CC BY
40
время и, по прогнозам, останется в обозримом будущем одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Ежегодно предприятиями теплоэнергетики (ПТЭ) средней производственной мощности в атмосферный воздух выбрасывается до 3,8 тыс. тонн взвешенных частиц и до 8,7 тыс. тонн газообразных веществ.
Среди компонентов атмосферных выбросов предприятий теплоэнергетики, где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь, относительно большой удельный вес принадлежит аэрозолям летучей золы [7]. Процентное участие аэрозолей летучей золы в общей сумме концентраций контролируемых загрязнителей атмосферного воздуха в районах размещения ПТЭ составляет 26,7 - 31,7%.
Литературные сообщения о биологическом действии летучей золы носят фрагментарный характер и не раскрывают в полной мере патогенетические механизмы действия данного загрязнителя окружающей среды на организм [10,11]. В связи с этим нами было проведено комплексное экспериментальное исследование, в ходе которого были изучены резорбтивно-токсический эффект, механизм действия аэрозолей летучей золы с анализом липидного метаболизма.
-в
1 груь.
2 группа
3 группа
п: оз га «й
о ^
н Й
2 а о к
ров, профессор П. И. 3. Селюнина ц1ьная оценка
;ого действия
iпредприятий ергетики
швейная медицинская демия
1ка является в настоящее
Материалы и методы исследования
При оценке характера биологического действия аэрозолей летучей золы в качестве объектов исследования служили образцы, отобранные из газоотходных систем ТЭЦ - 4 (образец № 1) и ТЭЦ - 5 (образец № 2).
В качестве подопытных животных были использованы 140 беспородных белых крыс с исходной массой 230-280 г .
Токсикологический эксперимент включал следующие этапы:
- установление параметров токсичности двух образцов аэрозолей летучей золы по летальному эффекту (1ЛЭ50);
- изучение общетоксического (резорбтив-ного)действия.
Определение среднесмертельных доз (ЬБ50) было проведено при внутрибрюшинном введении образцов белым крысам, содержащимся на стандартной диете в условиях вивария. Данный способ введения является наиболее приемлемым для оценки токсического действия малорастворимых веществ в остром опыте, так как при этом исключается быстрая элиминация из организма и имеется возможность изучить эффекты после однократного введения 11].
Образцы золы тщательно измельчали, разбавляли 0,9% раствором ИаС1 и стерилизовали автоклавированием при 121°С в течение 1 часа. Концентрация образцов определялась путем высушивания до постоянной массы в вакуумном
эксикаторе. В эксперименте были изучены дозы 2.0; 4.0; 6.0; 8.0; 10.0 г/кг массы тела. Контрольным животным вводили внутрибрюшинно 5 мл 0,9% раствора МаС1. Наблюдение за животными в остром опыте осуществлялось в течение 15 дней. В ходе наблюдения обращалось внимание на поведение, состояние, внешний вид, наличие аппетита, реакцию на внешние раздражители.
После окончания срока наблюдения у животных опытной группы, которым была введена максимальная доза 10 г/кг, и у животных контрольной серии были определены весовые коэффициенты внутренних органов, биохимические показатели плазмы крови (интегральные показатели острой нелетальной токсичности). В качестве интегральных показателей острой нелетальной токсичности служили: общий белок, малоновый диальдегид (МДА), активность ферментов - аспартатаминотрансферазы (А8Т), аланинаминотрансферазы (АЬТ), гамма-глутамилтрансферазы (ГГТ), церулоплазмин. Данные показатели позволяют выявить органоспецифичность эффектов на сердце и печень, промежуточные продукты перекисного окисления липидов.
В ходе эксперимента, с целью выявления токсического эффекта, определялась мышечная работоспособность (один из тонких показателей функционального состояния организма экспериментальных животных) методом проведения проб с подвисанием на горизонтальном стержне, осуществлялось наблюдение за динамикой массы тела животных, изучались поведенческие реакции (норковый эффект, количество вставаний, количество умываний и пересеченных квадратов), определялись весовые коэффициенты внутренних органов, биохимические показатели плазмы крови.
Гемолитическая активность исследуемых образцов оценивалась по методике Е.ЗгеЩе! [14].
Характер активации макрофагов исследовался методом хемилюминесценции (ХЛ) в стандартной суспензии макрофагов. О влиянии аэрозолей летучей золы на генерацию активных форм кислорода (АФК) мононуклеарными фагоцитами мы судили по изменению показателя общей светосуммы (Б).
При оценке липидного метаболизма и состояния оксидантно-антиоксидантной системы организма экспериментальных животных было изучено содержание тотальных липидов, триалглицеринов (ТАГ), общего холестерина и его фракций - свободного и эфиросвязанного, липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), церулоплазмина и конечных продуктов липопе-роксидации, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой (ТБК ап.).
Результаты исследования были статистически обработаны на РС с применением прикладных и оригинальных программ.
Результаты исследования и их обсуждение
Образцы проб летучей золы ПТЭ по своему вещественному составу относительно близки в количественном отношении. Основными компонентами являются Si02 (46,7-57,0%), А12Оэ (19,0-40,0%), Fe203 (4,8-12,1%), СаО (3,2-4,4%), MgO (1,4-2,5%), К20 (1,7-1,9%). Кроме перечисленных соединений, химический состав образцов пыли характеризуется присутствием целого ряда химических элементов (мышьяк, фтор, тяжелые металлы, бериллий, гафний, литий и др.), однако в количестве весьма незначительном, составляющем от сотых до тысячных и более процентов.
Аэрозоли летучей золы ПТЭ представляют собой сложные силикатные системы, в которых основное значение имеют силикаты алюминия, железа и кальция (фазовый состав: A^SiO^ - 63,5%, Fe2Si04 - 21,5%, CagSiO^ - 7,3%, нераспознанные фазы - 5,7%).
Наблюдение за лабораторными животными, которым в условиях острого эксперимента было проведено внутрибрюшинное введение 2-х образцов зольных аэрозолей ТЭЦ показало, что только введение в дозе 8-10 г/кг вызывало у ряда животных кратковременное угнетение поведенческих реакций, в дальнейшем поведение данных животных не отличалось от животных, которым были введены меньшие дозы аэрозолей, и животных контрольной группы. Гибели животных не наблюдалось в течение 15 дней и в последующие дни во всех подопытных группах.
Установлено, что в плазме крови животных 2-х опытных групп наблюдалось статистически достоверное повышение содержания общего белка (78,4±4,1 г/л и 77,2±3,6 г/л соответственно) по сравнению с животными контрольной группы (67,0±3,0 г/л). Различие по данному показателю свидетельствует о слабо выраженном резорбтивно-токсическом действии изученных аэрозолей летучей золы предприятий теплоэнергетики.
Для оценки степени цитотоксичности определялась гемолитическая активность изучающихся образцов аэрозолей летучей золы ПТЭ в сравнении с пылью кварца и элементарной серы.
Из приведенных в таблице 1 данных видно, что все исследуемые образцы аэрозолей летучей золы ПТЭ обладают цитотоксичностью, однако они оказались статистически значимо менее цитотоксичными, чем кварцевая пыль, и более цитотоксичными, чем аэрозоли элементарной серы.
Таким образом, аэрозоли летучей золы ПТЭ по степени цитотоксичности можно отнести к группе средней цитотоксичности.
Наряду с оценкой резорбтивно-токсического эффекта и гемолитической способности нами в исследовании "in vitro" хемилюминесцентным
Таблица 1
Показатели гемолитической активности образцов аэрозолей летучей золы
Наименование пробы Экстинкция (Х+Бх) Показатели гемолиза (%)
Образец № 1 0,05110,00058* 60,7
Образец № 2 0,04810,00072* 57,1
Контроль (буфер) 0,02110,00063 25,0
Сера 0,02510,00084 29,8
Кварц 0,08410,00087 100,0
*- различия статистически достоверны (Р < 0,05).
методом было проведено исследование по изучению способности образцов проб летучей золы стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов.
Увеличение уровня Б в пылевых образцах через 15 минут инкубации вероятно связано с интенсивной вторичной трансформацией АФК на поверхности частиц летучей золы за счет развития каталитических реакций с участием ионов железа. Возможен и другой механизм вторичной трансформации АФК. Так, летучую золу ПТЭ, как сложную силикатную систему, в которой основное значение имеют силикаты алюминия, железа и кальция, можно отнести к примесным полупроводникам. Поэтому, согласно разработанной отечественным физиком Ф.Ф. Волькинштейном (1973), теории гетерогенного катализа на полупроводниках, можно предположить, что на поверхности частиц летучей
1200
золы ПТЭ возможна каталитическая реакция полупроводникового типа, продуктом которой может быть пероксид водорода [4,5].
Таким образом, проведенное нами исследова-ниепоказывает, что всуспензии фагоцитоз, активированных частицами летучей золы, происходит интенсивная генерация и накопление АФК.
С радикальными продуктами связано становление в организме адаптационных процессов, а также характер биохимических, иммунологических, функциональных и морфологических изменений, лежащих в основе развития патологии [2,3].
Наиболее выраженные сдвиги претерпевали показатели оксидантно-антиоксидантной системы организма (табл. 2).
Определение общей светосуммы хеми-люминесценции (Б) сыворотки крови показало, что она более чем в 2 раза превысила уровень
юоо
800
- 600 -с 2 з:
400 -
200
0
Рис. 1. Хемилюминесцентный ответ (уровень общей светосуммы) суспензии макрофагов на введение образцов пылевых частиц летучей золы ПТЭ
Таблица 2
Характеристика липидного обмена
Показатели Контроль Образец №1 Образец №2
Общие липиды, г/л 3,13±0,26 3,52+0,32 3,28±0,44
ТАГ, ммоль/л 1,38+0,12 0,54+0,12 1,45+0,15
Общий ХС, ммоль/л 0,89±0,12 0,49±0,14* 0,57+0,11*
Эфиросвязанный ХС, ммоль/л 0,54±0,06 0,32+0,08* 0,37+0,09*
Свободный ХС,ммоль/л 0,32+0,08 0,17+0,08 0,24+0,10
Коэффициент эстерификации 61,0±5,0 65,3+2,3 64,9±3,1
ЛПНП, г/л 0,068±0,007 0,070+0,008 0,066+0,009
АОА (Im/S) 0,143+0,012 0,079±0,008* 0,077±0,009*
S, имп./мин 1157±45,4 2375±54,9* 2572+58,2*
Im, и мп. 166+3,6 189±4,2* 198±6,8*
Церулоплазмин, г/л 87,5+15,7 90,1+10,7 84,6+10,8
ТБК ап, мкмоль/л 3,12±0,79 6,42±0,82* 6,12±0,56*
МДА, мкмоль/л 0,61±0,002 1,27+0,06* 0,99±0,04*
* - различия статистически достоверны (Р < 0,05) с контролем.
контрольных белых крыс. Аналогичную направленность претерпевали показатели, характеризующие конечные продукты липопероксидации (ТБК ап) и максимальной фотовспышки (1т). АОА при этом была достоверно сниженной во всех группах подопытных животных по сравнению с контролем.
Известно, что активация процессов ПОЛ приводит к нарушению структурной и функциональной ориентации мембран, мембранного транспорта, модификации клеточных белков и развитию преморбидных и патологических состояний [6,8,9]. Промежуточные и конечные продукты ПОЛ: гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот, малоновый диальдегид (МДА) и продукты, ассоциированные с ТБК ап, диеновые конъюгаты являются мутагенами [6,13]. Наибольшую опасность в этом отношении, представляют альдегиды, которые за счет образования белковых сшивок способны инактивировать ферменты, обеспечивающие целостность генетических структур [6,12].
Как видно из приведенных в таблице 2 данных, в сыворотке крови животных опытных групп отмечается, по сравнению с животными контрольной группы, статистически значимое увеличение уровня малонового диальдегида.
В конечном итоге биологическое действие исследуемых образцов аэрозолей летучей золы ПТЭ может быть связано с развитием реакций липопероксидации и соответствующей дестабилизацией мембран, а также деполяризацией полисахаридов и нарушением структуры межклеточного матрикса.
Выводы
1. По данным экспериментальных исследований летучая зола предприятий теплоэнергетики обладает слабовыраженным резорбтивно-токси-ческим действием и относится к группе аэрозолей средней цитотоксичности.
2. Аэрозоли летучей золы ПТЭ обладают выраженным свободно-радикальным механизмом действия, которое по данным экспериментальных исследований проявляется интенсивной генерацией и накоплением АФК, увеличением содержания липоперекисей и снижением активности антиоксидантной системы.
Список литературы:
1. Борисюк Ю.П. Рак легких у крыс, вызванный интратрахеальным введением продуктов курения.// Вопр.онкол. - 1969. - Т. 11, №6. - С. 43-49.
2. Величковский Б.Т. Фиброгенные пыли: особенности строения и механизмабиологического действия. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1980. - 159 с.
3. Владимиров Ю.А., Азизова O.A., Деев A.A. и др. Свободные радикалы в живых системах. Биофизика: Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР. - М„ 1991. - Т.29. - С. 1-252.
4. Волькинштейн Ф. Ф. Физикохимия полупроводников. М.: Наука, 1973. - С. 400.
5. Дорманчева Е.И., Цапок П.И., Петров Б.А. Оценка биохимического статуса населения, проживающего в районе с аномальным содержанием в почве мышьяка // Вятский медицинский вестник. - 2002. - №2. - С. 30-32.
6. Дурнев А.Д., Середенин С.Б. Мутагены.
Скрининг и фармакологическая профилактика воздействия. - М.: Медицина. - 1998. -С. 328.
7. Ильин Л. А., Книжников В. А., Шандала Н. К. с соавт. Онкологическая "цена" тепловой и атомной электроэнергии. М.: Медицина. - 2001.
8. Клебанов Г. И., Теселкин Ю. О., Бабенкова И. В. с соавт. Антиоксидантная активность сыворотки крови // Вестник Российской Академии медицинских наук. - 1999, № 2. - С. 15-22.
9. Прядко A. JI., Алексеева Т. В. Применение биотестирования для гигиенической оценки токсичности золошлаков ТЭЦ // Гигиена и санитария. - 1992. - № 3. - С. 69-70.
10. Braga A.L., Saldiva P., Pereira L. et al. Health effects of air pollution exposure on children and adolescents in Sao Paulo // Pediat. Pulmonol.
- 2001,-V. 31, №2.-P. 106-113.
11. Dudek В., Merecz D. Impairment of psychological functions in children environmentally exposed to lead // Int. J. Occup. Med. and Environ. Health. - 1997. - V. 10, № 1. - P. 37-46.
12. Imlay J. A., Linn S. DNA damage fnd oxygen radical toxity // Science. - 1988. - Vol. 210, №9. -P. 1302-1309.
13. Mc Cord J. M. Human disease, Free Radicals, and the Oxidant/Antioxidant Balans // Clin. Biochem. - 1993. - Vol. 26, № 5, - P. 351 - 357.
14. Szentei E. Die Hamolyse durch Quarzstaub und ihre Hemmung.In Buch "Ergebnisse von Untersuchungen auf dem Gebiet der Staub - und Silikosebekampfung im Steinkohlenbergbau". Detmold. Verlag Hermann Bosmann GmbH, 1967.
- Bd. 6 - S.149-156.
Summary
B.A. Petrov, P.I. Tsapok, S.V. Selyunina the experimental assessment of biological effects of ashes aerosols of urban heat and power engineering plants Kirov state medical academy
Ashes aerosols of urban heat and power engineering plants have marked free radical activity, low marked resorbtive and toxic activity. They belong to aerosol group with medium cytotoxicity.
