CC BY
36
УДК 612.084 + 613.633+615.099
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ В СОСТАВЕ ПЫЛЕГАЗОВОЙ СМЕСИ
© 2009 г. С. Б. Петров, Б. А. Петров, П. И. Цапок,
Т. И. Шешунова
Кировская государственная медицинская академия, г. Киров
В структуре атмосферных выбросов предприятий теплоэнергетики (ПТЭ), где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь, относительно большой удельный вес (более 30 %) принадлежит летучей золе (ЛЗ), образующейся при сжигании каменного угля при температуре выше 1200 °С. По данным эколого-гигиенических исследований, среднегодовые концентрации взвешенных частиц в атмосферном воздухе районов размещения современных угольных ПТЭ превышают величину референтной концентрации = 0,075 мг/ м3) в 3,6—5,3 раза, дисперсный состав витающих частиц характеризуется значительным преобладанием мелкодисперсных фракций [8]. По фазово-минералогическому составу аэрозоли ЛЗ ПТЭ представляют собой сложные силикатные системы, в которых основное значение имеют силикаты алюминия, железа и кальция [5]. Исследования по токсикологической оценке при внутрибрюшинном введении свидетельствуют о слабовыраженном резорбтивно-токсическом действии пыли ЛЗ и ее способности активизировать процессы липопероксидации [6]. В приземном слое атмосферного воздуха азрозоли ЛЗ, вследствие их способности сорбировать газообразные компоненты производственных выбросов (оксиды серы, азота, углерода), находятся в составе пылегазовых смесей (ПГС), изучение характера биологического действия которых не служило предметом специального исследования.
В задачи настоящего исследования входило изучение в условиях хронического эксперимента на животных биологического действия пыли ЛЗ в составе ПГС как постоянного фактора воздушного бассейна районов размещения ПТЭ.
Материал и методы исследования
В эксперименте изучались пылевые пробы, отобранные из газоход-ных систем ПТЭ перед выбросом в атмосферу. Вещественный состав зольных аэрозолей: SiO2 (45,70 %), А1203 (38,07 %), Fe2O3 (9,12 %), СаО (4,03 %), MgO (1,25 %), К20 (1,16 %). Содержание Дв, Си, Zn, РЬ, №, Cd, F — от сотых до тысячных процента. Дисперсный состав исследуемой пыли ЛЗ: частицы размером до 1 мкм составляли 74,6 %, от 1 до 2 мкм — 19,3 %, свыше 2 мкм — 6,1 % (данный состав получен путем отмучивания отобранных пылевых проб в дистиллированной воде и примерно соответствует дисперсности взвешенных веществ в атмосферном воздухе районов размещения ПТЭ).
Растворимость содержащихся в пыли ЛЗ химических элементов в физиологическом растворе, ацетатном и щелочном буферных растворах определялась в фильтрате после 10-дневной экспозиции в термостате (37 оС) методами атомно-абсорбционной спектрометрии, капиллярного электрофореза. Насыщение частиц ЛЗ диоксидом серы, полученным в
В работе приведены результаты исследования биологического действия пыли летучей золы в составе пылегазовой смеси как наименее изученного загрязнителя атмосферного воздуха в районах размещения предприятий теплоэнергетики. Эксперимент проведен на 30 беспородных белых крысах, затравленных интратрахеальным способом пылегазовой смесью (пыль летучей золы - диоксид серы) и зольной пылью без газового компонента из расчета 6,25 мг в 1,0 мл физиологического раствора при экспозиции в 6 месяцев. Животным контрольной группы вводилось эквивалентное количество физиологического раствора. Установлено, что сорбированный газовый компонент усиливает токсичность зольной пыли, активизирует формирование иммунопатологических процессов, а также снижает интенсивность процессов липопероксидации и антиоксидантную активность. Ключевые слова: хронический эксперимент, пыль летучей золы, пылегазовая смесь, общетоксическое действие, процессы липопероксидации, антиоксидантная активность, иммунопатологические процессы.
лабораторных условиях, производилось в герметичной колбе при постоянном встряхивании в течение 3 часов. После продувки колбы воздухом готовились навески ПГС.
Эксперимент проведен на 30 (по 10 в каждой группе) беспородных белых крысах с исходной массой 170—200 г. Исследуемая пылегазовая смесь (пыль ЛЗ — диоксид серы) вводилась экспериментальным животным интратрахеальным способом однократно из расчета 6,25 мг в 1,0 мл физиологического раствора (группа 1). Для сравнения, помимо «чисто» контроля, использовалась группа крыс (группа 2), которым интратрахеально была введена пыль ЛЗ без газового компонента (6,25 мг в 1,0 мл физраствора). Животным контрольной группы (группа 3) интратрахеально вводилось эквивалентное количество физиологического раствора. После введения исследуемого материала и в последующие дни гибели животных не наблюдалось. Через 6 месяцев животные забивались декапитацией. Экспериментальное исследование проведено с учетом национальных и международных правил по условиям содержания и использования лабораторных животных и этических принципов медико-биологических исследований с участием животных.
При оценке общетоксического действия, процессов липопероксидации и состояния антиокси-дантной системы у животных определялись: весовые коэффициенты внутренних органов, содержание в сыворотке крови белка, глюкозы, тотальных липидов, В-липопротеидов, холестерина (общий, эфиросвязанный, свободный), ферментов — аспарта-таминотрансферазы (AST), аланинаминотрансферазы (ALT), начальных и конечных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), церулоплазмина.
Хемилюминесцентным методом на приборе Emilite El 1105 определяли интенсивность процессов липопероксидации по показателям светосуммы вспышки за определенный отрезок времени (S30 сек, S60 сек) и антиоксидантную активность сыворотки крови (АОА) по отношению максимального показателя фотовспышки
(Imax) к светосумме (S60 сек) [10].
Оценка функционального состояния системы гуморального иммунитета, степени активности иммунопатологических процессов включала определение в сыворотке крови иммуноглобулинов (Ig A, Ig M, Ig G, Ig E), циркулирующих иммунных комплексов - ЦИК.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием программ Microsoft Exsel XP и включала описательную статистику, оценку различий по Стьюденту.
Результаты и обсуждение
По данным физико-химических исследований, пыль ЛЗ ПТЭ характеризуется крайне низкой растворимостью большинства содержащихся в ней химических элементов в имитирующих биологические жидкости растворах (от 0,002 до 4,1 %).
К числу достаточно чувствительных интегральных показателей токсического действия промышленных ядов относятся изменение динамики массы тела и весовые коэффициенты внутренних органов лабораторных животных. В нашем эксперименте у животных всех изучаемых групп наблюдалась прибавка в массе тела. Различия между группами были статистически не достоверными (р > 0,05). У животных группы 1 установлено статистически достоверное увеличение весовых коэффициентов сердца, легких, почек, печени и селезенки (р < 0,05). Весовые коэффициенты сердца, легких, почек, печени и селезенки у животных группы 2 превышали контрольные величины, но эти различия были статистически не достоверными (р >
0,05).
В табл. 1 приведены результаты биохимических исследований по оценке интегральных показателей общей токсичности изучаемых образцов. Как видно из данных таблицы, уровни содержания в сыворотке крови тотальных липидов, p-липопротеидов у животных групп 1 и 2 были статистически значимо выше по сравнению с контрольной группой (р < 0,05). У животных группы 1 отмечается статистически достоверное (р < 0,05) увеличение содержания в сыворотке крови белка, общего и эфиросвязанного холестерина (ХС), значения коэффициента Ритиса (AST/ALT).
Таблица 1
Биохимические показатели сыворотки крови экспериментальных животных (X ± Sx)
Показатель Группа 1 Группа 2 Контроль
Общий белок, г/л 77,2+2,6* 73,6+2,2 70,3,0+2,04
Мочевина, ммоль/л 3,64+0,2 3,27+0,2 3,61+0,4
Глюкоза, г/л 3,68+0,2 3,52+0,26 3,82+0,13
AST, мккат/л 0,38+0,04 0,36+0,04 0,32+0,03
ALT, мккат/л 0,27+0,03 0,29+0,03 0,26+0,02
AST/ALT 1,43+0,05* 1,33+0,05 1,28+0,05
Тотальные липиды, г/л 2,55+0,09* 3,10+0,08* 2,04+0,07
В-липопротеиды, г/л 0,52+0,04* 0,72+0,06* 0,32+0,02
Общий ХС, ммоль/л 3,43+0,08* 3,20+0,09 3,16+0,07
Эфиросвязанный ХС, ммоль/л 2,14+0,05* 1,95+0,04 1,96+0,05
Свободный ХС, ммоль/л 1,30+0,07 1,25+0,05 1,20+0,03
Примечание. * — различия с контролем статистически достоверны (р < 0,05).
Приведенные выше результаты исследования свидетельствуют о слабо выраженном общетоксическом действии пыли ЛЗ без газового компонента, которое
можно объяснить тем фактом, что, несмотря на низкую растворимость содержащихся в золе химических веществ, постоянное их поступление в организм животных при длительной (6 месяцев) экспозиции способствует проявлению токсического эффекта. Более выраженное резорбтивно-токсическое действие пыли ЛЗ в составе ПГС можно связать с усугубляющим влиянием продуктов взаимодействия сорбированного диоксида серы с поверхностью зольных частиц и влажной средой слизистых оболочек дыхательных путей. За счет развития каталитических реакций с участием входящих в состав зольных частиц оксидов алюминия, железа и кальция возможен переход диоксида серы в более токсичное соединение — триоксид серы.
По данным наших исследований in vitro [7, 9], пыль ЛЗ способна стимулировать активность фагоцитов и вызывать образование свободных радикалов. Свободные радикалы химически исключительно активны и, реагируя с ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов, инициируют цепную реакцию их пероксидации. Известно, что одним из эффектов липопероксидации является появление хемилюминесценции (ХЛ) при рекомбинации пероксидных радикалов с образованием неустойчивого тетроксида, распад которого сопровождается выделением кванта света [2, 3]. Как видно из приведенных в табл. 2 данных, по характеристике процессов липопероксидации у животных групп 1 и 2 по сравнению с контролем отмечается статистически значимое увеличение таких показателей ХЛ сыворотки крови, как S30 сек, S60 сек (р < 0,05).
Таблица 2
Характеристика процессов липопероксидации и антиоксидант-ной активности (X ± Sx)
Показатель Группа і Группа 2 Контроль
S30 сек, ИМП. 1045,0+42,9* 1153,4+40,7*** 936,8+32,4
Sen , имп. 60 сек’ 1577,3+44,8* 1777,3±52,4*:: 1294,3+47,8
Диеновые конью-гаты, усл. ед. 0,113+0,005 0,121+0,008* 0,102+0,005
ТБК ап, мкмоль/л (МДА) 3,10+0,27* 4,92+0,39*** 2,28+0,28
АОА (I /S60 ) ' max 60 сек-' 0,039+0,003* 0,042+0,004* 0,076+0,005
Церулоплазмин, г/л 122,4±7,2* 102,4 + 6,7*.. 158,7 + 1,8
Примечание. * — различия с контролем статистически до-
стоверны (р < 0,05); ** — различия статистически достоверны между группами 1 и 2 (р < 0,05).
В сыворотке крови животных группы 2 по сравнению с контролем наблюдается статистически значимое увеличение диеновых коньюгат ненасыщенных жирных кислот, которые являются начальными продуктами ПОЛ и уровень которых соответствует, по данным литературы, уровню гидроперекисей липидов. В группе 1 животных отмечается тенденция к повышению уровня данного показателя (р > 0,05).
У животных всех подопытных групп наблюдается статистически значимое (р < 0,05) увеличение уровня
содержания в сыворотке крови конечных продуктов ПОЛ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК ап), в частности малонового диальдегида (МДА).
Следует отметить, что у животных группы 2 показатели ХЛ сыворотки крови ^30 сек, $60 ), уровень
содержания в сыворотке крови конечных продуктов ПОЛ были статистически значимо выше по сравнению с группой 1 (р < 0,05).
При оценке антиоксидантной активности во всех подопытных группах отмечаются статистически значимые снижения показателя АОА (I / S60 сек) и уровня содержания в сыворотке крови одного из основных антиоксидантов — медьсодержащего белка церулоплазмина (р < 0,05). Причем у животных группы 2 уровень церулоплазмина был статистически значимо ниже по сравнению с группой 1 (р < 0,05).
Безусловно, для объяснения механизмов снижения интенсивности процессов липопероксидации при воздействии пыли ЛЗ в составе ПГС необходимо проведение специальных дополнительных исследований. Вместе с тем можно предположить, что серосодержащие соединения, а возможно и другие продукты взаимодействия между газовым компонентом и пылью ПГС, являясь своеобразными спиновыми ловушками для свободных радикалов [2], тормозят (ингибируют) свободнорадикальное (перекисное) окисление липидов. Пыль ЛЗ, как сложная силикатная система, относится к примесным полупроводникам [6]. Согласно теории гетерогенного катализа на полупроводниках [4], на поверхности пылевых частиц возможна каталитическая реакция полупроводникового типа, продуктами которой могут быть свободные радикалы [1]. Поэтому можно предположить и возможное влияние газового компонента на снижение интенсивности гетерогенного катализа.
Как видно из приведенных в табл. 3 данных иммунологических исследований, пыль ЛЗ в составе
Таблица 3
Показатели гуморального иммунитета у экспериментальных животных (X ± Sx)
Группа живот- ных Ig A, г/л Ig M, г/л Ig G, г/л Ig E, г/л ЦИК, ед.
1 0,180 + 0,006*** 0,204 + 0,007 * 1,817+ 0,027*** 0,258 + 0,035*** 19,400+ 1,245***
2 0,205 + 0,001* 0,212+ 0,009 * 1,701 + 0,037 * 0,0505 + 0,0005* 9,875 + 0,768*
Кон- троль 0,213+ 0,003 0,296+ 0,014 1,466+ 0,126 0,030 + 0,001 4,700 + 0,372
Примечание. * — различия с контролем статистически достоверны (р < 0,05); ** — различия статистически достоверны между группами 1 и 2 (р < 0,05).
ПГС и без газового компонента при хроническом воздействии вызывает сенсибилизацию организма подопытных животных, сопровождающуюся иммуносупрессией и формированием иммунопатологических процессов. Так, у животных всех подопытных групп
в сыворотке крови отмечается статистически достоверное снижение по сравнению с контролем уровней ^ А, ^ М и увеличение уровней ^ G, ^ Е, ЦИК. В группе животных 1 данные сдвиги статистически достоверно более выражены по сравнению с группой 2, особенно по уровням ^ Е, ЦИК.
Таким образом, в условиях хронического эксперимента сорбированный газовый компонент усиливает токсичность пыли летучей золы и активизирует формирование иммунопатологических процессов, а также ослабляет интенсивность процессов липопе-роксидации и активность антиоксидантной защиты.
Список литературы
1. Величковский Б. Т. Фиброгенные пыли. Особенности строения и механизма биологического действия / Б. Т. Величковский. — Горький : Волго-Вятское кн. изд-во, 1980. - 160 с.
2. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты / Ю. А. Владимиров // Вестник РАМН. — 1998.
— № 7. — С. 43—51.
3. Владимиров Ю. А. Хемилюминесценция клеток животных / Ю. А. Владимиров, М. П. Шерстнев // Итоги науки и техники. Сер. Биофизика. — М. : ВИНИТИ, 1989.
— Т. 24. — 174 с.
4. Волькинштейн Ф. Ф. Физикохимия полупроводников / Ф. Ф. Волькинштейн. — М. : Наука, 1973. — 400 с.
5. Кизильштейн Л. Я. Компоненты зол и шлаков ТЭС / Л. Я. Кизильштейн, И. В. Дубов, А. Л. Шпиц-глуз, С. П. Парада. — М. : Энергоатомиздат, 1993. — 175 с.
6. Петров Б. А. Оценка биологического действия летучей золы предприятий теплоэнергетики в эксперименте на животных / Б. А. Петров, П. И. Цапок, С. В. Селюнина // Вятский медицинский вестник. — 2005. — № 2. — С. 52—55.
7. Петров С. Б. Исследование свободно-радикальных процессов при воздействии зольных аэрозолей предприятий теплоэнергетики / С. Б. Петров // Сборник статей VII Международной научно-практической конференциии «Состояние биосферы и здоровье людей». — Пенза, 2007.
— С. 142—144
8. Петров С. Б. Медико-экологическая оценка района размещения предприятий теплоэнергетики / С. Б. Петров //
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец. выпуск «XIII конгресс Экология и здоровье человека». — 2008. — Т. 1. — С. 209—211
9. Петров С. Б. О первичных механизмах патогенного действия аэрозолей летучей золы ТЭЦ / С. Б. Петров, Б. А. Петров, П. И. Цапок // Сборник материалов 10-й Всероссийской научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования», 10—11 сент. 2008 г., г. Киров. — С. 97-99.
10. Цапок П. И. Биолюминесцентный анализ интенсивности перекисного окисления липидов / П. И. Цапок, В. А. Кудрявцев // Информационный листок № 160-95 Кировского ЦНТИ. — Киров, 1995. — 2 с.
RESEARCH OF BIOLOGICAL ACTION FLYING ASHES IN STRUCTURE OF DUST-GAS MIXTURE
S. B. Petrov, B. A. Petrov, P. I. Tsapok, T. I. Sheshunova
Kirov State Medical Academy, Kirov
In work results of research on studying biological action of a dust of flying ashes in structure of dust-gas mixture, as the least investigated atmospheric air pollutant in areas around coal power plants. Experiment is lead on 30 not purebred white rats poisoned by intratrasheal introduction of dust-gas mixture (a dust of flying ashes + sulfur dioxide) and a cindery dust without a gas component at the rate of 6,25 mg to 1,0 ml quantity physiologic saline at an exposition in 6 months. The animal of control group entered equivalent quantity physiologic saline. It is established, that absorbed the gas component influences amplification of toxicity of a cindery dust, activization of formation immunopathologic processes, and also on easing of intensity of lipid peroxidation processes .
Key words: chronic experiment, a dust of flying ashes, dust-gas mixture, general toxic action, lipid peroxidation, antioxidant activity, immunopathologic processes.
Контактная информация:
Петров Сергей Борисович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры общественного здоровья и здравоохранения Кировской госмедакадемии
Адрес: 610027, г. Киров, ул. К. Маркса, д. 112
Тел. (8332) 35-70-95
E-mail: [email protected]
Статья поступила 24.05.2009 г.
