Функционально-морфологическое состояние плазмы крови и эритроцитов человека в юношеском, взрослом и зрелом возрастах в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Функционально-морфологическое состояние плазмы крови и эритроцитов человека в юношеском, взрослом и зрелом возрастах в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Общая характеристика работы

Кровь как структурный компонент организма представляет собой сложнейшую морфофункциональную систему, конечным результатом деятельности которой является своевременная доставка кислорода и питательных веществ в ткани, и удаление продуктов метаболизма из органов и межклеточных пространств (Гаврилов О.К., с соавт., 1985; Быков В.Л., 2003). Являясь связующим звеном между нервной системой и гуморальными регуляторами - гормонами и медиаторами, кровь обладает высокодифференцированными функциями, которые строго распределены между ее различными элементами (Косицкий Г.И., 1972; Истаманова Т.С., Алмазов В.А., 1973; Козлов В.А., 2001; Полунин И.Н., Наумова Л.И., Сердюков В.Г., 2007, 2010).

Как система кровь не просто саморегенерирующаяся структура, это сложный комплекс компонентов, включающихся в систему и выпадающих из нее по мере необходимости, исходящей из тканей и органов. При этом она работает на основе саморегуляции, индуцируемой конечным результатом деятельности морфофункциональной системы (Шмальгаузен И.И., 1967; Косицкий Г.И., 1972; Черниговский В.Н., 1979; Майкл Дж. Роуз, Нэнси Берлинер, 2001; Павлова М.М., 2007).

Наряду с эндокринной, иммунной и нервной системами эритрон выполняет стратегическую задачу сохранения фундаментальной целостности организма в изменчивом окружении (Воргова Л.В., 1989; Назаров С.Б., Горожанин Л.С., 1996; Сарычева Т.Г., Козинец Г.И., 2001). Полезный результат её деятельности - оптимальный уровень кислорода и углекислого газа в тканях, обеспечивающий нормальные метаболические процессы. Отклонение от оптимального уровня приводит в действие регулирующие механизмы, которые возвращают систему к заданному уровню, установленному акцептором действия на основе афферентного синтеза (Ненашев А.А., с соавт., 1985; Юшков Б.Г., 2006).

Система эритрона, наделенная способностью эритроцитов адсорбировать, транспортировать, метаболизировать разнообразные вещества, а также передавать их другим клеткам, органично находится в сообществе фундаментальных регулирующих механизмов, сбой которых имеет немалое значение в патогенезе различных заболеваний (Назаров С.Б., Горожанинов Л.С., 1996; Теплый Д.Л., 1997; Дьякова О.Н., 2000; Стародубцева М.Н., 2007).

Нарушения в функциях и структуре биомембран клеток рассматриваются в настоящее время как одно из универсальных звеньев в патогенезе различных заболеваний и патологических состояний (Рыбальченко В.И., Коганов М.М., 1988; Бучин В.Н., Михайлов Г.М., Резаев А.А., 1993; Судаков, К.В., 2002; Тарских, М.М. 2006). Наблюдается тесная взаимосвязь между морфофункциональным состоянием цитолемм эритроцитов и биомембран других клеток организма и, таким образом, мониторинг статуса мембран эритроцитов, как адекватных моделей, весьма важно для понимания возникновения и развития разнообразных патологических состояний (Черницкий Е.А., Воробей А.В., 1981; Тарских. М.М., 2006; Векшина О.М., 2007; Теплый Д.Д., 2009).

Современные исследования показывают, что большинство ксенобиотиков обладает прооксидантными свойствами, вызывая деструкцию липидов клеточных мембран (Забродина З.В. с соавт. 1993; Теплый Д.Л., 2007). Происходит активация перекисного окисления липидов, нарушение баланса между образованием и разрушением перекисей и избыточное накопление токсичных для клетки свободных радикалов, что является составной частью патогенеза при ряде патологических состояний (Мищенко Т.М. с соавт., 1987; Забродина З.В. с соавт., 1993; Кондратенко Е.И., 2004; Теплый Д.Л., 2007). Активация перекисного окисления липидов приводит к искажению информации от внеклеточных регуляторов к внутриклеточным эффекторным системам, к нарушению адаптационных способностей клетки, либо к ее гибели (Владимиров Ю.А. с соавт., 1972, 2000; Лукьянова Л.Д., 1982; Чучалин А.Г., с соавт., 1989).

Самоорганизация и саморегуляция, присущие живым организмам, имеют в своей основе некий универсальный механизм, придающий этим системам способность не растрачивать свою упорядоченность, обеспечивающую выполнение функций системы, а с течением времени даже повышать ее. Эта удивительная способность организмов реализуется с помощью функционирующих систем связи, обеспечивающих передачу потока информации. Вследствие этого информационный аспект должен обязательно учитываться при рассмотрении механизмов поддержания стационарных состояний открытых систем, поддерживающих гомеостаз организма, к которым, несомненно, относится система крови.

К сожалению, в доступной литературе нам не встретились исследования, в которых было бы приведено комплексное исследование динамики морфофункционального состояния эритроцитов и плазмы крови человека на этапах его индивидуального развития и изменения этой динамики под воздействием антропогенных поллютантов, широко распространенных в настоящее время. Данная работа является попыткой решения этих проблем.

Таким образом, цель настоящего исследования - выявить закономерности динамики статуса плазмы крови и эритроцитов, как единой морфофункциональной системы, в неблагоприятных условиях на этапах оптимально трудоспособного периода онтогенеза человека.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

1. Выявить динамику содержания в плазме крови макро- и микроэлементов в норме и при воздействии серосодержащих поллютантов на этапах онтогенеза, соответствующих юношескому, взрослому и зрелому возрасту человека.

2. Определить изменение функциональных характеристик плазмы крови (осмолярность, уровень ПОЛ) и эритроцитов (уровень ПОЛ, осмотическая и перикисная резистентность, СОЭ), как элементов единой морфофункциональной системы, в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов.

3. Исследовать взаимосвязь информационных характеристик системы белков плазмы крови и интенсивности процессов ПОЛ в ней при воздействии серосодержащих поллютантов.

4. Изучить реакцию эритропоэза на воздействие серосодержащих поллютантов путем выявления качественных и количественных характеристик эритроцитов кровеносного русла (содержание, форма, размеры, объем) на этапах постнатального онтогенеза человека.

5. Методами ультраструктурного анализа (сканирующая и трансмиссионная электронная микроскопия) изучить механизмы влияния серосодержащих поллютантов на морфофункциональное состояние эритроцитов.

Научная новизна исследования заключается в том, что впервые с позиций системного подхода комплексно на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях организации изучена динамика состояния плазмы крови и эритроцитов как компонентов единой морфофункциональной системы организма на тех этапах онтогенеза, которые соответствуют оптимально трудоспособным возрастам человека, а именно, юношескому, взрослому и зрелому.

Определены эффекты воздействия на данную биологическую систему на изучаемых уровнях организации и этапах онтогенеза техногенных серосодержащих поллютантов как у человека, так и у экспериментальных животных (крыс). Выявлен возраст, наиболее сенситивный по данным вредностям.

Впервые проведено экспериментальное, математическое и структурно-информационное моделирование реакции морфофункциональной системы «плазма-эритроциты» на воздействие техногенных серосодержащих поллютантов на этапах онтогенеза, которые соответствуют юношескому, взрослому и зрелому возрастам человека. Выявлено и изучено взаимовлияние качественных и количественных характеристик двух компонентов данной биологической системы друг на друга.

Научно-практическая значимость работы. Результаты данной работы демонстрируют процесс и механизмы адаптации системы красной крови («плазма-эритроциты») к возрасту и воздействию негативных факторов внешней среды, что имеет гностическое и методологическое значение для понимания сущности категорий адаптации, гомеостаза, развития биологических систем.

Доказано существование онтогенетических периодов повышенной чувствительности системы «плазма крови - эритроциты» к негативному экзогенному влиянию, примером которого явилось воздействие техногенных серосодержащих поллютантов. Это может быть полезным для обоснования комплексных охранных и профилактических мероприятий на территориях, где возможно внезапное появление или длительное присутствие токсикантов.

Полученные данные о состоянии плазмы и эритроцитов в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов, как в качестве единой морфофункциональной системы, и как отдельных её элементов, могут служить основой для диагностики и выяснения патогенеза заболеваний системы красной крови (апластических и неопластических), а также для выбора мер профилактики и тактики лечения этих заболеваний.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. На функционально-морфологическое состояние биологической системы «плазма крови - эритроциты» эндогенные (в том числе возраст) и экзогенные (в том числе техногенные поллютанты) факторы оказывают влияние через оба её элемента - плазму крови и эритроциты.

2. На изучаемых этапах онтогенеза мужчин (юношеский возраст, взрослый возраст I и II периоды и зрелый возраст) исследуемые экзогенные факторы (серосодержащие поллютанты в реально существующих на производстве концентрациях) оказывают более выраженное воздействие на морфофункциональное состояние системы «плазма - эритроциты» по сравнению с эндогенным фактором - возрастом, что выражается ускоренным «старением» данной системы.

3. Воздействие серосодержащих поллютантов вызывает ухудшение как физико-химических (содержание макро- и микроэлементов, осмолярность и уровень перекисного окисления в плазме и эритроцитах, осмотическая и перекисная резистентность эритроцитов, СОЭ), так и информационных характеристик системы «плазма крови - эртроциты», что приводит к её деградации, особенно быстрой у молодых субъектов с длительным контактом с профессиональными вредностями.

4. Эритроциты могут служить адекватной моделью и чувствительным объектом мониторинга экологического неблагополучия, так как реагируют на него на макро-, микро- и ультраструктурных уровнях своей организации.

Апробация материалов диссертации. По материалам исследования опубликовано: 51 научная работа, в том числе 17 в центральных рецензируемых и международных журналах, 1 монография «Структурно-ирформационный анализ биологических систем».

Основные положения диссертации обсуждены на II - й Всероссийской конференции «Влияние антропогенных факторов на структурные преобразования органов, тканей, клеток человека и животных (Саратов, 1993), III Съезде анатомов, гистологов, эмбриологов Российской Федерации (Тюмень, 1994), 3 Всероссийской конференции (Волгоград, 1995), III Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Тверь, 1996), Международной конференции посвященной 100-летию со дня рождения проф. Н.П. Поповой-Латкиной (Астрахань, 1996), научно-практической конференции морфологов Тюменской области (Тюмень, 1996), итоговых конференциях Астраханского государственного медицинского института (Астраханской государственной медицинской академии) 1991-2009 гг., заседаниях Астраханского отделения ВрНОАГЭ, кон посв. 150-етию со дня рождения проф. А.И. Таранецкого», С.-Петербург, 1996, III Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Тверь, 20 - 21 июня 1996 г.), научной конференции, посвящ. 125-летию акад. В.Н. Тонкова) С.-Петербург, 1997, IY Национальном конгрессе по профилактической медицине и валеологии», С.-Петербург, 1997, юбилейной научной конференции, посвящ. 100-летию кафедры нормальной анатомии СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова), С.-Петербург, 1997, Всероссийской научной конференции анатомов, гистологов и эмбриологов, Тюмень, 22-23 апреля 1998 г., IV Съезде российских морфологов, 1999 г., V конгрессе международной ассоциации морфологов., 2000, Семинаре «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода «Астрахань, 2000, II Всеросийском конгрессе по патофизиологии. (Москва 2000 г.), всероссийской конференции «ХХI век: актуальные задачи морфологии» (Саратов, 2001 г.), 6 конгрессе международной ассоциации морфологов. «Морфология», 2002, Общероссийской конференции «Проблемы морфологии». Дагомыс, 2003, конференции» Успехи современного естествознания» Дагомыс, 2003, конгрессе международной Ассоциации морфологов, 2006, конференции «Природные факторы и здоровье подрастающего поколения» Коломна, 2007, V Российской научной конференции, Уфа, 2007, IX Конгрессе международной ассоциации морфологов, Бешкек 2008, 9 Съезде морфологов, Саратов 2009, научно-практических конференциях Астраханского государственного университета 2004-2011 год.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов и выводов. Общий объем диссертации - 234 страниц компьютерного текста. Она содержит 44 рисунка, 9 таблиц. Библиографический список включает 499 источников, из них 105 - иностранных.

Содержание работы

эритроцит плазма кровь серосодержащий

Материалы и методы исследования

Работа базировалась на схеме возрастной периодизации онтогенеза человека, принятой на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии АПН СССР (Одеса, 1975) в модификации Б.А. Никитюка и В.П. Чтецова (1990).

При планировании настоящего исследования были приняты следующие константы: доверительный интервал ()= 10% (Автандилов Г.Г., 1973; 1977; Автандилов Г.Г., с соавт., 1981); уровень значимости (Р) <= 0.05, критерий Стьюдента (t) = 2, вероятность безошибочного прогноза >= 95% (Лакин Г.Ф., 1990).

Материалом для изучения динамики морфо-функционального состояния системы эритроцитов и плазмы крови в условиях воздействия газообразных серосодержащих поллютантов служили пробы крови практически здоровых работников-мужчин, участвующих в разработке и эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и имеющих непосредственный контакт со специфическими производственными вредностями. Всего разнообразными физиологическими и морфологическими методами было обследовано 4568 мужчин. Исследуемый контингент был разделен на 3 возрастные группы: I - 20-29 лет, II - 30-39 лет, III - 40-49 лет и 5 стажевых групп по времени работы в газовой промышленности: I - 1-3 года., II - 4-7 лет, III - 8-10 лет, VI - 11-15 лет, V - более 15 лет. Контрольным материалом служили образцы крови 373 практически здоровых мужчин-доноров аналогичного возраста, которые не сталкивались в условиях своей трудовой деятельности или быта с серосодержащими поллютантами.

Для подтверждения наличия эффектов воздействия серосодержащих поллютантов на систему красной крови проведен эксперимент-биомониторинг на белых беспородных крысах-самцах.

Контрольными служили качественно и количественно аналогичные группы животных, которые содержались в виварии в г. Астрахани в тех же условиях, что и экспериментальные, на сбалансированном рационе питания и с постоянным доступом к воде.

У животных экспериментальных и контрольных групп для определения морфофункционального состояния эритроцитов забиралась кровь из хвостовой вены, когда животные в конкретных экспериментальной и контрольной группе имели возраст, равный половине того периода своего развития, который соответствовал выбранному для экстраполяции этапу онтогенеза человека.

Технология мониторинга полностью соответствует условиям проведения токсикологических экспериментов, изложенных в издании ВОЗ «Принципы и методы оценки токсичности химических веществ» (1981).

Для светооптического исследования свежеприготовленные и высушенные на воздухе мазки крови и людей и животных фиксировались в течение 10 мин. этиловым спиртом и окрашивались по Романовскому-Гимза. Затем они просматривались на световом микроскопе «Axioskop 20» (Zeiss), оборудованном цветной высокоразрешающей телекамерой VK-C370 (Hitachi). Полученные изображения эритроцитов подвергались морфометрической обработке с помощью программы «Image Tool (Ver.2.00)».

Для использования метода трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) последовательно проводились: фиксация капли крови или кусочка легкого 1 мм³ в растворе глутаральдегида no J. Karlsson, K.L. Schultz (1965), постфиксация в растворе четырехокиси осмия no G. Millonig (1961), обезвоживание в спиртах восходящей концентрации, заливка в аралдит, приготовление ультратонких срезов на ультратоме LKB III (Швеция), контрастирование ультратонких срезов на сетках насыщенным водным раствором уранилацетата и цитратом свинца по E.S. Reynolds (1963), просмотр и фотографирование на трансмиссионных электронных микроскопах ЭМВ-100 ЛМ и «Tesla BS 242 Е».

Для исследования в сканирующем электронном микроскопе свежеприготовленные мазки крови на металлизированных покровных стеклах фиксировались в течение 24 часов при температуре +4^о С 2% раствором глутарового альдегида, приготовленным на фосфатном буфере (рН 7,4), после чего отмывались от фиксатора тем же буфером. Затем их дегидратировали способом перехода через критическую точку двуокиси углерода и последовательно напыляли в вакуумном напылителе углеродом и алюминием. Просмотр и фоторегистрация изображений эритроцитов проводилась на сканирующем микроскопе-микроанализаторе «Comebax» фирмы «Comeca» (Франция).

Морфофункциональное состояние эритроцитов изучалось с использованием методов определения осмотической резистентности по Л.И. Идельсону (1970), перекисной резистентности по А.А. Покровскому и А.А. Образцову (1964) в модификации А.Е. Лазько, Р.И. Асфандиярова и А.А. Резаева (1993), числа и среднего объема эритроцитов кондуктометрическим методом с помощью автоматического гематологического анализатора «System 9000+» фирмы «Serono» (США).

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) у доноров и работников АГПЗ определяли стандартным унифицированным микрометодом Панченкова.

Материалом для измерения концентрации макро- и микроэлементов служили пробы плазмы крови 496 работников АГКМ - мужчин. Весь обследуемый контингент был разделен на две стажевых группы: «малостажированные» - стаж в нефтегазовой промышленности от 1 до 7 лет, «высокостажированные» - стаж от 8 до 15 лет. В каждой стажевой группе каждый изучаемый элемент определялся у 248 человек. Для определения нормальных региональных концентраций макро- и микроэлементов исследованы образцы плазмы крови 137 мужчин-доноров, не имевших контакт с серосодержащими поллютантами.

Измерение концентрации микроэлементов производилось на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Shimadzu AA - 6601F» (Япония) в режиме непрерывного измерения в высокотемпературном воздушно-ацетиленовом пламени.

Концентрация химического элемента оценивалась с применением метода построения калибровочного графика по четырем точкам с использованием стандартов фирмы «Aldrich Chemical Company» (США). Контроль построения калибровочного графика производился с помощью сывороток с известными концентрациями микроэлементов фирмы «Bio-Rad» (США).

Определялись осмолярность сыворотки крови криоскопическим методом на осмометре «One-ten 110» фирмы «Fiske» (США), информационные характеристики системы сывороточных белков и содержание в сыворотке крови конечных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) - Шиффовых оснований (ШО), по которому можно судить об интенсивности катаболических реакций в организме (Мецлер Д., 1980).

Для нейтрализации возрастного фактора в стажевых группах вычислялась алгебраическая разность между значением изучаемого параметра в конкретной стажевой группе и значением этого же параметра в группе доноров со средним возрастом, равным среднему возрасту стажевой группы.

Основания Шиффа определялись с помощью люминесцентного спектрометра LS 50B (Perkin Elmer) по интенсивности флюоресценции на волне 440 нм при возбуждении светом с длиной волны 360 нм.

Исследовалось содержание продукта перекисного окисления липидов - малонового диальдегида (МДА) в плазме крови методом И.Д. Стальной, Т.Т. Гаришвили (1977), и в эритроцитах методом H. Ohkawa, N. Ohishi, K. Yagi (1979).

Информационные параметры белкового спектра сыворотки крови определялись методом, описанным в работе В.А. Бандарина (1974), откуда взяты и референтные величины информационных характеристик системы сывороточных белков.

Для вычисления информационных характеристик использовалось долевое содержание (P) следующих белковых фракций сыворотки крови: альбуминов, альфа-1-глобулинов, альфа-2-глобулинов, бетта-глобулинов и гамма-глобулинов.

Методика расчета информационных характеристик системы сывороточных белков реализована в программе «Энтропия» для IBM - совместимых компьютеров, за возможность использования которой выражаем глубокую благодарность профессору кафедры гистологии и эмбриологии Минской государственной медицинской академии И.А. Мельникову.

Энтропия системы сывороточных белков рассчитывалась по классической формуле C. Shennon (1)

(1)

Относительная энтропия рассчитывалась по формуле (2) с учетом того, что максимальная энтропия H_max белкового спектра системы сыворотки крови при учете 5 фракций (элементов системы) и допущении вероятности 0,2 для каждого элемента равна 2,32.

(2)

Коэффициент избыточности или относительной организации системы сывороточных белков рассчитывался по формуле (3).

(3)

Максимальная информационная емкость системы сывороточных белков определялась по формуле (4)

(4)

где: n - разрядность, принятая соответствующей процентному содержанию белка в сыворотке,

m - число символов кода системы (в данном случае - белковых фракций, равное 5)

Количественные данные, полученные в ходе выполнения исследования, проанализированы методами вариационной статистики, корреляционного анализа и определения достоверности различий.

При проведении статистической обработки использовалась утилита OpenOffice Calc из свободно распространяемого программного продукта OpenOffice (Ver. 3.0), работающая под управлением операционной системы Windows XP Home Edition (сертификат OEM X12-53766).

Результаты исследований и их обсуждение

Определение содержания макро- и микроэлементов в плазме крови работников АГК

Предварительные результаты определения содержания макро- и микроэлементов в плазме крови работников АГК - мужчин показали, что фактор возраста статистически достоверно не влияет на содержание изучаемых веществ, а именно, меди, цинка, кальция и магния.

В то же время данные, полученные в исследовании (Табл.1.), свидетельствуют, что воздействие серосодержащих поллютантов заметно изменяет содержание изучаемых минеральных веществ в плазме крови.

В процессе длительного контакта изучаемые микроэлементы за исключением кальция, а именно, медь, цинк, статистически достоверно (Р<0,01) уменьшили свою концентрацию в плазме крови работников АГК. Концентрация кальция также уменьшилась, но статистически недостоверно (Р>0,05).

Таблица 1. Содержание макро- и микроэлементов в плазме крови работников АГК (, мг/л)

	«малостажированные»	«высокостажированные»	Норма
Медь	1,33 ± 0,03	1,11 ± 0,02	1,41 ± 0,04
Цинк	0,74 ± 0,02	0,63 ± 0,01	0,87 ± 0,03
Кальций	96,48 ± 0,61	95,56 ± 0,59	97,23 ± 0,62
Магний	20,24 ± 0,15	19,32 ± 0,14	22,06 ± 0,16

Результаты определения макро- и микроэлементов свидетельствуют о том, что даже относительно непродолжительный контакт у «малостажированных» работников АГК вызывает в плазме крови в отношении микроэлементов статистически достоверный дрейф в сторону уменьшения. Такая же тенденция существует и для кальция, но в этом случае снижение концентрации статистически недостоверно. Ситуация усугубляется ещё и тем фактом, что региональная норма по изучаемым веществам достоверно ниже общероссийских.

Исследование макро - микроэлементов у «высокостажированных» работников АГК свидетельствуют о том, что среднеарифметическое значение концентрации меди в плазме крови статистически высокодостоверно (P<0,01) ниже по сравнению с «малостажированными» и практически совпадает с нижней границей нормы.

Аналогичная картина у «высокостажированных» работников АГК наблюдается и в отношении цинка и магния, концентрация которых в плазме крови высокодостоверно (Р<0,01) ниже чем у «малостажированных».

И хотя среднеарифметическая величина содержания цинка и магния в плазме крови у них и входит в интервал нормы, учет среднеквадратической ошибки средней арифметической, который уменьшает эту величину до нижней границы нормы, дает нам право говорить об относительном дефиците этих важнейших веществ.

Содержание кальция в данной стажевой группе также уменьшено, но статистически недостоверно, по отношению к «малостажированным» работникам и находится в нижней трети интервала региональной, уже сниженной по отношению к всероссийской, нормы по этому макроэлементу.

Состояние осмотической и перекисной резистентности мембран эритроцитов

Воздействие серосодержащего газа приводит к повышению резистентности мембран эритроцитов как при высоких, так и при низких концентрациях осмотического агента (хлористого натрия).

Для объяснения феномена повышенной осмотической резистентности эритроцитов при токсическом воздействии газообразных серосодержащих поллютантов можно предположить следующее: имеет место мощный сладж-эффект в микроциркуляторном русле, стаз эритроцитов и образование многочисленных микротромбов. Количество циркулирующих эритроцитов резко уменьшается. В ответ на это происходит массовый выброс «молодых» высокоустойчивых форм эритроцитов и «омоложение» всей популяции. В результате, мы не наблюдаем гемолиза при высоких концентрациях хлористого натрия из-за практического отсутствия в крови эритроцитов со значительным и даже средним временем жизни, а также низкий гемолиз при низких концентрациях соли, из-за высокой резистентности молодых эритроцитов.

Как следует из представленных данных, динамика изучаемых показателей морфофункционального состояния мембран эритроцитов молодых рабочих АГПЗ (20 - 29 лет) в значительной степени зависит от времени контакта с серосодержащими поллютантами.

Изменение показателей осмотической и перекисной резистентности эритроцитов свидетельствует о наибольшей активности реакции со стороны красной крови у этой возрастной группы на токсическое воздействие при стаже работы от 1 до 3 лет. В дальнейшем процесс приобретает затяжной, частично компенсированный, по нашему мнению, характер.

Показатели химической и физической резистентности мембран эритроцитов, а также их объема у доноров и рабочих 30 - 39 лет свидетельствуют о снижении «прочности» мембран как у интактных субъектов, так и у имеющих контакт с серосодержащими поллютантами по сравнению с более молодой группой. Обращает на себя внимание, с одной стороны, меньшая выраженность реакции на данные загрязнители в стажевой группе 1-3 лет, и, с другой стороны, меньшая интенсивность адаптационных процессов в последующем.

Из результатов исследования следует, что у рабочих АГПЗ зрелого возраста (40 - 49 лет) морфофункциональное состояние мембран эритроцитов в значительной степени зависит уже как от биологического возраста, так и от стажа контакта со специфическими профвредностями.

По сравнению с более молодым контингентом, работающим в аналогичных условиях, в данной возрастной группе динамика реакции на профессиональные условия труда по изучаемым гематологическим параметрам не столь резкая и более монотонная.

Мы считаем, что по мере увеличения возраста и, особенно, длительности контакта с поллютантами, происходит постепенное истощение эритрона, выражающееся в плавном, но малообратимом ухудшении морфофункциональных показателей мембран эритроцитов.

Вышеизложенное подтверждается динамикой перекисной резистентности эритроцитов в освобожденных от влияния возрастного фактора стажевых группах, представленной на рисунке 1. Как следует из представленных на нем данных, у работников АГПЗ наблюдается падение устойчивости мембран эритроцитов к воздействию перекисей начиная уже со стажа 1-3 года, а, максимальной выраженности это явление достигает при «газовом» стаже 4-7 лет.

В этот период наблюдается наибольшая чувствительность мембран эритроцитов к перекисям, а, следовательно, и к воздействию продуктов ПОЛ.

Если патологический агент - серосодержащие поллютанты - действуют и далее, то выявляется некоторая положительная динамика данного показателя. Это скорее всего объясняется и постепенной адаптацией эритрона к действию производственных вредностей АГК и элиминацией субъектов с низкими значениями перекисной резистентности эритроцитов из непосредственного контакта с производственными вредностями, возможно, вследствие ухудшения состояния здоровья.

Результаты исследования свидетельствуют, что осмотическая резистентность эритроцитов крыс, как и у человека, зависит как от биологического возраста, так и от времени контакта с серосодержащими поллютантами.

Рис. 1. Перекисная резистентность эритроцитов у работников АГПЗ в освобожденных от влияния возрастного фактора стажевых группах

С возрастом четко проявляется тенденция (хотя и статистически недостоверная) к снижению способности мембран эритроцитов крыс противостоять осмотическому давлению, особенно хорошо заметная при переходе от молодого к зрелому этапу онтогенеза этих животных.

Контакт с серосодержащими полютантами в концентрациях реально существующих на рабочих местах сотрудников Астраханского газового комплекса вызывает статистически достоверное (P<0,05) снижение осмотической резистентности эритроцитов экспонированных там крыс уже через 225 суток.

Продолжение экспозиции приводит к прогрессирующему статистически достоверному ухудшению способности мембран эритроцитов сопротивляться осмотическому давлению.

Как показали результаты исследования осмолярности сыворотки крови в группах, имеющих различный «газовый» стаж, но свободных от влияния фактора возраста, наиболее отличающимися по данному параметру от нормальных значений являются стажевые группы 1 - 3 и более 15 лет. Менее всего отличается от нормы сыворотка в стажевой группе 4 -7 лет. В дальнейшем, вероятно, происходит истощение механизмов адаптации под давлением техногенных факторов, имеющих место на АГКМ.

Весьма показательно сравнение динамик осмолярности плазмы крови работников АГКМ-мужчин и перекисной резистентности их эритроцитов в освобожденных от влияния возраста стажевых группах.

Наибольшее отклонение от нормального значения в сторону уменьшения осмолярность плазмы крови демонстрирует в стажевой группе 4-7 лет. В этой же группе и мембраны эритроцитов проявляют наименьшую, возможно и патологическую, устойчивость в отношении перекисей.

Только в условиях приближающейся к норме или нормальной осмолярности плазмы крови эритроциты демонстрируют стремящуюся также к норме устойчивость к воздействию перекисей, что мы и наблюдаем в стажевых группа 1-3 г., 8 лет и более.

Таким образом, обращает на себя внимание однонаправленность динамик перекисной резистентности эритроцитов и осмолярности плазмы крови, т.е. при низких значениях первого показателя наблюдаются низкое же значения второго. Данный факт свидетельствует о том, что некие факторы, зависящие от «газового» стажа воздействуют как на клеточную, так и на гуморальную составляющую крови, возможно, изменением спектра и содержания сывороточных белков, ответственных за онкотическое давление и макро- и микроэлементов, определяющих осмос.

Информационные характеристики системы белков плазмы крови в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Как следует из полученных результатов, уже относительно непродолжительный контакт со специфическими вредностями, имеющими место в газовой промышленности, приводит к выраженному нарушению гомеостаза системы сывороточных белков. Об этом свидетельствует существенное отклонение информационных параметров данной системы от референтных значений в I стажевой группе.

В частности, сравнение нормального значения относительной энтропии с аналогичным показателем в I стажевой группе говорит о снижении в данном случае доли «организованной информации», т.е. информации, используемой системой для поддержания белкового гомеостаза, с 31% до 30%. Это является значимым изменением, принимая во внимание высокостабильный характер системы сывороточных белков.

Последующая динамика изучаемых информационных параметров выявляет усиление признаков дезорганизации данной системы по мере увеличения времени контакта с неблагоприятными факторами внешней среды, особенно ярко выраженное в III и IV стажевых группах.

Например, параметр Q/H, отражающий и «количественные» и «качественные» составляющие процесса изменения информационного состояния системы сывороточных белков, наиболее низок в IV стажевой группе.

Обращает на себя внимание повышенная информационная емкость в системе белков сыворотки крови у работников АГК всех стажевых групп, что также свидетельствует в пользу положения о напряжении механизмов, обеспечивающих стабильность данной системы. В V стажевой группе наблюдается парадоксальное, на первый взгляд, явление - «улучшение» информационных параметров. Этот феномен, как нам представляется, может быть вызван двумя причинами.

Первая, менее значительная, действительно произошедшая адаптация системы сывороточных белков к неблагоприятным производственным факторам, возможно, с ущербом для её функционирования, который не был выявлен в нашем исследовании.

Вторая, ведущая, это элиминация из группы ветеранов субъектов, у которых дезорганизация данной системы по мере углубления приняла патологический характер, что не позволило им продолжать производственную деятельность, непосредственно связанную с контактом со специфическими вредностями.

Исследование динамики центрированных значений информационных параметров системы сывороточных белков методом естественной периодизации процессов четко подтвердило факт наибольшего неблагополучия в данной системе в I и IV стажевых группах. Так, дисперсия центрированных ординат информационных параметров была наибольшей в I стажевой группе и составила 103 единицы. Следом за ней, но с большим отрывом, следует IV стажевая группа с дисперсией 6,3 единицы. Наименьшей дисгармоничностью по данным показателям отличаются II стажевая группа с малой дисперсией в 0,08 единицы и V группа с дисперсией 1,2.

При сравнительном исследовании центрированных кривых динамик «структурных» и «количественных» информационных показателей системы сывороточных белков обращает на себя внимание значимо более высокая дисперсия «количественных» показателей во II стажевой группе (2 единицы) по сравнению с практическим отсутствием таковой в той же группе, но для «структурных» параметров. С другой стороны, дисперсии «структурных» показателей значительно выше в III и IV стажевых группах - 2,33 и 8,33 единицы соответственно.

Таким образом, динамика информационных параметров морфо-функциональной системы сывороточных белков работников АГК ярко продемонстрировала, что по мере увеличения времени контакта со специфическими вредностями газовой промышленности в этой подсистеме системы транспорта газов последовательно проявляются характерные для стрессорной реакции стадии: активации, повышенной устойчивости, истощения защитных возможностей, приводящая к угнетению специфической функции.

Динамика содержания продуктов ПОЛ - малонового диальдегида и оснований Шиффа в плазме крови и эритроцитах в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Обращает на себя внимание схожесть динамик содержания МДА в плазме крови и эритроцитах в зависимости от возраста как у работников АГПЗ, так и у доноров, проживающих в г. Астрахани, а именно, относительно высокий уровень содержания изучаемомого продукта ПОЛ в возрасте 20-29 лет, статистически достоверное (P<0,05) его снижение в 30-39 лет и статистически недостоверное повышение в 40-49 лет (Рис. 2).

Однако по данному показателю между группой подвергающейся воздействию серосодержащих поллютанов и контрольной группой имеются и существенные различия. Уровень МДА, отражающий интенсивность процессов ПОЛ, высокодостоверно (P<0,01) повышен у работников АГПЗ и плазме крови и в эритроцитах. С достаточной степенью уверенности можно предположить, что кроме возрастного фактора и общего экологического неблагополучая в Астраханском регионе, на работников АГПЗ воздействует причина, приводящая к активации ПОЛ в системе красной крови.



Рис. 2. Возрастная динамика концентрации МДА у работников АГПЗ и в контроле в эритроцитах (левая ось ординат) и в плазме крови (правая ось ординат)

Динамика содержания МДА в плазме крови и эритроцитах работников АГПЗ, представленная на Рис. 3, свидетельствует о её сложном и неоднозначном характере. Концентрация МДА в плазме монотонно, но статистически недостоверно от группы к группе, повышается от стажевой группы 1-3 года к группе 8-10 лет. Потом происходит статистически достоверное (P<0,05) снижение, а затем снова статистически недостоверное повышение концентрации МДА в плазме у людей, проработавших более 15 лет.

Несколько иначе ведут себя процессы перекисного окисления липидов в условиях воздействия серосодержащих поллютантов в эритроцитах. В этом случае наибольшая интенсивность процессов ПОЛ отмечена при достаточно кратковременном контакте с токсикантами в 1-3 года. Затем содержание МДА статистически достоверно снижается, а потом вновь возрастает в стажевой группе 8-10 лет. У проработавших в газовой промышленности 11-15 лет интенсивность процессов ПОЛ в эритроцитах по сравнению с предыдущей группой незначительно снижается, а у «ветеранов» с «газовым стажем» более 15 лет это снижение значительно и статистически достоверно.

Относительно причины некоторой «несинхронности» динамик содержания МДА в плазме крови и эритроцитах можно высказать предположение о большей стабильности процессов перекисного окисления липидов в плазме даже под действием мощного экзогенного воздействия.

Рис. 3. Динамика концентрации МДА в зависимости от производственного стажа у работников АГПЗ в эритроцитах (правая ось ординат) и в плазме крови (левая ось ординат)

Это обуславливается необходимостью выполнения плазмой крови многочисленных функций по поддержанию гомеостаза организма, а не только быть вместилищем эритроцитов. Такая стабильность может быть достигнута только путем подстроечных колебаний морфофункциональных параметров плазмы крови около некоторого оптимума, что выражается, в частности, волнообразным изменением интенсивности процессов перекисного окисления липидов в ней.

Эритроциты же, будучи лабильной частью системы «плазма-эритроциты», призванной оперативно подстраиваться под нужды макроорганизма, вследствие этого более сильно реагируют на внешнее токсическое воздействие, в частности монотонным падением интенсивности перекисного окисления липидов в стажевых группах от 8-10 лет до 15 и более лет.

На Рис. 4. представлены графики изменения содержания оснований Шиффа в плазме крови мужчин-доноров в норме на изучаемых этапах онтогенеза. Наибольшее содержание Шифф-оснований в плазме крови, а, следовательно, и интенсивность процессов ПОЛ, регистрируется, как и следовало ожидать, у мужчин в возрасте 17-21 года, когда идут интенсивные процессы роста и развития организма.

К первому взрослому возрасту (22-30 лет) в организме мужчин наступает наибольшая гармонизация процессов ассимиляции-диссимиляции, что выражается в минимизации содержания продуктов ПОЛ в плазме крови, в том числе и оснований Шиффа. Второй взрослый возраст (31-40 лет) и зрелый возраст 41-60 лет характеризуются постепенным статистически достоверным (Р<0,05) нарастанием содержания Шифф-оснований в плазме крови мужчин. Однако, даже в возрасте 41-60 лет концентрация данных продуктов ПОЛ остается меньше таковой в возрасте 17-21 года, хотя эта разница и является статистически недостоверной.



Рис. 4. Содержание Шифф-оснований в сыворотке крови мужчин на этапах постнатального онтогенеза

Рис. 5. Динамика перекисной резистентности эритроцитов, осмолярности плазмы крови и содержания Шифф-оснований в зависимости от времени контакта с газообразными серосодержащими поллютантами

Результаты изучения динамики таких параметров морфо-функциональной системы «эритроциты-плазма крови», как перекисная резистентность цитомембран эритроцитов, осмолярность плазмы крови и содержание в ней Шифф-оснований в зависимости от «газового стажа» представлены для стажевых групп, свободных от влияния возрастного фактора, на рисунке 5.

Как следует из полученных данных, наименьшей морфо-функциональной стабильностью отличаются эритроциты в стажевой группе 1 - 3 года. Затем, вероятно, включаются защитные механизмы эритрона и стабильность цитомембран эритроцитов резко возрастает в стажевой группе 4 -7 лет.

Однако, действие негативных производственных факторов продолжается и постепенно компенсаторные возможности ростка красной крови начинают уменьшаться. Этот процесс отчетливо просматривается в стажевых группах 8 - 10 и 11 - 15 лет.

При дальнейшей кумуляции негативного влияния техногенных факторов наступает срыв адаптации к ним эритрона, что выражается в низких значениях устойчивости мембран эритроцитов к перекисной деструкции в стажевой группе более 15 лет. Морфо-функциональный статус эритроцитов в данном случае очень низок и статистически не отличается от такового в стажевой группе 1- 3 г.

Таким образом, как показали результаты исследований, с точки зрения защиты ростка красной крови наибольшее внимание необходимо обратить на контингент, имеющий стаж контакта с производственными вредностями АГПЗ 1 -3 и более 15 лет.

В целом динамики изменений изучаемых параметров в зависимости от времени контакта со специфическими вредностями на АГПЗ весьма сходны. Это подтверждают положительные высокие коэффициенты корреляции (r), которые равны: для пары «перекисная резистентность эритроцитов - осмолярность плазмы крови», как уже отмечалось, 0,83; для пары «перекисная резистентность эритроцитов - Шифф-основания» 0,78; для пары «осмолярность плазмы крови - Шифф-основания» 0,71.

Можно предположить, что в данном случае срабатывают, вероятно, взаимозависимые механизмы поддержания гомеостаза крови.

Таким образом, нами было проведено комплексное изучение физиологическими и биофизическими методиками главных элементов газотранспортирующей системы организма - эритроцитов и плазмы крови работников АГК юношеского, I и II взрослого и зрелого возрастов. Оно осуществлялось при наличии соответствующего контроля в условиях воздействия серосодержащих поллютантов в концентрациях реально существующих на рабочих местах сотрудников Астраханского газоперерабатывающего комплекса.

Для этого изучалась возрастная и стажевая динамика осмотической и перекисной резистентности мембран эритроцитов работников АГК. Для подтверждения полученных результатов проведен эксперимент по экспонированию в тех же условиях белых беспородных крыс на тех этапах онтогенеза и такое время, которые могут быть с достаточной степенью достоверности соотнесены с изучаемыми периодами онтогенеза и временем контакта со специфическими вредностями человека.

Параллельно в межклеточном веществе крови у работников АГК изучаемых периодов онтогенеза и экспозиций с серосодержащими поллютантами исследовалось содержание макро- и микроэлементов (кальция, меди, цинка и магния). Изучались также динамики информационных характеристик спектра белков и концентраций МДА и оснований Шиффа.

Проведенное исследование продемонстрировало зависимость морфофункциональной системы «плазма крови - эритроциты» как от возраста, так и от воздействия внешнего негативного фактора, которым в данном случае являлись серосодержащие поллютанты. Влияние последних статистически достоверно модифицирует номальные возрастные параметры данной биологической системы в сторону ухудшения.

Можно предположить что воздействие неблагоприятных антропогенных экологических факторов как бы ускоряет естественные процессы деградации в морфофункциональной системе.

Кроме этого в исследовании выявлена выявлена четкая достоверная взаимосвязь свойств системы «плазма крови - эритроциты» и наличие признаков классической стресс-реакции при действии негативных экзогенных факторов, что, возможно, свидетельствует о едином координирующем влиянии, осуществляемом гипоталамо-гипофизарной системой и её эффекторным звеном - корой надпочечников.

Макроструктурные характеристики эритроцитов в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Морфологическое исследование эритроцитов сотрудников АГПЗ показало, что форма эритроцитов является пластичной характеристикой и зависит, как от возраста субъекта, так и от специфического воздействия газообразных серосодержащих поллютантов, но вторая причина воздействует более сильно.

В контрольных группах (20 - 29, 30 - 39 и 40 - 49 лет) содержание нормоцитов в крови составляет соответственно 72,8±1,2%, 68,3±1,4% и 66,2±1,3%. По мере старения индивида прослеживается тенденция к возрастанию числа макро- и микроцитов, более выраженная в отношении последних, о чем свидетельствует уменьшение среднего объема эритроцитов в контрольных группах (104,34±2,62; 101,14±2,76 и 96,12±3,64 мкм³ соответственно). Наблюдаются единичные эхиноциты, деформированные и деструктивные формы эритроцитов.

У индивидов, имевших производственный контакт с серосодержащими поллютантами, морфологическое исследование эритроцитов выявило качественно сходные изменения, которые развиваются по мере удлинения данного контакта. Так, количество нормоцитов достоверно снижено у рабочих АГПЗ по сравнению с контролем во всех возрастных группах.

В группах со стажем 1-3 года нормоцитов содержится меньше в среднем на 9,0±0,3% (P<0,01), со стажем 3-7 лет - на 4,0±0,7% (P<0,05) и со стажем 7 и более лет - на 7,0±0,5% (P<0,05). Соответственно больше наблюдается измененных, в частности, микро- и макроцитов и патологических форм эритроцитов.

Исследование содержания эритроцитов в периферической крови крыс (Табл.2.) продемонстрировало, что, как и у работников АГКМ, данная характеристика зависит как от этапа онтогенеза объекта изучения, так и от времени контакта со специфическими вредностями. Хотя тенденция снижения содержания эритроцитов у контрольных животных с возрастом и статистически недостоверна, она всё-таки имеет место.

Таблица 2. Количество эритроцитов в периферической крови экспериментальных и контрольных животных в биомониторинге (, млн./мкл)

Этап онтогенеза (сут.)	Опыт	Контроль	Р
225	7,9±0,3	8,4±0,4	>0,05
383	7,7±0,3	8,1±0,1	<0,05
487	7,4±0,2	7,9±0,3	<0,05
630	7,1±0,3	7,8±0,2	<0,01

Следует отметить тот факт, что у контрольных животных всех изучаемых этапов онтогенеза содержание эритроцитов в периферической крови находится в нижней половине нормы. Это косвенно свидетельствует об экологическом неблагополучии в месте их экспозиции, т.е. в г. Астрахани.

Воздействие серосодержащих поллютантов на территории АГПЗ заметно влияет на содержание эритроцитов у крыс. Так же, как и в контроле, снижение этого показателя у экспериментальных животных в зависимости от стадии онтогенеза статистически недостоверно.

В то же время снижение данного показателя у опытных животных по сравнению с контрольными, кроме крыс 225 суток развития, менее всего подвергавшихся воздействию серосодержащих поллютантов, статистически достоверно. В возрастной группе, наиболее длительно контактировавшей со специфическими вредностями (630 суток развития), данное снижение высокодостоверно выражено и (P>0,01).

Сравнение полученных результатов со среднестатистической нормой свидетельствует о том, что по мере увеличения контакта со специфическими вредностями газохимического производства среднеарифметическое значение содержания эритроцитов в периферической крови крыс всё более и более приближается к нижней границе нормы.

Уже у опытных крыс возрастной группы 487 суток реальное содержание эритроцитов с учетом среднеквадратической ошибки достигает нижней границы среднестатистической нормы. У более старших животных, более длительное время подвергавшихся воздействию серосодержащих поллютантов и само среднеарифметическое значение данного показателя выходит за нижнюю границу нормы.

В процессе исследования объема эритроцитов кондуктометрическим методом было установлено, что популяция эритроцитов периферической крови человека и в норме гетерогенна по этому параметру. Условно были выделены две группы эритроцитов: «микроэритроциты» и «макроэритроциты». К «макроэритроцитам» относили те, которые имели объем равный или больше 100 мкм³, а к «микроэритроцитам» - соответственно меньше этой величины. Определялось число и средний объем эритроцитов отдельно в каждой группе и средние значения этих величин для всех эритроцитов.

Исследования показали, что динамика изменения среднего объема эритроцитов связана, во-первых, с возрастным фактором, и, во-вторых, с длительностью контакта с газообразными серосодержащими поллютантами. Данная зависимость представляется достаточно сложной, и, несомненно, требует дальнейшего изучения, но, как нам представляется, можно отметить некоторые тенденции: 1. с возрастом падает удельный вес группы «макроэритроцитов» - возрастает их средний объем, но уменьшается их число и, как следствие, в результате сочетания этих двух факторов возрастает средний объем всей популяции эритроцитов. 2. группа «микроэритроцитов» числено становится больше и их средний объем также несколько увеличивается. Воздействие серосодержащих поллютантов наиболее интенсивно увеличивает средний объем «макроэритроцитов» и увеличивает численность «микроэритроцитов» у молодых работников и при газовом стаже 1 - 3 года.

Ультраструктурные характеристики эритроцитов в условиях воздействия серосодержащих поллютантов

Весьма интересную и ценную информацию о состоянии цитолемм эритроцитов дает метод сканирующей (СЭМ) электронной микроскопии.

Как показали исследования с использованием метода СЭМ, в условиях воздействия серосодержащих поллютантов прослеживается два пути деградации нормоцитов. В первом случае, который наблюдается преимущественно у молодых работников АГПЗ, на поверхности изолированного нормоцита появляется вырост или выросты (Рис. 6.)

...