Наукове обґрунтування біохімічних основ формування бронхолегеневих захворювань у населення за умов забруднення довкілля важкими металами та іонізуючим випромінюванням в низьких дозах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наукове обґрунтування біохімічних основ формування бронхолегеневих захворювань у населення за умов забруднення довкілля важкими металами та іонізуючим випромінюванням в низьких дозах

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В країнах європейського регіону в останнє десятиріччя досягнуті певні успіхи щодо зниження рівнів забруднення навколишнього середовища. У програмі ООН «Порядок денний на ХХІ століття» відзначено, що всім державам необхідно мати національні програми з визначення екологічних факторів, що негативно впливають на здоров'я населення, для розробки заходів з їх попередження. Особливої актуальності ця проблема набуває в регіонах із значною концентрацією підприємств важкої та хімічної промисловості. Так, обсяг викидів підприємств Придніпровського регіону складає 31% від загального обсягу викидів по країні (Сердюк А.М. и соавт., 2004). Останнім часом у літературі з'являються дані, які свідчать про вплив низьких (субпорогових) концентрацій різноманітних екопатогенних чинників на організм людини. Їх дія може призводити до прихованих функціональних, біохімічних, імунологічних та інших змін з подальшим розвитком захворювання, що в умовах технічного прогресу є особливо актуальним (Трахтенберг И.М. и соавт., 1991, 1994, 1995; Сердюк А.М., 1995; Носова В.Ф., 1999; Кундиев Ю.И. и соавт., 2004 та ін.).

Техногенне забруднення атмосферного повітря становить певну загрозу для здоров'я населення, призводячи до захворювань бронхолегеневої системи, оскільки в легенях відсутні надійні системи захисту проти шкідливих чинників (Андрущук А.А. та ін., 1999; Тимченко О.І. і співавт., 2000; Keil U., 1998; Frega G. et al, 2000; Anto J.M.et al., 2000; Barnes P.J., 2000; Pope C.A., 2001; Izzotti А., 2001; Онищенко Г.Г., 2003). Найбільш розповсюдженими з цих захворювань є хронічний бронхіт та бронхіальна астма, у виникненні яких суттєву роль відіграють забруднювачі, тобто присутні у вдихаємому повітрі суміші різної природи, агрегатного стану чи хімічної будови, які здійснюють шкідливу подразнюючу дію на слизову оболонку бронхів. Це пил, оксиди сірки та азоту, продукти неповного згоряння нафти, вугілля, природного газу, озон та інші, серед яких важливе місце належить важким металам (ВМ). Навіть помірні, проте тривалi несприятливi зовнішні впливи можуть спричинювати напругу захисних механізмів легень, їх гіперфункцію та гіпертрофію, виснаження та дисбаланс з розвитком вторинної недостатності (Vallyathan V. et al., 1997; Родіонова В.В., 2001; Паранько Н.М. и др., 2002). Хiмiчне забруднення довкілля може негативно впливати не лише безпосередньо на мешканцiв контамінованих територій, але й на їх нащадків (Білецька Е.М., 1999; Мищенко В.П. и др., 1999; Музичук Н.Т., 1999; Розанов В.А., 2000; Сердюк А.М., 2001, 2002; Бердник О.В., 2003). Фактори навколишнього середовища можуть впливати на розвиток метаболічного синдрому, оскільки за допомогою цих факторів реалізується спадкова схильність (Sankaranarayanan К. et al., 1999).

Одним з негативних екологічних чинників, який неможливо проігнорувати, в останній час стало іонізуюче випромінювання (ІВ). Катастрофа на Чорнобильскій АЕС призвела до масштабного забруднення навколишнього середовища і, перш за все, атмосферного повітря, радіоактивним пилом та ВМ. Встановлений зв'язок між довготривалим вдиханням радіоактивного пилу та формуванням хронічних прогресуючих захворювань легень, зокрема, хронічного бронхіту (Чучалин А.Г., 1993; Барьяхтар В.Г., 1995; Барабой В.А., 1996; Сушко В.А. и др., 1996, 1999; Ткачишин В.С., 1999). ІВ викликає пошкодження слизових оболонок з депресією локального захисту та клітинної регенерації, зміни найбільш важливих метаболічних процесів. Багато робіт присвячено впливу ІВ на живі організми (Воробцова Е.Н., 1991; Сердюк А.М., 1998; Коваленко А.Н., 2000; Лісяний М.І. та співавт., 2001; Feinendegen L.E., 2003; Brooks A.L., 2003), але значно менше уваги приділено його дії в малих дозах, що викликає необхідність нового підходу до трактування патогенезу хронічних обструктивних захворювань легень у осіб, віднесених до групи підвищеного радіаційного ризику.

Зростання рівня радіаційного фону вище природного, поряд з техногенним забрудненням повітря і основних вододжерел хімічними полютантами, в тому числі ВМ, призводить до зростання радіаційно-хімічного навантаження на населення великих промислових міст. Особливого значення набуває визначення найбільш ранніх передпатологічних функціональних змін на молекулярно-клітинному рівні, їх вплив на стан організму і, зокрема, легень. У сучасній науковій літературі широко висвітлюється питання про поєднану дію ІВ та ВМ (Иваницкая Н.Ф., 1994; Руднев М.И., 1994, 1999; Калиман П.А. и соавт., 1997), але наведені дані досить часто торкаються вузьких питань, є суперечливими та розрізненими. Вказане обумовило актуальність проведення даної роботи, в якій представлені теоретичне обґрунтування та експериментальне визначення біохімічних критеріїв оцінки впливу промислового забруднення довкілля на формування бронхолегеневої захворюваності населення, запропоновані принципи метаболічної профілактики виникнення і хронізації цієї патології у мешканців промислово забруднених територій та їх нащадків.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Обраний напрям дисертаційного дослідження є розвитком наукової проблеми у галузі гігієни навколишнього середовища, а саме, присвячений формуванню екозалежних захворювань легень. У роботі узагальнено результати досліджень, які виконані у межах НДР Укр Держ НДІ МСПІ та ДНУ за темами: «Изучить причины инвалидности при хроническом бронхите у лиц, проживающих в Донецко-Приднепровском регионе, и разработать программы медико-социальной реабилитации», № держреєстрації 0193020067; «Медико-соціальна експертиза при деяких обструктивних захворюваннях дихальних шляхів та її особливості у осіб, що піддались радіаційному впливу», № держреєстрації 0193020067; «Особливості медико-соціальної експертизи при найбільш частих захворю-ваннях у віддаленому періоді у осіб, що піддалися радіаційному вплив у зв'язку з аварією на ЧАЕС», № держреєстрації 0193020067; «Наукове обґрунтування шляхів удосконалення систем реабілітаційних заходів для дорослих та дітей, які постраждали при ліквідації аварії на ЧАЕС», № держреєстрації 02-21-97; «Адаптаційний легеневий синдром і патологія органів дихання в умовах дії змішаних екопатогенних чинників», № держреєстрації 02-101-98.

Мета дослідження. Обґрунтування біохімічних основ формування бронхолегеневої захворюваності населення за умов забруднення довкілля важкими металами та іонізуючим випромінюванням в низьких дозах для профілактики хронізації захворювань легень у мешканців промислово забруднених територій.

Задачі дослідження.

1. Дослідити ступінь накопичення важких металів в організмі мешканців промислово забруднених територій та виявити особливості порушень біохімічного гомеостазу осіб, хворих на хронічний бронхіт.

2. Визначити характер накопичення важких металів у тканинах новонароджених, матері яких проживали в умовах забрудненого середовища промислового міста; дітей (в тому числі нащадків ліквідаторів аварії на ЧАЕС), що проживають на промислово забруднених територіях. Встановити і оцінити ступінь небезпеки накопичення важких металів для розвитку у нащадків бронхолегеневої патології.

3. Вивчити порушення біохімічного гомеостазу у ліквідаторів наслідків Чорнобильської катастрофи - хворих на хронічний бронхіт та дослідити особливості біохімічних змін гомеостазу їх нащадків, які часто хворіють на бронхолегеневу патологію.

4. Визначити ризик ізольованого та сполучного впливу важких металів та іонізуючого випромінювання на стан тканин організму в експериментах на тваринах.

5. Визначити біохімічні механізми розвитку бронхолегеневих захворювань в умовах забруднення довкілля важкими металами та іонізуючим випромінюванням.

6. Встановити біохімічні критерії оцінки функціонального стану легень за розвитку екозалежних пневмопатій.

7. Обґрунтувати профілактичні заходи попередження розвитку та хронізації бронхолегеневих захворювань мешканців промислово забруднених територій.

Об'єкт дослідження: механізми формування бронхолегеневої патології за впливу важких металів та іонізуючого випромінювання в низьких дозах.

Предмет дослідження: біохімічні особливості стану легень людини за умов ізольованого та поєднаного впливу важких металів і іонізуючого випромінювання в низьких дозах та експериментальне моделювання дії хімічно-радіаційного навантаження на живі організми.

Методи дослідження: санітарно-гігієнічні, біохімічні, імунологічні, морфологічні, нейрохімічні, фізико-хімічні, електрофізіологічні, статистичні та математичні.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у вивченні впливу забруднення довкілля важкими металами та іонізуючим випромінюванням в низьких дозах на формування бронхолегеневої патології.

В результаті проведених досліджень вперше:

· визначений вміст важких металів у біосубстратах (тканини легень, мозку) мешканців великого промислового міста Дніпропетровська та їх нащадків;

· встановлені біохімічні основи та клітинні механізми формування патології легень у мешканців промислово забруднених територій,

· визначені біохімічні ознаки гомеоклазу функціонування легень за впливу іонізуючого опромінення в низьких дозах;

· визначені клітинні механізми розвитку бронхолегеневих захворювань за ізольованого та поєднаного впливу радіаційного та техногенного навантаження;

· виявлений реальний внесок іонізуючого випромінювання у сполученні з техногенним забрудненням навколишнього середовища в механізми порушення біохімічного гомеостазу нащадків опромінених осіб;

· розроблені діагностичні та прогностичні критерії оцінки функціонального стану легень, що визначають адаптаційні можливості легень за умов прямого та опосередкованого впливу важких металів та низькодозового іонізуючого випромінювання;

· розроблені гігієнічні та біохімічні критерії оцінки шкідливого впливу забруднення довкілля на здоров'я населення в залежності від поєднання генетичних та середовищних факторів;

· запропоновані превентивні заходи з попередження розвитку та хронізації бронхолегеневих захворювань мешканців промислово забруднених територій.

Практичне значення отриманих результатів дослідження полягає у розробці методичних підходів до оцінки порушень біохімічного гомеостазу легень за ізольованої та поєднаної дії забруднення навколишнього середовища важкими металами та іонізуючим випромінюванням в низьких дозах. Обґрунтовано принципи і розроблено уніфіковані підходи до оцінки ступеня ризику визначених антропогенних факторів довкілля для формування бронхолегеневої екозалежної патології у мешканців індустріальних територій та їх нащадків.

На підставі виявлених патогенетичних порушень з урахуванням індивідуальних особливостей біохімічного статусу пацієнтів удосконалені біохімічні методи діагностики хронічних неспецифічних захворювань легень (ХНЗЛ). Обґрунтований та рекомендується для використання у біохімічних клінічних та експериментальних дослідженнях спеціальний комплекс біохімічних методів досліджень стану легень. «Методика оцінки стану протеїназ-інгібіторної системи у хворих на хронічний обструктивний бронхіт» включена до реєстру галузевих нововведень МОЗ України за №15/16/02. Отримані: Деклараційний патент №60059 «Спосіб біохімічної діагностики стану легень при бронхолегеневих захворюваннях»; Деклараційний патент №68590 «Спосіб діагностики нейротоксичних ефектів»; Деклараційний патент №70757 «Спосіб прогнозування перебігу хронічного бронхіту».

Запропоновані превентивні заходи попередження розвитку та хронізації бронхолегеневих захворювань мешканців промислово забруднених територій. Урахування ранніх реакцій дитячого організму на екотоксичні впливу дозволили обґрунтувати підходи до первинної профілактики ХНЗЛ у нащадків ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС. Методичні питання, які розроблені в роботі, узагальнені в «Методичних вказівках з організації диспансерного спостереження та реабілітації дітей ліквідаторів аварії на ЧАЕС» (1999).

Запропоновані методичні підходи використані у клінічній практиці клініко-діагностичної лабораторії УкрДержНДІМСПІ, біохімічної та імунологічної лабораторій дорожньої клінічної лікарні станції Дніпропетровськ. Основні положення дисертаційної роботи впроваджені у навчальний процес кафедр біохімії та біофізики Дніпропетровського національного університету та біологічної та загальної хімії Дніпропетровської державної медичної академії.

Особистий внесок здобувача. Автор особисто аналізувала вітчизняну та зарубіжну літературу з даної проблеми, самостійно сформувала мету, завдання та методологію проведення досліджень. Матеріали дисертації отримані за безпосередньої участі або під науковим керівництвом автора в рамках науково-дослідних робіт. Автором самостійно проведена статистична обробка, аналіз та інтерпретація отриманих результатів, сформульовані узагальнення та висновки, визначені основні біохімічні закономірності формування бронхолегеневих захворювань у мешканців промислово забруднених територій та їх нащадків, запропоновані профілактичні заходи, що сприяють запобіганню хронізації захворювань легень. Спільні дослідження, що виконані за участю фахівців лабораторії біохімічних досліджень УкрДержНДІ МСПІ, не перевищують 25% загального об'єму роботи.

За допомогу в проведенні морфометричних та електронномікроскопічних досліджень автор висловлює щиру подяку к.м.н. Антонюку С.В.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що включені до дисертації, оприлюднені на 53 конференціях та конгресах: міжнародний з'їзд Meeting of the FEBS (Базель, Швейцарія, 1995; Варшава, Польща, 2004); Національний конгрес з хвороб органів дихання (Москва, 1995, 1999, 2004; Новосибирськ, 1996); обласна наукова конференція «Современные проблемы медико-социальной экспертизы и реабилитации» (Дніпропетровськ, 1995, 2000); міжнародна конференція «2^nd Practical Conftrence on Sustainable Development: System Analysis in Ecology (Севастополь, 1996); науково-практична конференція «Віддалені наслідки опромінення в імунній та гемопоетичній системах» (Київ, 1996); міжнародний конгрес з імунореабілітації (Сочі, 1998); І Національний конгрес України з імунології, алергології та імунореабілітації (Алушта, 1998); з'їзд Українського біофізичного товариства (Харків, 1998; Львів, 2002); міжнародний конгрес «VIII International Congress of Toxicology» (Париж, Франція, 1998); Конгрес СФУЛТ (Ужгород, 1998; Луганськ, 2002; Чернівці, 2004);); міжнародна конференція «International Conference on Diagnosis and Treatment of Radiation Injury» (Роттердам, Нідерланди, 1998); міжнародний симпозіум «International Sympоsium and Exhibition on Environmental Contamination in Central and Eastern Europe» (Варшава, Польща, 1998; Прага, Чехія, 2000, 2003); міжнародна конференція «Питання біоіндикації і екології» (Запоріжжя, 1998); міжнародний з'їзд «29^th Meeting og the European Society for Radiation Biology and 9^th Meeting of the Italian Society for Radiation Research» (Капрі, Італія, 1998); Міжнародний конгрес «Интерастма-98» (Москва, 1998); Всеросійська конференція з міжнародною участю «Проблемы противолучевой защиты» (Москва, 1998); V Міжнародна конференція «Франція та Україна: науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур» (Дніпропетровськ, 1998); ІІ з'їзд фтизіатрів і пульмонологів України (Київ, 1998); Міжнародна конференція «Наука і освіта'98», Дніпропетровськ, 1998); міжнародний з'їзд «9^th Annual Meeting of SETAC-Europe «Quality of Life and Environment in Cultured Landscapes» (Лейпциг, Німеччина, 1999); міжнародна конференція «5^th International Conference On The Trace Elements» (Відень, Австрія, 1999); міжнародний симпозіум «Radiation-Induced Lung Damage» (Дрезден, Німеччина, 1999); міжнародний з'їзд «17^th ISN and 13^th ESN Meeting «(Берлін, Німеччина, 1999); міжнародний конгрес «XIII International Biophysics Congress» (Нью-Делі, Індія, 1999); V Міжародна науково-практична конференція «Вода: проблемы и решения» (Дніпропетровськ, 1999); Всесвітній конгрес «World Congress on Lung Health and 10^th ERS Annual Congress» (Флоренція, Італія, 2000); міжнародна конференція «International Conference on the Biochemistry of Lipids» (Галле, Німеччина, 2000; Грац, Австрія, 2002); міжнародна науково-практична конференція «Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья» (Тирасполь, 2001); І з'їзд токсикологів України (Київ, 2001); 3-я Міжнародна конференція «Медицинские последствия Чернобыльской катастрофы: итоги 15-летних исследований» (Київ, 2001); Всесвітній конгрес «Lipid, Fats and Oil: Reality and Public Perception» (Берлін, Німеччина, 2001); міжнародна конференція «Екологія кризових регіонів України» (Дніпропетровськ, 2001); ІХ міжнародна науково-практична конференція «Экология человека в постчернобыльский период» (Мінськ, 2001); науково-практичний семінар «Биологические эффекты малых доз радиации» (Аксаковщина, Беларусь, 2001); міжнародна конференція «Биология-наука ХХІ века: 6-я Пущинская школа-конференция молодых ученых» (Пущино, 2002); Всеросійська конференція «Современные технологии лабораторной диагностики нового столетия» (Москва, 2002); Всеукраїнська науково-практична конференція «Довкілля і здоров'я» (Тернопіль, 2003); 4-а Міжнародна конференція «Дети Чернобыля - медицинские последствия и социально-психологическая реабилитация» (Київ, 2003); ІІ Міжнародна конференція «Ксенобиотики и живые системы» (Мінськ, 2003); ІІ Міжнародна науково-практична конференція «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2003); ІІІ Львівсько-Люблінська конференція з експериментальної та клінічної біохімії (Львів, 2004); VII Національний Конгрес кардіологів України (Дніпропетровськ, 2004); міжнародна науково-практична конференція МГУ-СУНИ «Человечество и окружающая среда» (Москва, 2004); міжнародна науково-практична конференція «Клінічна та експериментальна біохімія» (Тернопіль, 2004).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано у 96 друкованих роботах, у тому числі 27 статтей у журналах та збірниках наукових праць, рекомендованих ВАК України як фахові, 13 статей у збірниках наукових праць, 1 методичні рекомендації, 3 Деклараційні патенти про винаходи, 53 тези доповідей у матеріалах наукових конференцій і симпозіумів, у тому числі 44 міжнародних.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, огляду літератури, викладу методів і об'єктів досліджень, 8 розділів власних досліджень, заключення, висновків та списку літератури, що містить 623 джерела. Повний обсяг дисертації становить 347 сторінок. Основний текст займає 290 сторінок тексту, містить 45 таблиць і 31 рисунок.

Основний зміст роботи

метал новонароджений бронхолегеневий забруднений

Перший розділ присвячено аналізу наукової літератури. Огляд літератури складається з чотирьох підрозділів, які характеризують стан довкілля промислового Придніпровського регіону, біохімічні механізми розвитку хронічних неспецифічних захворювань легень (ХНЗЛ), внесок забруднення довкілля ВМ та ІВ у малих дозах у розвиток хронічних неспецифічних захворювань легень. Розділ завершується узагальненням літературного матеріалу, окресленням кола невирішених питань та обґрунтуванням напрямку і методичних підходів досліджень.

У другому розділі представлено об'єм, методи досліджень і характеристика обстеженого контингенту. Загальна характеристика видів та обсягу досліджень представлена у таблиці 1. Визначення причин формування та особливостей перебігу хронічних неспецифічних захворювань легень у мешканців Придніпровського регіону проведене з використанням історико-архівного методу досліджень. Моніторинг вмісту ВМ в об'єктах довкілля протягом 1994-1999 рр. здійснений методом атомно-абсорбційної спектроскопії за допомогою приладу ААS фірми Карл Цейс Йси (Німеччина). Режим контролю, відбір проб повітря та води, визначення в них хімічних сполук виконували у відповідності із держстандартом 17.2.301-86 «Правила контроля качества воздуха населенных мест». Гігієнічна оцінка забруднювачів у повітрі виконана згідно із ДСП-201-97 «Державні санітарні правила охорони атмосферного повітря населених міст (від забруднення хімічними і біологічними речовинами)». Для дослідження вмісту ВМ у воді здійснювали регулярний відбір проб води з вододжерел та води питної з водозагонів регіону. Проби води відбирались та аналізувались згідно ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая», ГОСТу 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения», СанПіНу №4630-88. Вивчали та аналізували кількість ВМ у ґрунті промислових районів. Відбір проб проводили на території промислових підприємств, санітарно-захисних зонах підприємств, зонах дії транспортних магістралей, житлових зонах. Умовно чистими вважали території, що розташовані не ближче, ніж у 20 км від основних джерел емісії, а також населені пункти Придніпровського регіону, де відсутні підприємства металургійної, хімічної, машинобудівної промисловості.

Методом атомно-абсорбційної спектроскопії вивчали вміст ВМ в легеневій тканині суб'єктів, які постійно мешкали в умовах промислового забруднення. Визначали вміст ВМ у тканинах головного мозку та легенях новонароджених, а також 26-28-тижневих плодів постійних мешканок м. Дніпропетровська.

Таблиця 1. Загальна характеристика видів та обсягу досліджень

Досліджували вміст ВМ у волоссі, нігтях та сечі дітей, в тому числі нащадків ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС, що від народження мешкають в сельбішних районах м. Дніпропетровська.

Обґрунтовано та застосовано при обстеженні комплекс біологічних показників для оцінки функціонального стану бронхолегеневої системи хворих та інвалідів внаслідок ХНЗЛ, в тому числі ліквідаторів аварії на Чорнобильській АЕС та їх нащадків (біохімічні, імунологічні, нейрохімічні, фізико-хімічні, електрофізіологічні), що проживають в умовах промислового забруднення довкілля. Оцінювали біохімічний та імунологічний гомеостаз за уніфікованими методиками (Колб В.Г., Камышников В.С., 1982, Меньшиков В.В., 1987), ступінь вільно-радикальних процесів (Покровський А.А. и др., 1964; Коробейникова Э.Н, 1989), протеолітичних процесів (Березин В.А. та ін., 1982; Карякина И.Ю. и др., 1990), окисно-відновних процесів (Прохорова, 1982), ендогенної інтоксикації (Lowry O.H. et al., 1951), нейротоксичних ефектів (Uschakova G.A. et al., 1995), стан антиокисної системи (Ellman G.L., 1959; Спектор Е.Б. и др., 1984; Переслегина И.А., 1989). Морфологічні та електронномікроскопічні дослідження проведені за В.Я. Карупу (1984), Г.Г. Автанділовим (1990).

Експериментальні дослідження з вивчення ізольованого та поєднаного впливу ВМ та іонізуючого випромінювання проведено на щурах лінії Wistar з вагою тіла 150-200 г., що утримувались на стандартному раціоні віварію.

З метою визначення особливостей короткочасного (1 година 2 рази на тиждень протягом тижня) та довготривалого (1 година 2 рази на тиждень протягом 2-х місяців) впливу провокуючого фактора на легеневу тканину і адаптаційні механізми, які представлені сурфактантною та антисурфактантною системами легень, проведене моделювання формування пневмопатії шляхом інгаляційного впливу на щурів 0,1% розчином трипсину.

Для детального вивчення інгаляційного впливу на системи гомеостазу живих організмів порівняно низьких рівнів свинцю (0,01% розчин ацетату свинцю) та стронцію (0,01% розчин ацетату стронцію) визначали інтенсивність вільно-радикальних процесів і стан антиокиснювальної та протеолітичної системи різних органів і тканин щурів за короткотривалого та тривалого інгаляційного впливу низьких концентрацій ацетату свинцю та стронцію за вищенаведеною схемою. Проведене комплексне (гістологічне та електронномікроскопічне) порівняльне морфологічне дослідження аерогематичного бар'єру та респіраторного відділу легень щурів за інгаляційної дії солей ВМ.

Здійснювали дослідження впливу споживання тваринами на протязі 25 діб питної води, забрудненої Сu²⁺ (20 мг/л), Сo²⁺ (5 мг/л,), Pb²⁺ (5 мг/л) на біохімічний стан легень.

Досліджений комплекс біохімічних та морфологічних показників тканин легень та основних органів щурів, що були експоновані іонізуючим опроміненням в дозі 0,25 Гр. Хронічне опромінення тварин здійснювали фракціоновано (0,01 Гр на добу) протягом 25 діб апаратом РУМ-17 за таких умов: напруга - 150 кВ, сила струму - 6 мА, фільтри - 2,0+0,5 мм Cu, потужність дози 1,67 мГр/хв. Щурів контрольної групи піддівали «удаваному» опроміненню з використанням свинцевого екрану в такі самі строки, як і дослідну групу. Дослідження проводили на 1-у, 5-у та 130-у добу після повного завершення хронічного опромінення.

Вивчали сполучний вплив споживання тваринами питної води, забрудненої важкими металами - Сu²⁺ (20 мг/л) та Сo²⁺ (5 мг/л) та хронічного опромінення сумарною дозою 0,25 Гр на протязі 25 діб на стан біохімічних процесів у легенях, серці, печінці, головному мозку щурів.

Вивчали метаболічну активність легеневої тканини нащадків першого покоління, що підпали під вплив промислових викидів в пренатальному періоді розвитку, своєчасно народжених від самиць, що з 1 по 20 добу вагітності піддавались інгаляційному впливу викидів металургійного виробництва протягом 20 годин на добу. Концентрації шкідливих речовин у камері визначались на рівні 2,9 (6,8-0,54) мг/куб. м для NO₂ та 9,0 (20,6-1,8) мг/куб. м для СО. Контрольну групу склали щурі-самці відповідного віку, що були народжені від інтактних самиць.

Для виявлення можливих віддалених опосередкованих ефектів низьких доз радіації дослідну групу тварин піддавали фракціонованому опроміненню в сумарній дозі 0,25 Гр (0,01 Гр/добу на протязі 25 діб) на установці РУМ-17. Через 2 тижні після опромінювання тварин підсаджували для спарювання за наступною схемою: опромінений самець і опромінена самиця, опромінений самець та інтактна самиця, інтактний самець та опромінена самиця. Після появи першого покоління нащадків щурят брали в експеримент на 6-у, 12-у, 18-у і 25-у добу постнатального розвитку.

Статистичну обробку даних здійснювали з використанням пакету прикладних програм Statistica 6.0. Згідно умов та мети аналізу використовували: методи однофакторного аналізу ANOVA, t-критерій Стьюдента, методи факторного та кластерного аналізу. Як результативні ознаки розглядались 14 показників біохімічного метаболізму легеневої тканини. Факторіальними були концентрації металів у біосубстратах та тривалість впливу ізольованої та поєднаної дії важких металів та іонізуючого випромінювання в низьких дозах на організм людини та тварин.

У третьому розділі, що складається з двох підрозділів, наведені дані моніторингу моніторингу забруднення довкілля Придніпровського регіону. Основними забруднювачами довкілля в Придніпров'ї є органічні полютанти: фенол, бензол, толуол та їх похідні. В приземному шарі повітря знайдена значна кількість окисів азоту. В складi атмосферних забруднювачiв поряд з газоподiбними речовинами представленi ВМ. Частка останнiх незначна, але асортимент їх дуже широкий. Найбiльш поширенi марганець, хром, свинець. Аналiз вмiсту токсичних речовин в вододжерелах Днiпропетровської областi свідчить про присутність солей ВМ і фенолів. При аналізі ґрунтів на території Дніпропетровської області виявлено поступове збільшення їх забрудненості ВМ як в безпосередній близькості до джерел емісії (територія промислових підприємств, зона впливу транспортних магістралей), так і на більш віддалених територіях (санітарно-захисна зона, житлова зона). В останній час у зв'язку із зниженням промислового виробництва більш інтенсивне забруднення ґрунтів виявлено у районі транспортних магістралей.

Вивчення медичних справ інвалідів внаслідок ХНЗЛ, показало, що в містах Придніпровського регіону існують несприятливі екологічні умови, які стали одним з чинників, що сприяли виникненню та прогресуванню бронхолегеневих захворювань. 92% хворих вказали на близькість до місця проживання шкідливих виробництв (хімічного - 17,61%, гірничопереробного - 10,69%, металургійного - 24,53%, енергетичного - 6,92%). Поряд з великою автомагістраллю проживало 32,08% осіб. У 72,96% хворих вулиці, на яких вони мешкають, мають асфальтове покриття, 8,18% - бетонне і 18,86% - ґрунтове. Більшість інвалідів вказують на наявність в атмосферному повітрі пилу (71,07%), сажі (27,04%), газів з неприємним запахом (71,07%). Слід також відмітити преморбідний фон у хворих на ХБ. Спадковість була поважчана в 37,74%. Захворювання бронхолегеневої системи у рідних інвалідів зустрічались в 38% випадків. Забруднення довкілля суттєво впливає на формування, перебіг і прогноз хронічних захворювань легень. Так, загалом серед мешканців міст з високим рівнем промислового забруднення, що страждають на ХНЗЛ, спостерігається більший відсоток хворих з більш тяжкою дихальною недостатністю, супутньою патологією, перш за все, серцево-судинною, яка погіршує стан здоров'я даного контингенту.

У четвертому розділі представлені результати досліджень з вивчення загальних біохімічних механізмів, залучених в патогенез ХНЗЛ. Обстеження хворих та інвалідів внаслідок ХНЗЛ в залежності від ступеня дихальної недостатності, активності запального процесу, ступеня бронхіальної обструкції дозволило встановити накопичення в сироватці крові маркерів запальних процесів, розвиток гіпокоагуляції, порушення ліпідного обміну, кальціємію, посилення вільно-радикальних та протеолітичних процесів. Ступінь і направленість змін у буферних системах (зокрема, антиоксидантній та антипротеолітичній) крові пацієнтів з легеневими захворюваннями залежать від виду патології (хронічний бронхіт, бронхіальна астма, пневмонія), стадії процесу (ремісія, загострення), ступеню дихальної недостатності та недостатності кровообігу і терміну захворювання (гостра, хронічна форми) і мають адаптивно-компенсаторний характер. Для хворих з вираженими патологічними змінами в бронхолегеневій системі характерним є значне зниження активності захисних систем, що свідчить про їх виснаження. Вміст в сироватці крові ТБК-активних продуктів і компонентів антиоксидантної системи, комплексу трипсин-облігатні інгібітори можна розглядати як маркери, що об'єктивно відображають стан захисних систем організму і тяжкість патологічного процесу, і можуть бути використаними в якості додаткового тесту при оцінці результатів лікування досліджуваної патології.

Досліджені особливості біохімічного гомеостазу різних сегментів легень (верхній, середній, нижній) в аутопсійному матеріалі хворих на хронічний бронхіт у ділянках емфіземи та ателектазів. Як контрольні використовували показники аутопсійного матеріалу тканини легень, отриманого від осіб, у яких були відсутні морфологічні ознаки бронхолегеневої патології. У хворих з бронхолегеневими захворюваннями в тканині легень знайдені дисбаланс показників окисно-антиоксидантної і протеолітично-інгібіторної систем, розвиток ендогенної інтоксикації, пригнічення енергоутворення, порушення в холінергічній сигнальній системі. За емфіземи максимальне порушення відбувається шляхом прискорення катаболічних процесів з подальшим пошкодженням архітектоніки легеневої тканини, за ателектазів - превалювання процесів синтезу біологічно активних речовин (зокрема, продуктів вільно-радикальних процесів).

Для хворих на ХНЗЛ характерна дезорганізація клітинної ланки імунітету, яка проявлялась лейкоцитозом, моноцитопенією, еозинофілією, сегментоядерним порушенням і лімфопенією, дисфункцією нейтрофілів. Т-клітинний дисбаланс виражений змінами співвідношення хелперних і супресорних клітин. У цих пацієнтів визначалась дизімуноглобулинемія. Спостерігався зсув у співвідношенні популяцій лейкоцитів периферичної крові. За посилення тяжкості патологічного процесу виявляється більш елементів напруги, тобто визначаєма при цьому адаптаційна реакція формується на більш низькому рівні реагування організму і свідчить про десинхронізацію діяльності імунокомпетентних підсистем організму.

Порівняння отриманих даних щодо концентрації N-CAM вказує, що за розвитку бронхолегеневих захворювань нейротоксичний ефект перевищує загальнотоксичний. Електрофізіологічне обстеження хворих на ХНЗЛ підтвердило десинхронізацію активності нейронів, зниження амплітуди коркової відповіді в когнітивній фазі свідчило про погіршення процесів обробки інформації, що надходить, перш за все, до неспецифічних коркових структур, обумовлених гіпоксією мозку, яка виникає за порушень гіпервентиляційної функції легень. Визначені розлади нервової системи призводять до порушень інтегративних сигнальних систем, що відбивається на функціонуванні легень та розвитку загальної системної патології.

Моделювання пневмопатії шляхом інгаляції тварин тригерним чинником (0,1% розчином трипсину) показало різне реагування легеневої тканини і системи сурфактанту. Безпосередньо легенева тканина є більш уразливою (припустимо, це визначається особливостями будови органу), її захисні системи працюють в режимі високої напруги. За тривалої дії тригерного чинника відбуваються порушення біохімічного гомеостазу тканини легень, а також зрив у функціонуванні сурфактантної системи, як основної адаптаційної системи, що може впливати на її неспроможність протистояти довготривалому впливу пошкоджуючого чинника, в тому числі, ксенобіотиків, якими є більшість забруднювачів довкілля. Зміни функціональної активності сурфактантної системи відбуваються спершу шляхом її активації, а потім пригнічення в зв'язку з дисоціацією та дезінтеграцією сурфактантної та антисурфактантної систем. Їх дисфункція призводить до дезорганізації структури легеневої тканини, що є передумовою розвитку хронічних бронхолегеневих захворювань.

Біохімічне дослідження основних органів і систем тварин за трипсинової інгаляції довело, що розвиток пневмопатії відбивається на функціональному стані всіх основних органів: спостерігається загальна маніфестація ВРП, розвиток ендогенної інтоксикації, посилення протеолітичних процесів, тенденція до формування енергодефіциту на тлі виснаження ланок антиоксидантного та антипротеолітичного захисту. Детерміновані відмінності в ступені та векторності змін досліджених показників, що визначається залученістю до загального патологічного процесу, особливостями будови, резистентністю та властивостями визначеного органу.

У п'ятому розділі наведені результати досліджень з вивчення в пливу забруднення довкілля на біохімічні механізми перебігу ХНЗЛ. Аналіз даних свідчить, що пусковим механізмом патології легень в промисловій зоні з високим рівнем забруднення атмосферного повітря є зрив адаптаційних механізмів, які представлені сурфактантною та антисурфактантною системами легень. Проведене вивчення вільно-радикальних, протеолітичних та імунологічних процесів бронхоальвеолярному лаважі, що включає сурфактант і гуморальні чинники, та сироватці крові хворих на хронічний обструктивний бронхіт (ХОБ). Хронічні обструктивні зміни бронхіального дерева у мешканців промислово контамінованих територій супроводжувались значним підвищенням активності як протеазної, так і антипротеазної ланок системи. В стадії ремісії активність трипсину була підвищеною в 5 разів, 1-АТ - в 2,1 рази, 2-МГ - в 2,7 рази, що є індикатором більш глибокого ураження системи місцевого захисту у даного контингенту хворих.

Визначення ступеня ВРП хворих, що мешкали в умовно чистій зоні, показало вірогідне перевищення контрольних індексів (в 2 рази). Паралельна активація СОД (в 1,7 рази) є відповідною реакцією антиокисної системи на зміни оксидантного гомеостазу, хоч спостерігається деяке превалювання в бік розвитку окисного стресу. Розвиток ХОБ у мешканців екологічно забрудненої зони призводить до більш значної інтенсифікації процесів переокиснення в сурфактантній системі: концентрація ТБКАП перевищувала нормативні в 3,5 рази за підвищення активності СОД в 2,4 рази, що є негативною прогностичною ознакою розвитку декомпенсаторних процесів у легенях, які результуються в їх пошкодження, дестабілізацію просвіту термінальних і респіраторних бронхіол в результаті екпозиції токсинів. За інтервенції полютантів детерміноване значне пригнічення здатності імунних факторів місцевого захисту: концентрація sIgA знижена на 38% (в групі порівняння - на 15%). Відсутність вірогідних розбіжностей між дослідними показниками сироватки крові хворих на ХОБ, що мешкають в різних за рівнем забруднення зонах, дозволяє стверджувати, що вивчення бронхоальвеолярного лаважа є методично більш коректним для встановлення зсувів гомеостазу саме в легеневій тканині, дозволяє оцінити ступінь порушень безпосередньо в locus minorus, в той час як сироваткові параметри є більш інтегральними і відображають зацікавленість багатьох органів і систем.

Визначення вмісту ВМ в аутопсійному матеріалі - тканині легень хворих на ХОБ, які не були професійно експоновані цими металами, та осіб, що проживали в подібних умовах великого промислового міста, у яких були відсутні морфологічні ознаки бронхолегеневої патології, показало превалювання накопичення токсикантів за наявності хронічних запальних явищ у легеневій тканині при одночасному зниженні вмісту ессенціальних елементів (табл. 2).

Таблиця 2. Вміст важких металів в тканині легень осіб-мешканців промислового міста, мкг/г тканини, M+m

Визначення вмісту деяких елементів у тканинах головного мозку та легенях новонароджених, а також 26-28-тижневих плодів постійних мешканок м. Дніпропетровська показало зростання рівня свинцю в порівнянні з фізіологічно нормальними величинами в 14,5 рази, кобальту - в 9,75, нікелю - в 10 разів. Вміст міді складав лише 74% від фізіологічного, заліза - 40%, цинку - 58% (табл. 3).

Таблиця 3. Вміст елементів в тканинах головного мозку та легенях нащадків мешканок промислового міста, мкг/г тканини, M+m

Отримані експериментальні результати вказують на дисбаланс у мікроелементному складі в тканинах організму, який розвивається, в пренатальному періоді, що свідчить про можливість порушення здоров'я у нащадків.

Проведені біохімічні дослідження показали значне (більш, ніж у 2 рази) підвищення активності трипсину в усіх долях легень мешканців промислового міста, що хворіють на ХНЗЛ, в порівнянні з параметрами контрольної групи (табл. 4). У відповідь на активацію протеолітичних процесів в легеневій тканині, де спостерігаються хронічні запальні процеси, відбувається підвищення активності б1-АТ, але ступінь його активації нижчий (в середньому в 1,6 рази). Активність б2-МГ складала від 35% (нижня доля) до 43% (середня доля) від контрольної. Даний феномен поглиблює дисбаланс в протеїназо-інгібіторній системі на користь каталітичних процесів, що результується в розвиток альвеоліту з наступною трансформацією в емфізему. Спостерігалось накопичення в тканині легень молекул середньої маси, значне посилення вільно-радикальних процесів у всіх досліджених долях легень за функціональної недостатності антиоксидантної ланки.

Таблиця 4. Біохімічний стан тканини легень осіб-мешканців промислового міста, M+m

У досліджуємих легенях плодів та новонароджених спостерігається тенденція до інтенсифікації вільно-радикальних процесів. Маючи на увазі той факт, що експозиція промислових полютантів провокує індукцію транскрипції гена супероксиддисмутази, можливе припущення: спостерігаєме в дослідженні підвищення в тканині легень активності СОД, яка дисмутує супероксидні аніони (які формуються за вільно-радикальних процесів) у перекиси водню з подальшою трансформацією їх з залученням каталази у воду, стає нерегульованим, що призводить до накопичення в органі понаднормового рівню перекисів. Для легеневої тканини плодів і новонароджених характерна підвищена активність трипсину на тлі зниження активності б1-АТ й б2-МГ.

У тканині головного мозку на тлі помірного накопичення продуктів СРП активність СОД перевищує показники легеневої тканини плодів у 1,6 рази, можливо, внаслідок значної акумуляції цинку, що може негативно відбиватися на розвитку сигнальних систем, призводячи до її розсинхронізації. У дослідних зразках відсутнє маніфестування протеолітичних процесів, однак, спостерігається тенденція до їх посилення.

У шостому розділі представлені дані, отримані в модельному досліді щодо впливу ВМ на метаболічні реакції організму. Експозиція тварин ацетатом свинцю низької концентрації протягом тижня активізувала вільно-радикальні процеси в тканині легень (на 10% в порівнянні з показниками інтактних щурів) на тлі значної (59%) інгібіції активності СОД, що призводило до пригнічення загального антиокисного потенціалу тканини органу (на 42%). Загальний токсичний ефект детермінувався за зростанням рівня (на 47%) МСМ. Спостерігається тенденція до пригнічення оксидантно-відновних процесів. Відбувалась активація трипсину (на 53%) з відповідною реакцією на це явище інгібіторної ланки: активність б1-АТ та б2-МГ зростала в середньому на 21%. Значно активований катепсин В (на 36%), в той час, як активність катепсину L перевищувала контрольні показники на 17%.

Короткочасна інгаляція ацетатом стронцію в низьких концентраціях викликала інтенсифікацію вільно-радикальних процесів на 21% з відповідною активацією антиоксидантного захисту. Так, активність СОД зростала більш ніж у 2 рази, спостерігалась тенденція до збільшення концентрації ЦП. Таким чином, результати свідчать про активне функціонування як ензиматичної, так і неензиматичної компоненти антиокислювального захисту. Відбувалось значне накопичення МСМ (в 1,8 рази до контрольних параметрів). Спостерігались ознаки розвитку енергодефіциту. Активність трипсину підвищувалась на 120%, в той час, активність його основних інгібіторів зростала на 50%.

Короткочасна інгаляційна дія низьких концентрацій ВМ впливала на метаболічні процеси в різних органах і тканинах організму, про що свідчили інтенсифікація ВРП - основна стресова реакція, розвиток ендогенної інтоксикації, тенденція до пригнічення енергоутворюючих процесів. Знайдені відмінності у функціонуванні антиоксидантної ланки, що, вочевидь, залежить від природи токсиканту, його дії на визначений об'єкт. Відмінним був ступінь реакції окремих органів на інгаляційний вплив токсикантів, що визначається їх резистентністю, а також залученням до формування реакцій за короткочасної пневмопатії.

Хронічний інгаляційний вплив солей свинцю в низьких концентраціях призводив до подальшого посилення ВРП на тлі пригнічення неензимної антиокиснювальної активності. Як наслідок порушення стану окиснювально-вiдновних процесів є гальмування активностi СДГ (на 60% вiд контролю). Вiдбувалось накопичення МСМ: їх вмiст збiльшений майже в 3 рази.

Хронiчний iнгаляцiйний вплив стронцiю призводив до пiдвищення вмiсту ТБКАП в тiй же мiрi, що i хронiчний вплив свинцю. Окислювальний стрес iндукував синтез ферментiв, спроможних знизити рiвень сполук, що постачають активнi форми кисню. Отже, активнiсть СОД зростала майже в 2 рази (192% вiд контролю) поряд з тим, що концентрацiя ЦП пiдтримується на рiвнi, близькому до контрольного. Таким чином, можна говорити про активне функцiонування як ензиматичної, так i неензимної компоненти антиокислювального захисту. В той час iндекс АОА у тканинi легень знижений на 20%, що вказує на порушення рiвноваги у прооксидантно-антиоксидантнiй системi, наслiдком якого є пiдвищенний рiвень продуктiв ВРП. Як i за дiї свинцю, спостерiгалось 3-кратне накопичення МСМ, що негативно впливають на мембрани клiтин, призводячи до змiнення їх фiзико-хiмiчних властивостей, порушення цитоскелета та спотворення передачi сигналу мiж клiтинами. Посилення ВРП й протеолiзу призводить до енергодефiциту майже на 70%.

Морфологічне дослідження респіраторного відділу легень довело, що за короткочасної інгаляційної дії низьких концентрацій солей ВМ відбувалась активація адаптаційних механізмів респіраторного відділу легень, яка морфологічно проявлялась розвитком гострої емфіземи. Довготривала інгаляція солей важких металів супроводжується трансформацією гострої емфіземи в хронічну панацинарну, що, на нашу думку, є проявом переходу функціонування механізмів респіраторного відділу легень на новий патологічний рівень, тригерним чинником якого є неспецифічний вплив важких металів. Акумуляція металів легенями внаслідок їх постійного надходження призводить до розвитку запальної реакції - альвеоліту, вираженість якого прямо залежала від тривалості інтервенції, концентрації та токсичних властивостей і обумовлена специфічною, направленою пошкоджуючою дією ВМ на паренхіму легень.

Пероральна експозиція важкими металами призводить до інтенсифікації ВРП в легеневій тканині, напруження антиоксидантної системи та пригнічення її загального антиокисного потенціалу.

В легеневій тканині щурів, пiдпалих під токсичний вплив газоподiбних сумiшей в пренатальному перiодi розвитку, пiдвищена активнiсть протеолiтичної системи. Так, активнiсть трипсину складала 125% вiд показника групи порiвняння, в той час як активнiсть його облiгатних iнгiбiторiв залишалась на контрольному рiвнi. Вiрогiдно пiдвищеною була активнiсть катепсину В. Вiдзначено тенденцiю до посилення ВРП на тлi слабкого пiдвищення активностi СОД i значного зростання концентрацiї ЦП. Досить вагомо (щодо показників контрольної серії) зростала активнiсть СДГ, що свiдчить про використання клiтинами резервного ФАД-залежного шляху енергоутворення. Iнтенсифiкацiя окисно-вiдновних процесiв пов'язана з швидкою та значною активацiєю процесiв нейрогуморальної регуляції: дослiдження легеневої тнанини піддослідних щурів вказували на пiдвищення активностi АХЕ на 43%. Виявленi зрушення вказують на вiрогiднiсть того, що вплив токсичних газоподiбних чинникiв, зокрема, діоксиду азоту та окису вуглецю, в перiод пренатального розвитку здатний призводити до пiдвищення випадкiв патологiї органiв дихання, якi в постнатальному перiодi можуть стати механізмами виникнення алергiйних та хронiчних неспецифiчних захворювань в бронхолегеневiй системi.