах эквивалентных ПДК.

4. Обоснование маркеров экспозиции факторов среды обитания, маркеров биологической экспозиции и маркеров ответа определяется различной степенью межсредового распределения, развитием дисбаланса микроэлементов и изменением антиоксидантной активности.

выводы

1. По результатам мониторинга микроэлементов Ni, Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, Mn (1993 - 2007 гг.) в среде обитания установлено снижение анализируемых примесей в снеговом покрове (атмосфере) по всем показателям на территориях сельских поселений в 1,85 раза и увеличение содержания марганца, никеля, свинца и хрома на урбанизированных территориях в 1,3 раза. Приоритетными загрязнителями почвы являются марганец (валовая и подвижная формы), никель (валовая форма), хром (валовая форма), цинк (валовая и подвижная формы) и медь (валовая форма). По суммарному показателю (К почва) достоверных различий по валовым формам на урбанизированных и сельских территориях не установлено. По подвижным формам металлов суммарный показатель на территориях сельских поселений выше в 1,5 раза. В питьевой воде и продуктах питания концентрации всех изученных микроэлементов не превышали нормативных значений.

2. Идентификация микроэлементного спектра (волосы, кровь) у детей, проживающих в городских и сельских поселениях показало наличие дисбаланса с повышенным содержанием марганца, никеля, свинца, кадмия ( в 2.0 - 4,3 раза, р<0,05) в городах, хрома и цинка в селах (в 2,2 - 3,7 раза, р<0,05). Сравнительный анализ содержания элементов в биосредах в системе «волосы -кровь» выявил наличие баланса для меди, цинка, хрома, свинца, кадмия и дисбаланса в содержании марганца и никеля.

3.Установлена корреляционная зависимость между количественными характеристиками микроэлементов (Си, Ni, Mn, Cd, Pb, Cr, Zn) в сопряженных факторах среды обитания (снег - почва - вода - продукты питания) и в биосредах детского населения. Для урбанизированных территорий приоритетным фактором среды обитания является ингаляционный путь поступления цинка (г=0,78), никеля(г=0,63), марганца(г=0,80) и хрома(г=0,53); для сельских поселений наиболее значимыми факторами среды являются почва (никель - г=0,66, марганец - г=0,54) и питьевая вода (медь - г=0,55) при р<0,05.

4.Получены достоверные различия между количественными характеристиками микроэлементов в биосредах у детей урбанизированных (5 парных корреляций: медь - марганец, никель - марганец, никель - хром, никель - свинец и хром - свинец) и сельских территорий (2 парных: медь - цинк и никель - марганец) и общие закономерности приоритетных взаимосвязей для никеля, марганца и цинка. Сопряженные модели зависимости межсредового распределения микроэлементов на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия позволяют рассматривать никель, марганец и цинк в качестве маркеров экспозиции для факторов среды обитания и маркеров биологической экспозиции при идентификации токсикантов.

5. Для комбинированной токсичности бензола и хрома характерно резкое падение активности всех изученных ферментов, особенно это было установлено в отношении снижения активности каталазы на 51,6% и супероксиддисмутазы на 34,9%, выраженное снижение цинка и железа в крови и печени животных. Особое гигиеническое значение имеет тот факт, что по некоторым эффектам (проявление дисбаланса микроэлементов и состоянию ПОЛ) действие бензола, не являющегося собственно окислителем, проявлялось в модифицирующем действии прооксиданта с выраженными окислительными свойствами (хром), а не только наличием конкурентных взаимоотношений микроэлементов в организме.

6. В субхроническом модельном эксперименте на крысах подтверждена высокая прооксидантная активность хрома и бензола в повреждающем действии на организм, причем при интоксикации бензолом отмечалось угнетение ферментов антиоксидантной системы, а при воздействии хрома активация. Полученные данные свидетельствуют о высокой чувствительности антиоксидантной системы к комбинированному воздействию бензола и хрома в дозах эквивалентных ПДК, что позволяет рассматривать ферменты антиоксидантной системы как маркеры ответа при экспертизе воздействия факторов среды обитания на организм человека.

7.Гигиенические и экспериментальные исследования межсредового распределения микроэлементов в биосредах и в объектах среды обитания урбанизированных и сельских территорий, наличие корреляционных связей между количественными характеристиками микроэлементов в системе «среда обитания - человек», математически обосновывают приоритетные маркеры экспозиции в объектах среды, маркеры биологической экспозиции и маркеры ответа для целей социально-гигиенического мониторинга и оценки риска здоровью.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Для количественной оценки реальных уровней экспозиции химических элементов на организм населения, выявления источников и приоритетных факторов среды обитания необходимо усовершенствовать систему контроля с учетом регионального перечня приоритетных химических соединений в объектах окружающей среды.

2.Совершенствовать программу социально - гигиенического мониторинга путем внедрения в нее биологического мониторинга и включения в Региональный информационный фонд приоритетные маркеры экспозиции факторов среды обитания для использования в оценке риска здоровья.

3.Для детского населения следует предусмотреть адресные программы коррекции дисбаланса микроэлементов специфическими и неспецифическими мероприятиями.