Параметры биохимической оценки экспозиционного воздействия токсикантов на организм человека

Н.Ю. Келина, Н.В. Безручко, Г.К. Рубцов

Параметры биохимической оценки экспозиционного воздействия токсикантов на организм человека

Предложена методика применения биохимических тестов (параметров пула молекул средней массы и расчетных индексов их соотношения в плазме крови и эритроцитах) и определения критериев их информационной значимости в системе оценки факторов риска для изучения метаболического статуса организма человека при экспозиционном воздействии токсикантов.

технологии

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

Ключевые слова: биохимические параметры, экспозиция, токсиканты, организм.

В методологии оценки факторов риска значимо изучение биологических маркеров, позволяющих оценить ответ организма человека на воздействие химически загрязненной окружающей среды. Выявлено наличие медико-биологических критериев оценки влияния загрязнения окружающей среды на здоровье населения, в том числе - клинико-лабораторных тестов [1; 3; 4; 6]. Биохимические исследования взаимосвязи состояния здоровья населения и качества окружающей среды базируются на определении маркеров эффекта. Маркеры эффекта количественно характеризуют биохимическое, физиологическое, поведенческое или иное изменение в организме, в зависимости от степени которого предопределяется фактическое или потенциальное нарушение здоровья или развитие болезни [5].

Одним из методологических подходов изучения биологических маркеров эффекта может служить оценка риска интоксикации у лиц, проживающих на определенной территории или работающих в конкретных производственных условиях [3].

Контакт токсикантов с организмом человека характеризуется экспозицией, которая определяется как измеренное или рассчитанное количество агента в конкретном объекте окружающей среды, находящееся в соприкосновении с так называемыми «пограничными органами человека» (легкие, пищеварительный тракт, кожа) в течение определенного времени. Преимущественно модели экспозиции ориентированы на поступление химических веществ в организм ингаляционным путем, т.е. через легкие. Считается, что определение экспозиции - ключевой этап не только оценки факторов риска, но и управления риском, т.к. позволяет решить комплекс практических задач по выявлению приоритетных, наиболее эффективных и экономически обоснованных программ и мероприятий по снижению риска. Основой этого служит ранжирование химических веществ по вкладам в уровни воздействия на организм [4].

Цель работы - предложить и обосновать параметры биохимической оценки экспозиционного воздействия токсикантов на организм человека.

Материал и методы. Моделью реакции организма на величину токсического воздействия может рассматриваться эндогенная интоксикация, а ее биохимический мониторинг - как один из способов оценки маркеров эффекта воздействия токсикантов на организм человека. Данный методологический подход биохимического обоснования оценки факторов риска для здоровья населения актуален для идентификации опасности

химического загрязнения окружающей среды и анализа уровня ее воз действия на организм человека [2].

Материалом для выявления и обоснования биологических маркеров эффекта послужили данные клинико-биохимического обследования группы лиц, проживающих на территории Пензенского региона (преимущественно г. Пензы), - амбулаторно обследованных 107 практически здоровых людей без клинических проявлений каких-либо заболеваний, ретроспективно проанализированные с использованием методов системного анализа, математической статистики (с применением компьютерной программы «Excel 2003»).

Программа оценки метаболического статуса у обследованных включала в себя определение величин молекул средней массы (МСМ) [7], уровня веществ низкой (ВН) и средней (СММ) молекулярной массы и концентрации олигопептидов (ОП) [Там же]. Уровень эндогенной интоксикации оценивался с расчетом индексов интоксикации: коэффициенты Кр КИ (коэффициент интоксикации), величина катаболического пула плазмы, интегральный индекс эндогенной интоксикации ИИ [Там же].

Использование коэффициента К1, отражающего распределение ВН и СММ между белками плазмы крови и гликокалисом эритроцитов,

К = ВН и СММшазмы

' ВН и СММэрИТр.

считается показательным в характеристике степени влияния токсикантов на организм человека при химическом загрязнении окружающей среды [7]. Здесь индекс «эритр.» означает «в гликокалисе эритроцитов».

При малых токсических воздействиях на организм для комплексной оценки эндотоксемии и характеристики роли олигопептидов в ее развитии предлагается рассчитывать коэффициент интоксикации (КИ), равный отношению суммы произведений концентраций ВНиСММ и ОП в плазме крови и эритроцитах к их произведению [7]:

КИ = ВН и СММплазмы s ОПплазмы + ВН и СММэритр. s ОПэритр. ,

ВН и СММплазМЫ X ШПлазмы х ВН и СММэритр. х ОПэритр. ’

где индекс «эритр.» означает определение ВНиСММ и ОП в эритроцитах.

Расчет интегрального индекса эндогенной интоксикации (ИИ) проводился по формуле:

КИ = ВН и СММплазмы S ОП

плазмы

+ ВН и СММэритр. s ОПэритр. [7].

Результаты и их обсуждение.

Характеристика модельной схемы системного подхода, применяемого в нашей работе для биохимического анализа возможного воздействия токсикантов на организм человека, показана на рисунке 1.

технологии

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

Маркерным блоком метаболического статуса организма для анализа возможного влияния экспозиционной нагрузки токсикантов явились параметры пула молекул средней массы. Одним из наиболее информативных признаков адаптационных реакций организма на экспозиционное воздействие служили изменения коэффициента К1 в 1,8 раза в сторону увеличения и интегрального индекса интоксикации ИИ в 1,14 раза в сторону снижения, по сравнению с референтными величинами (р < 0,05). На этом фоне величины расчетного индекса КИ, используемого при малых токсических воздействиях на организм для комплексной оценки эндотоксемии и характеристики роли олигопептидов, были близки к норме (рис. 2).

Выявленные клинико-биохимические особенности состояния пула молекул средней массы, оцененных по расчетным критериям соотношения веществ низкой и средней молекулярной массы и олигопептидов в плазме крови и эритроцитах, могут свидетельствовать о том, что адаптационные реакции организма обследованных не превышают границ нормы.

Обобщающим критерием совокупности вкладов отдельных параметров в отклонение метаболических процессов от нормы и одной из ведущих мер их информационной значимости служит определение критерия 3. Величины критерия 3 по расчетным индексам составляющих пула молекул средней массы в крови коррелировали с суточными дозами токсикантов (сильной степени положительная корреляция).

На полученных данных были применены предложенные и обоснованные нами составляющие биохимической модели анализа здоровья населения на основе оценки факторов риска. Результатом этого явился алгоритм использования расчетных параметров соотношения веществ низкой и средней молекулярной массы и олигопептидов в плазме крови и эритроцитах как критериев, отражающих возможное влияние окружающей среды на метаболический статус организма человека.

Схема применения параметров, характеризующих пул молекул средней массы в крови, в системе оценки факторов риска при экспозиционном воздействии токсикантов (рис. 3) отражает последовательность выявления возможных значимых отличий изучаемых клинико-биохимических тестов от их референтных уровней и установление степени информационной значимости во взаимосвязи с параметрами экспозиционного воздействия токсикантов. В совокупности с коэффициентом КИ, ориентированным на изучение малых токсических воздействий для комплексной оценки эндотоксемии и характеристики роли олигопептидов в ее развитии, индекс К1 позволяет оценить характер адаптационных реакций организма - степень их близости к норме.

Рисунок 1. Системный подход биохимического анализа возможного воздействия токсикантов на организм человека

25

20

15

10

К1

амбулаторное обследование референтные величины

КИ

ИИ

* статистически значимые отличия

Рисунок 2. Маркерные критерии метаболического статуса организма при экспозиционной нагрузке токсикантов

5

0

технологии

120

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

]

Рисунок 3. Алгоритмическая схема применения параметров, характеризующих

пул молекул средней массы в крови, в системе оценки факторов риска при экспозиционном воздействии токсикантов

Таким образом, в исследовании обоснована методика информационного биохимического обеспечения оценки факторов риска для здоровья при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. С позиций системного подхода проведено разграничение составляющих биохимической модели анализа здоровья населения на основе оценки факторов риска по их информационной значимости.

Выводы Ф

1. Маркерными биохимическими тестами эндогенной интоксикации, |

отражающими выраженность метаболического ответа организма на |

экспозиционную нагрузку токсикантов окружающей среды, могут слу- о

жить параметры пула молекул средней массы в крови. Одним из наибо- о

лее информативных критериев проявления адаптационных реакций орга- |

низма на экспозиционную нагрузку токсикантов является увеличение о

индекса Kj (в 1,8 раза, по сравнению с референтными величинами), представляющего собой отношение концентрации ВНиСММ в плазме крови к концентрации ВНиСММ в эритроцитах.

2. Биохимическая модель анализа здоровья населения на основе оценки факторов риска включает в себя блок клинико-биохимического обследования людей на основе программы оценки метаболического статуса; блок критериев информационной значимости выявленных изменений анализируемых биохимических тестов и расчетных индексов на их основе, по сравнению с референтными величинами; блок практического применения выявленных маркерных биохимических тестов и их расчетных индексов для конкретных задач оценки факторов риска применительно к скрининговым исследованиям.

3. Информационными составляющими системного анализа критериев метаболического статуса здоровья населения для методического обеспечения программы оценки факторов риска с учетом ее биохимических аспектов могут быть предложены: подсистема накопления и обработки клинико-биохимических характеристик метаболического статуса лиц, проживающих на территории региона с определенной экспозиционной нагрузкой токсикантов; подсистема анализа информационной значимости выявленных маркерных по отношению к экологическим факторам биохимических тестов и расчетных индексов на их основе; подсистема практического приложения модели, направленная на формирование методических рекомендаций по анализу состояния адаптационных реакций организма человека на экспозиционное воздействие токсикантов.

Библиографический список

1. Егорова H.H. Критериальная оценка окислительно-антиокислительных процессов биосред организма в гигиенической диагностике химических факторов // Гигиена и санитария. 2006. № 5. С. 79-81.

2. Келина Н.Ю. Итоги и перспективы развития научно-исследовательской работы по экологии человека // Экология человека: концепция факторов риска, экологической безопасности и управления рисками: Сб. ст. V Всероссийской научно-практической конференции. Пенза, 2008. С. 5-7.

технологии

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

3. Кровь и экология / Козинец Г.И., Высоцкий В.В., Захаров В.В. и др. М., 2007.

4. Медико-биологические критерии оценки влияния загрязнения окружающей среды на здоровье населения / Беляева Н.Н., Мухамбетова Л.Х., Петрова И.В. и др. // Гигиена и санитария. 2003. № 6. С. 77-79.

5. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду / Онищенко Г.Г., Новиков С.М., Рахманин Ю.А. и др.; Под ред. Рахманина Ю.А., Онищенко Г.Г. М., 2002.

6. Ракитский В.Н., Юдина Т.В. Методические подходы к оценке показателей окислительного стресса при воздействии антропогенных факторов среды // Гигиена и санитария. 2006. № 5. С. 28-30.

7. Справочник по лабораторным методам исследования / Под ред. Л.А. Даниловой. СПб., 2003.